多微电网系统共享储能优化配置：整合HAWKER蓄电池退役价值与可再生能源经济消纳

跟着动力结构的演进与同享经济的兴起，同享储能技能有望成为应对风景出力波动性、管理动力需求并提高体系灵活性的标准处理计划。本文提出一种面向多微电网体系的同享储能双层优化配备办法，聚焦冷热电联供（CCHP）体系的经济性优化。研讨考虑了退役电池的残值要素，以促进未来电池收回使用并进步动力使用功率。上层处理容量分配问题，而基层优化体系运转。经过使用Karush–Kuhn–Tucker条件，将基层束缚整合至上层，并选用Big-M办法完成线性化。模型有效性经过四种场景验证：同享储能可使可再生动力消纳率从73.05%提高至99.93%，下降年运营本钱，并在4.44年内完本钱钱收回。但电池衰减程度超出预期，需将容量分配添加17.6%以考虑电池寿数要素。服务商应收购低衰减、高性能电池，并在第十二年左右规划电池退役以最大化残值，然后构建用户与运营商双赢的良性开展格局。

导言

碳中和是全球可持续开展的根本方针[1]。欧盟、美国、英国、加拿大和新西兰计划于2050年完成碳中和[2]，而我国许诺在2030年前到达二氧化碳排放峰值，并于2060年完成碳中和[3]。"双碳"方针正在推进全球电力体系转型，亟需施行多种措施以进步动力功率并减少对不可再生动力的依赖[4][5]。为完成这些方针，集成多种动力需求（如冷、热、电）的微电网体系已成为一种具有前景的处理计划，其经过使用本地可再生资源和先进动力管理战略来完成这一Mission。
鉴于城市和工业环境中对归纳动力处理计划的需求日益增长，本研讨考虑选用冷热电联供（CCHP）微电网体系，因其具有将可再生动力与多样化负荷类型高效耦合的才能，然后支撑碳中和方针。本文评论了一种集成三类负荷（冷、热、电）的CCHP微电网体系[6]。该体系选用电制冷机（EC）和吸收式制冷机（AC）满意冷负荷需求，一起经过燃气锅炉（GB）和蒸汽热水换热器（HE）供给热负荷供给。风能、太阳能及燃气轮机（GT）发电被优先用于满意电负荷需求。作为单节点优化的一种方式，CCHP体系提高了动力梯级使用与多能互补性[7]，支撑本地可再生动力消纳[8]，契合可再生动力开展方针，进而推进"双碳"方针的完成。
传统冷热电联供微电网通常为小规模体系，其负荷需求与可再生动力发电均具有明显不确认性[9][10][11]。这种不确认性往往需要经过配备储能体系完成能量时移[12]。但是自建储能体系本钱高昂[13]，大都微电网用户难以承当，极大束缚了其广泛使用[14]。同享储能作为一种立异商业形式，将传统储能技能与同享经济理念相融合。同享储能电站（SESS）由服务运营商开发，以指定本钱为微电网、工业园区等用户供给储能服务[15]。该形式使用户无需承当高额前期出资即可获取储能服务[16]。一起，经过同享经济供给的灵活性，保证了储能体系的高效使用，这种灵活性有助于储能服务运营商快速完本钱钱收回[17]。
学者们已对同享储能体系(SESS)的容量分配与调度战略打开广泛研讨。现有研讨探讨了不同商业形式及优化办法。例如，Li等人提出集成自建与租借储能的混合模型以应对供需不确认性[18]；Yang等人树立的电力交易满意度模型提高了动力集群内资源同享才能，然后进步使用功率[19]。此外，根据Stackelberg博弈的结构已被开发用于优化本钱分配与运转战略，Pu等人与Pei等人的研讨[20][21]对此进行了实证。
虽然这些研讨供给了有价值的见地，但大大都主要关注经济可行性和盈余才能，往往忽视了容量衰减、峰谷调理、梯次使用（指退役电池在最终收回前用于要求较低的使用场景，如固定式储能）以及辅助服务等要害技能方面[22][23][24]。近期部分研讨测验补偿这一不足，例如Sheng等人提出的电动汽车换电网络协同操控结构，经过在更广域的网络环境中考量储能同享机制，对此进行了探索[25]。
在布置SESS过程中，保证多微电网环境下的最优配备是一项要害应战。与独立用户自有配备比较[24]，经过合理整合可最大化集群效应与读档互补性，然后下降本钱并提高使用功率。但是现有配备模型往往未能纳入储能技能束缚要素——诸如衰减动态特性与实时运转本钱等对长期可行性至关重要的参数[26][27]。
储能体系面对的紧迫运转应战之一是容量衰减问题，这会明显影响其经济性。老化会加快容量损失，随时间推移下降实践可用能量[28][29]。此外，欠佳的体系配备或许无法到达预期收益水平，阻碍出资收回[30]。
传统本钱评价办法（如平准化度电本钱LCOE）在发电范畴使用广泛，但因其无法捕捉实时运转本钱，日益难以满意储能电站的评价需求[31]。针对此问题，学界已开发出分段退化模型和根据猜测的办法论等替代计划，用于估算电池寿数并优化运转战略[32][33]。但是，这些模型仍过于复杂，难以直接集成至储能优化结构中，因而束缚了其实践使用[34]。这一要害问题是本文的核心研讨内容：咱们将根据实证的电池寿数模型集成至双层优化结构，以评价储能体系（SESS）退役时的残值，然后优化冷热电联供多微电网体系的全生命周期本钱。
为克服这些局限性，本文提出了一种立异的寿数评价模型，用于量化储能体系退役时的残值。该办法经过将实时退化因子纳入优化结构，供给了更有用、更精确的储能体系价值评价计划，为运营商和出资者供给了要害决议计划依据。
由于新动力出力的不确认性，CCHP-SESS体系在实践运转中难以彻底消纳可再生动力[35][36]。为最大化可再生动力消纳并引导用户经济性使用风景电能，配备储能体系时不应以彻底消纳为单一方针，而需设定合理的经济性弃能率，以保证大部分新动力得到消纳[31][37]。例如，Wei等人考虑了风电-氢互补体系中风电与光伏的读档缺少率及弃能率。经过复合灰狼优化(GWO)与粒子群算法(PSO)相结合的操控算法，获得了风电弃能率0.36%、读档中止率0.21%的最优容量配备计划[38]。Liu等人选用条件危险价值（CVAR）方针量化风景不确认性带来的危险本钱，并树立了归纳电力体系分布式优化模型[39]。Tana等针对多微网体系同享储能问题，考虑风电不确认性与多微网场景概率，提出了四层鲁棒优化模型[40]。上述研讨标明，考量经济性弃电率在影响微电网运转的一起，也能下降SESS配备本钱。
当时研讨的要害缺口在于缺少可以协同优化冷热电联供多微电网体系中同享储能布置本钱、电池全生命周期价值与经济性可再生动力弃电的归纳结构，这正是本研讨旨在处理的问题。现有关于同享储能的研讨仍处于早期阶段，相关成果主要会集在同享储能服务商与用户之间的运转调度和决议计划机制。但是，在容量分配、电池循环老化及未来梯次收回等核心范畴仍存在明显的研讨空白。此外，现在针对高集成度冷热电联供(CCHP)微电网中储电-储热联合体系(SESS)具体使用的研讨仍较为有限。例如在储能配备研讨中，初期往往侧重于最大化风能消纳，而较少考虑弃风现象。虽然既有研讨承认可再生动力限发是一种本钱节省措施[38][39]，但鲜有文献清晰量化其在CCHP多微电网体系中与SESS全生命周期本钱之间的经济性交易，这正是本研讨体系探讨的要害维度。
表1从优化方针、体系类型、电池寿数、剩余价值和经济性减少等方面将本研讨与相关工作进行比照。不同于[18]、[20]、[21]、[38]、[39]和[40]等疏忽电池寿数与剩余价值的研讨，本工作立异性地整合了同享ESS配备、CCHP多微网优化、电池全生命周期管理和经济性减少等维度。相较于聚焦电池特性的研讨[23]、[32]、[33]，本研讨提出了体系级结构；与[38]比较，进一步纳入剩余价值考量，然后提高经济效益与可持续性优势。
根据上述评论的问题与布景，咱们提出了一种用于配备CCHP微电网中SESS的双层规划模型。该模型同步处理SESS容量规划与CCHP微电网配备优化运转问题。上层模型优化SESS容量与最大输出功率，核算SESS-CCHP体系最小归纳本钱下的可再生动力经济消纳率；基层模型则优化微电网配备出力。在上层本钱方针函数中，咱们引入了电池生命周期衰减模型，使SESS在自主确认退役时点的一起完本钱钱收回，并最大化退役电池残值，为未来电池梯次使用做好预备。所提出的双层规划模型能有效和谐SESS容量与多性向CCHP微电网出力，完成体系最优配备。
本研讨提出了一种考虑电池寿数与可再生动力经济化使用的多微电网同享储能配备优化新办法。该模型选用双层结构：上层规划储能容量配备，基层优化多微电网体系的运转出力。本研讨的主要奉献如下：
(1) 提出了一种考虑电池退役残值的同享储能双层优化模型。该模型分析了储能体系全生命周期的出资收回期，处理了储能设备的容量配备问题，并优化了多微电网的运转本钱。
(2) 研讨了根据冷热电联供的多微电网体系中同享储能的运转协同效应，论证了经过同享电化学储能体系（SESS）进行时空能量转移如何提高动力使用功率、下降微电网运转本钱并为储能运营商发明收益，其效益逾越了通用优化结构的范畴。
（3）树立了多性向微电网可再生动力消纳的经济束缚模型，经过战略性弃电下降初始储能需求。该模型答应同享储能运营商自主选择退役年限，保存部分电池剩余价值用于未来梯次使用。