清華新聞網(wǎng)2月21日電 近日，清華大學(xué)能源環(huán)境經(jīng)濟(jì)研究所、電機(jī)系與美國(guó)麻省理工學(xué)院、卡耐基梅隆大學(xué)等高校的科研人員合作完成的最新研究提出了電網(wǎng)級(jí)移動(dòng)儲(chǔ)能系統(tǒng)（portable energy storage systems，PESS）概念，并對(duì)其潛在應(yīng)用方式和經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行了分析。該研究以加州電網(wǎng)為例，估算出在當(dāng)前電價(jià)水平下，在相當(dāng)比例的區(qū)域內(nèi)，移動(dòng)儲(chǔ)能系統(tǒng)相較固定儲(chǔ)能系統(tǒng)可以提高70%的全壽命周期收入，同時(shí)促進(jìn)可再生能源并網(wǎng)，緩解電網(wǎng)阻塞。
圖1 期刊封面
近年來(lái)，我國(guó)與歐美國(guó)家部分地區(qū)（如美國(guó)加州）可再生能源裝機(jī)發(fā)展迅速，為電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)了一定挑戰(zhàn)。電網(wǎng)級(jí)儲(chǔ)能系統(tǒng)由于可以參與電力平衡調(diào)節(jié)、提供輔助服務(wù)，被認(rèn)為是在未來(lái)低碳能源系統(tǒng)中支持可再生能源發(fā)展的重要手段。然而現(xiàn)有儲(chǔ)能系統(tǒng)的高經(jīng)濟(jì)成本和低使用頻率限制了其經(jīng)濟(jì)性。本研究首次提出并系統(tǒng)分析了電網(wǎng)級(jí)移動(dòng)儲(chǔ)能系統(tǒng)這一概念，并以電動(dòng)卡車(chē)、儲(chǔ)能系統(tǒng)與可再生能源發(fā)電系統(tǒng)耦合為例，估算了移動(dòng)儲(chǔ)能系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益。
圖2 論文提出的電網(wǎng)級(jí)移動(dòng)儲(chǔ)能系統(tǒng)生態(tài)
該研究構(gòu)建了一個(gè)基于混合整數(shù)規(guī)劃的決策模型，用以計(jì)算移動(dòng)儲(chǔ)能系統(tǒng)的最優(yōu)運(yùn)營(yíng)方案和最大全壽命周期利潤(rùn)。模型中的決策變量包括移動(dòng)儲(chǔ)能系統(tǒng)的充放電方案、在不同地點(diǎn)間的移動(dòng)方案。其全壽命周期利潤(rùn)為其全壽命周期內(nèi)通過(guò)充放電參與電力系統(tǒng)電力平衡調(diào)節(jié)所獲總利潤(rùn)，減去運(yùn)輸和損耗成本。在這一決策模型的基礎(chǔ)上，研究以由Tesla Semi和Powerpack（特斯拉研發(fā)的電動(dòng)半掛式卡車(chē)和電池儲(chǔ)能系統(tǒng)）組成的移動(dòng)儲(chǔ)能系統(tǒng)為例，考察了系統(tǒng)在美國(guó)加州電網(wǎng)（CAISO）的運(yùn)行情況。研究發(fā)現(xiàn)，即使將移動(dòng)儲(chǔ)能系統(tǒng)的運(yùn)行限制在以CAISO中某節(jié)點(diǎn)為中心、半徑為10英里的范圍內(nèi)，移動(dòng)儲(chǔ)能系統(tǒng)的全壽命周期利潤(rùn)相比固定儲(chǔ)能系統(tǒng)就可以有大幅提升，在圣地亞哥等電網(wǎng)堵塞比較嚴(yán)重的地區(qū)尤為顯著。
圖3 移動(dòng)儲(chǔ)能系統(tǒng)與固定儲(chǔ)能系統(tǒng)的全壽命周期利潤(rùn)比較（加州若干區(qū)域）
圖4 移動(dòng)儲(chǔ)能系統(tǒng)在圣地亞哥地區(qū)附近的最優(yōu)運(yùn)行方案示例
合作研究成果“電網(wǎng)級(jí)移動(dòng)儲(chǔ)能系統(tǒng)”（Utility-scale portable energy storage systems）以長(zhǎng)文形式作為封面文章發(fā)表在《細(xì)胞》（Cell）旗下期刊《焦耳》（Joule），論文第一作者是麻省理工學(xué)院博士后（清華大學(xué)電機(jī)系2016屆碩士畢業(yè)生）何冠楠博士。張達(dá)副教授與美國(guó)卡內(nèi)基梅隆大學(xué)杰·惠特克（Jay F. Whitacre）教授為共同通訊作者。其他合作者包括美國(guó)卡內(nèi)基梅隆大學(xué)杰瑞米·麥克萊克（Jeremy Michalek）、索米亞·卡爾（Soummya Kar）教授。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的支持。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.joule.2020.12.005
供稿：能源環(huán)境經(jīng)濟(jì)研究所 電機(jī)系
編輯：李華山
審核：呂婷
