市场环境下用户侧综合储能应用场景分析与建模

论文总字数：29667字

摘 要

在用户侧综合能源系统中，储能对促进可再生能源的消纳、实现削峰填谷、降低系统的容量投资和用能成本具有重要意义。

本文对市场环境下用户侧综合储能的应用场景进行分析和建模，提出综合储能的优化配置模型，合理评估储能为用户侧综合能源系统带来的效益，为系统的规划、运行提供帮助。

首先，分析电热冷储能的作用和收益来源，归纳电热冷储能的应用场景，基于储能的物理模型和经济性模型，建立用户侧综合能源系统综合储能优化配置的抽象模型，使优化配置更具一般性。

其次，以商业综合体建筑为应用场景，基于建筑能源系统的架构和各组件设备的模型，建立电热冷综合储能的优化配置模型，对电储能、冷热储能的容量、功率和各设备的运行调度方案进行优化决策，降低用能成本。

最后，对商业综合体建筑电热冷综合储能的优化配置进行算例分析，说明综合储能系统的经济性优势，分析并网限制条件和储能单位成本等因素对储能配置的影响。

关键词：用户侧综合能源系统；综合储能；优化配置；商业综合体建筑；电热冷储能

Abstract

In the user-side integrated energy system, energy storage plays an important role in promoting the consumption of renewable energy, shifting peak load, and reducing the capacity investments and energy costs.

In this paper, we analyze the application scenarios of comprehensive energy storage under the market environment, propose the capacity optimization model, and evaluate the benefits of comprehensive energy storage system.

First, the functions and profits of electric storage and thermal storage are analyzed, and then the application scenarios are summarized. Based on the physical model and economic model of energy storage, an abstract model of the comprehensive storage configuration is established.

Second, taking the commercial complex building as the application scenario, the optimal allocation model of electric and thermal storage is established to optimize the capacity and power of energy storage as well as the operation scheme of each equipment.

Finally, a case study is given to illustrate the economic advantages of the comprehensive energy storage system, and the influence of grid feed-in limitation and energy storage price on the energy storage allocation.

KEY WORDS: user-side integrated energy system; comprehensive energy storage; capacity optimization; commercial complex building; electric and thermal storage

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 研究背景和意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.2.1 电储能配置 1

1.2.2 冷热储能配置 2

1.2.3 综合储能配置 2

1.3 本文的主要工作和章节安排 3

第二章 用户侧综合能源系统综合储能优化配置模型方法 5

2.1 综合储能应用场景分析 5

2.1.1 用户侧综合能源系统的典型物理架构 5

2.1.2 储能的作用和收益来源 5

2.1.3 电热冷储能的应用场景 6

2.2 储能的技术特性和物理模型 7

2.2.1 电储能的技术特性和物理模型 7

2.2.2 冷热储能的技术特性和物理模型 8

2.3 储能的经济性模型 8

2.3.1 储能的成本模型 8

2.3.2 储能的收益模型 10

2.4 综合储能优化配置模型 10

2.4.1 用户侧综合能源系统的抽象模型 10

2.4.2 目标函数 11

2.4.3 约束条件 13

2.5 小结 15

第三章 商业综合体建筑电热冷综合储能优化配置模型 16

3.1 建筑能源系统架构 16

3.2 建筑能源系统组件设备模型 16

3.2.1 燃气轮机模型 16

3.2.2 空调模型 17

3.2.3 吸收式制冷机模型 17

3.3 电热冷综合储能优化配置模型 17

3.3.1 目标函数 17

3.3.2 约束条件 19

3.4 算法设计 22

3.4.1 分段线性化 23

3.4.2 划分典型日 24

3.5 小结 24

第四章 商业综合体建筑电热冷综合储能优化配置算例分析 25

4.1 评价指标 25

4.2 参数设置 26

4.3 结果分析 27

4.3.1 配置优化分析 27

4.3.2 运行优化分析 28

4.3.3 结论 31

4.4 电热冷综合储能配置影响因素分析 31

4.4.1 并网限制条件对电热冷综合储能配置的影响 31

4.4.2 储能单位成本对电热冷综合储能配置的影响 32

4.5 小结 34

第五章 总结与展望 35

参考文献 36

致 谢 38

1. 绪论
   1. 研究背景和意义

能源是国民经济和社会发展的重要物质保证。近年来，能源领域面临环境污染、利用效率低、安全性等诸多问题的挑战：煤、石油等传统化石能源的大量燃烧产生众多有毒气体，对地球生态环境造成破坏；多种能源系统单独规划、单独建设、单独运行，不仅用能效率低下，还缺乏安全性、可靠性和灵活性^[1]。在此背景下，以多能互联、互通、互济为特征的综合能源系统应运而生。综合能源系统可以促进可再生能源的规模化开发，通过各能源的梯级利用和远距离高效经济传输，有效提高传统一次能源的利用效率。通过有机协调多种能源的生产、转换、传输、存储以及消费，综合能源系统还可以提高社会供用能系统的安全性和自愈能力，极大增强人类社会抵御自然灾害的能力^[2],[3]。

储能作为综合能源系统的重要组成部分，在其中扮演着重要角色。通过充放能的优化调度，储能可以解耦能量的生产和消耗，提高可再生能源的消纳比例^[4]。储能可以减少系统的峰值负荷，降低能量传输、分配环节设备的容量投资^[5],[6]。针对可再生能源的波动性和用户能源需求的不确定性，储能还可以为能源系统提供辅助服务，维持系统的安全可靠运行^[7],[8]。

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