儲能作為綜合能源系統(tǒng)融合的紐帶，如何配置電/熱/冷多能存儲是綜合能源系統(tǒng)規(guī)劃中的重要研究內(nèi)容。湖南大學電氣與信息工程學院的研究人員刁涵彬、李培強、呂小秀、劉小龍、李欣然，在2021年第1期《電工技術(shù)學報》上撰文，提出考慮電/熱/冷多元儲能差異化建模的區(qū)域綜合能源系統(tǒng)儲能協(xié)同配置方法。建立多元儲能協(xié)同配置模型，該模型用于得到多元儲能額定容量、功率、位置等規(guī)劃方案，以經(jīng)濟性、環(huán)保性為目標，有機融合了典型日優(yōu)化運行；采用遺傳算法和Gurobi求解器相結(jié)合的混合策略求解。算例表明多元儲能協(xié)同配置、協(xié)調(diào)運行具有優(yōu)越性；考慮多元儲能之間的統(tǒng)一性和差異性有助于得到更加全面的儲能配置方案。

能源互聯(lián)網(wǎng)的重要物理載體——綜合能源系統(tǒng)（或稱多能源系統(tǒng)），創(chuàng)新了能源系統(tǒng)的技術(shù)、市場和管理體制，對提高各種能源利用效率、推動能源利用轉(zhuǎn)型、實現(xiàn)多能源的互補互濟具有重要意義。綜合能源系統(tǒng)可分為跨區(qū)級、區(qū)域級和用戶級，其中發(fā)揮“承上啟下”作用的區(qū)域多能源系統(tǒng)（RIES）由智能配電系統(tǒng)、供熱/冷系統(tǒng)等供能網(wǎng)絡耦合而成。

儲能作為RIES能源子系統(tǒng)融合的紐帶，電/熱/冷等多能存儲（以下簡稱多元儲能）協(xié)同配置有助于實現(xiàn)不同類型儲能間的互補協(xié)調(diào)，因此RIES中如何協(xié)同配置多元儲能是一個值得關(guān)注的問題。

儲能是提高能源系統(tǒng)時空范圍優(yōu)化配置能力的有效手段。傳統(tǒng)研究一般集中在電力系統(tǒng)范疇，有學者提出了輸電側(cè)儲能和輸電線路聯(lián)合魯棒規(guī)劃方法，并表明儲能對緩解輸電線路阻塞更為經(jīng)濟；有學者提出了配網(wǎng)側(cè)儲能有效的配置方法。在能源互聯(lián)網(wǎng)背景下，電力、熱力、天然氣等多種能源系統(tǒng)有機結(jié)合形成綜合能源系統(tǒng)。

在綜合能源系統(tǒng)范疇，儲能配置拓展為電/熱/冷/氣等多能存儲的規(guī)劃研究，有學者對能源微網(wǎng)中儲能系統(tǒng)容量規(guī)劃和投資效益展開了研究；有學者同時考慮電力和熱力柔性負荷，提出了RIES中電/熱儲能的優(yōu)化配置方法；有學者針對季節(jié)性儲能的優(yōu)化問題，計及電/熱等多元儲能提出混合整數(shù)線性規(guī)劃方法；有學者提出一種集主動配電網(wǎng)、天然氣網(wǎng)和能源樞紐為一體的綜合能源系統(tǒng)擴展規(guī)劃方法，該方法涉及電/熱/氣等儲能的配置；有學者考慮熱網(wǎng)和電網(wǎng)綜合潮流，建立含風機、光伏、電池儲能、微型燃氣輪機及燃氣鍋爐的能源站雙層規(guī)劃模型；有學者提出一種考慮交通、天然氣和主動配電網(wǎng)絡耦合的優(yōu)化規(guī)劃框架，該方法涉及電/熱儲能。

RIES中電/熱/冷/氣等多元儲能配置的研究基礎是綜合能源系統(tǒng)耦合能量流和儲能系統(tǒng)運行特性的數(shù)學描述。耦合能流的數(shù)學描述主要有能源集線器模型（EH）和多能流潮流模型，有些學者對儲能配置研究均是基于EH，該類配置模型往往只能對儲能進行定容，無法考慮儲能接入供能網(wǎng)絡的位置；有學者的研究則考慮了多能流潮流，即優(yōu)化中計及了供能網(wǎng)絡的運行約束。



儲能系統(tǒng)運行特性的數(shù)學描述往往包含儲能荷電狀態(tài)方程、儲能容量范圍、充放能功率范圍、充放能功率互補約束、運行周期能量守恒等；有學者考慮先進絕熱壓縮空氣儲能電站的變壽命特性，建立了儲能定容雙層優(yōu)化模型；有學者考慮熱儲能結(jié)構(gòu)類型、體積等特性參數(shù)，開展了季節(jié)性儲熱的技術(shù)-經(jīng)濟規(guī)劃研究；有學者考慮儲能的能量存儲特性，將光伏與儲能協(xié)同配置，實現(xiàn)能源社區(qū)的零凈能耗。

以上多能存儲協(xié)同配置研究均考慮了儲能的能量存儲特性，但較少有涉及多元儲能間的特性差異，比如電池儲能系統(tǒng)具有無功支撐能力，冷/熱儲能的物理特性與電儲能不同，其熱損耗會受到環(huán)境溫度、蓄水罐高徑比等因素的影響。此外，構(gòu)建綜合能源系統(tǒng)目的之一是提高能源綜合利用效率，而儲能在跨時段能量存儲過程中不可避免地產(chǎn)生能量損耗，儲能損耗將對RIES綜合能效和經(jīng)濟性產(chǎn)生不同程度的影響，因此在多元儲能協(xié)同配置時還需控制儲能效率的影響。

基于以上考慮，湖南大學電氣與信息工程學院的研究人員提出考慮多元儲能差異化建模的RIES儲能協(xié)同配置方法。

首先，多元儲能協(xié)同配置的基礎是耦合能量流和儲能特性描述，在耦合能量流上明確包含電/熱/冷三種能量形式的RIES結(jié)構(gòu)，并建立電-熱網(wǎng)絡模型（E-TN）。其次，在儲能特性描述上基于儲能統(tǒng)一模型建立計及電/熱/冷儲能的共性和個性對多元儲能進行建模，在共性上建立多元儲能統(tǒng)一模型，在個性上建立電儲能無功特性模型和熱/冷儲能精細化模型，并定義多元儲能綜合效率用于控制不同類型儲能效率對配置結(jié)果的影響。


然后，提出以經(jīng)濟性和環(huán)保性為目標的多元儲能配置模型，采用改進遺傳算法+Gurobi求解器的混合策略求解。最后，將所提方法應用于改進IEEE 33節(jié)點配電與45節(jié)點熱網(wǎng)耦合系統(tǒng)算例。結(jié)果表明多元儲能協(xié)同配置的優(yōu)越性，以及考慮多元儲能差異性對儲能配置的積極影響。其得出的結(jié)論如下：

1）多元儲能協(xié)同配置、協(xié)調(diào)運行具有優(yōu)越性，有助于發(fā)揮多能耦合及互補優(yōu)勢。多元儲能協(xié)同配置減少了單類型儲能的配置需求，使儲能配置電/熱/冷多元化；多元儲能協(xié)同配置具有更好的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益，算例中，多元儲能協(xié)同配置節(jié)省了9.83%的RIES年運行成本及降低了9.58%的年碳排放量。多元儲能協(xié)調(diào)運行提高了RIES運行經(jīng)濟性和靈活性，有助于可再生能源就地消納。

2）考慮多元儲能之間的統(tǒng)一性和差異性有助于得到更加全面的儲能配置方案?？紤]EES無功特性可有效減少電網(wǎng)損耗，提高多元儲能協(xié)同配置的經(jīng)濟性。精細化TES/CES模型引入對流傳熱系數(shù)、高徑比等實際參數(shù)，能夠解決儲能定損耗系數(shù)選取不當造成的熱損偏大、配置容量冗余、資源浪費等問題。

3）多元儲能協(xié)同配置在提高供能網(wǎng)絡能量傳輸效率和熱源供能效率等方面具有優(yōu)勢；考慮到儲能能量損耗，可通過多元儲能綜合效率約束控制多元儲能效率對RIES經(jīng)濟性和能效的影響，進而合理協(xié)同配置電/熱/冷多類型儲能。

以上研究成果發(fā)表在2021年第1期《電工技術(shù)學報》，論文標題為“考慮多元儲能差異性的區(qū)域綜合能源系統(tǒng)儲能協(xié)同優(yōu)化配置”，作者為刁涵彬、李培強、呂小秀、劉小龍、李欣然。