中國儲能網(wǎng)訊：
1 研究背景
隨著我國城市化水平的不斷提高，建筑運行能耗持續(xù)增長，為我國的低碳經(jīng)濟發(fā)展帶來巨大挑戰(zhàn)。在此背景下，已有諸多建筑選擇部署分布式新能源機組以降低用電成本，但新能源固有的間歇性與波動性特征，導致其供電可靠性和消納率仍處于較低的水平。值得注意的是，智能樓宇(intelligent buildings，IBs)可利用儲能的快速充放電特性促進新能源的就地消納與高效利用。然而，高額的儲能投資成本與漫長的成本回收周期也限制了樓宇側儲能的規(guī)模化應用。近年來，隨著共享儲能商業(yè)模式的發(fā)展，共享儲能服務為降低IBs儲能投資成本提供了新的方向。在持續(xù)推進城市化進程與共享儲能商業(yè)模式發(fā)展的雙重驅動下，IBs參與共享儲能服務將成為降低建筑能耗、提升儲能資源利用效率的關鍵路徑。
2 論文解決問題及意義
1）將共享儲能模式應用于IBs。由于IBs用戶的差異性和互補性，參與共享儲能服務可在充分利用共享儲能電站(shared energy storage station，SESS)儲能資源的同時，實現(xiàn)IBs內部能源的互補共濟，有效提高新能源消納率。
2）在SESS-IBs系統(tǒng)的優(yōu)化配置中考慮建筑物的熱慣性。建筑熱慣性使得IBs內空調系統(tǒng)具有巨大的用能靈活性，在保障用戶溫度舒適性的同時，可提高SESS和IBs的經(jīng)濟性。
3）提出了基于共享儲能服務的IBs雙層優(yōu)化方法。該方法可充分滿足SESS運營商與IBs的差異化利益訴求，實現(xiàn)雙方的共贏。
3 論文重點內容
1）SESS-IBs雙層優(yōu)化框架。
為降低城市化進程中樓宇儲能投資成本，本文設計了一種基于共享儲能服務的IBs雙層優(yōu)化框架。SESS-IBs雙層優(yōu)化框架如圖1所示，包括SESS、N個IBs和配電系統(tǒng)。每個IBs社區(qū)可由本地光伏與風電、SESS和電網(wǎng)供電，其能耗主要來自于常規(guī)電負荷和空調負荷?？紤]到IBs用戶受到相關政策和技術的限制，設定IBs用戶不能售電給電網(wǎng)。IBs通過向SESS繳納服務費參與共享儲能服務，滿足自身的儲能需求，同時節(jié)省了巨大的儲能投資成本。SESS則根據(jù)分時購售電電價向用戶支付或收取相應的費用，主要以不同時段購售電的價格差以及向IBs收取服務費實現(xiàn)盈利，其中服務費均以單位功率收取。
圖1 SESS-IBs雙層優(yōu)化框架
2）SESS-IBs雙層優(yōu)化模型求解過程。
本文構建的雙層優(yōu)化模型目標函數(shù)中含有絕對值，為非線性項，并且上層模型和下層模型存在耦合關系，難以直接進行求解。因此，先將目標函數(shù)中的絕對值項線性化。再通過構建下層IBs模型的拉格朗日函數(shù)，利用卡羅需-庫恩-塔克(Karush-Kuhn-Tucher，KKT)條件代替下層模型，同時作為上層模型的附加約束，將原雙層優(yōu)化問題轉化為單層非線性優(yōu)化問題。最后采用Big-M法將非線性約束進行線性化，問題最終變?yōu)閱螌踊旌险麛?shù)線性規(guī)劃問題，求解過程具體如圖2所示。
圖2 求解過程
3）算例分析。
本文以三個IBs社區(qū)的四季典型日為例，對比分析了不同優(yōu)化配置方法對于IBs運行和SESS配置結果的影響。
圖3展示了IBs用電行為及SESS充放電功率。IBs通過參與共享儲能服務可將過剩新能源存儲至SESS，由于不同IBs的新能源出力存在差異性和互補性，因此可通過SESS實現(xiàn)IBs間能源的互補共濟，顯著降低IBs的年運行成本。若新能源仍有剩余，則其可在電價峰段通過SESS放電被進一步消納，從而顯著提高新能源消納率。
圖3 IBs用電行為及SESS充放電功率
圖4展示了IBs單個房間內空調運行功率及溫度變化。通過考慮用戶舒適溫度區(qū)間，IBs可在電價峰段前一時刻提高空調系統(tǒng)運行功率，利用建筑物熱慣性進行蓄冷，減少了電價峰段的空調系統(tǒng)能耗，在保障用戶溫度舒適性的同時，提高IBs的經(jīng)濟性。
圖4 IBs單個房間內空調運行功率及溫度變化
表1展示了各IBs社區(qū)儲能容量需求與SESS容量對比。SESS所需儲能需求小于三個IBs社區(qū)的儲能需求之和，儲能容量節(jié)省比22.38%，說明了共享儲能模式可以高效利用SESS儲能資源，減少了SESS配置成本。
表1 各IBs社區(qū)儲能容量需求與SESS容量對比
表2展示了3種場景成本、收益和消納率對比。場景一IBs不參與共享儲能服務且室內溫度恒定，存在大量的棄風棄光情況，造成了嚴重的資源浪費。場景二IBs參與共享儲能服務且室內溫度恒定，相較于場景一IBs年運行成本節(jié)省了18.51%，新能源消納率提升了9.6%。場景三IBs配置共享儲能服務并考慮用戶舒適溫度區(qū)間，相較于場景二IBs年運行成本節(jié)省了2.35%，SESS年凈收益提升了3.93%。
表2 不同場景成本、收益和消納率對比
綜上所述，在滿足IBs用戶溫度舒適性的同時，所提雙層優(yōu)化配置方法可充分滿足SESS運營商與IBs的差異化利益訴求，降低SESS儲能投資成本并改善樓宇用電行為，實現(xiàn)雙方的共贏。
4 結論
1）共享儲能模式可以降低SESS儲能投資成本，提升SESS儲能資源利用率；IBs通過繳納服務費參與共享儲能服務可以改善樓宇用電行為，提高新能源利用率，顯著降低年運行成本。
2）利用建筑物的熱慣性考慮用戶舒適溫度區(qū)間，可充分挖掘空調系統(tǒng)的需求響應靈活潛力，從而提高SESS和IBs雙方的經(jīng)濟性。
3）SESS的靜態(tài)投資回收年限為8.5年，小于SESS的壽命周期10.5年，具有較為可觀的利潤空間。
