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01.研究背景
分布式儲能作為靈活調(diào)節(jié)資源對于促進(jìn)新能源消納具有重要作用，然而，當(dāng)前儲能投資成本仍然較高，僅通過峰谷電價差套利對于成本回收及盈利較為困難。本文結(jié)合功率型電儲能及能量型氫儲能的運行特點，提出了聚合分布式電儲能與氫儲能的復(fù)合儲能多市場運行策略及合作收益分配方案。通過聚合分布式儲能參與電能量市場與輔助服務(wù)市場，不僅可以保障電網(wǎng)的安全運行，還可以豐富儲能的盈利模式。
02.研究內(nèi)容
2.1 系統(tǒng)運營框架
系統(tǒng)框架如圖1所示，首先通過聚合分布式電儲能和氫儲能形成復(fù)合儲能系統(tǒng)，然后復(fù)合儲能系統(tǒng)作為一個整體參與電能量市場及輔助服務(wù)市場。由于目前分布式電儲能數(shù)量龐大而氫儲能的部署仍相對有限，因此考慮聚合的復(fù)合儲能系統(tǒng)由一個氫儲能系統(tǒng)和多個電儲能共同組成，其中氫儲由電解槽、壓縮機(jī)、儲氫罐和燃料電池組成。電解槽可利用電能生產(chǎn)氫氣，氫氣被壓縮后存儲于儲氫罐中，而儲氫罐內(nèi)的氫氣不僅可以供燃料電池發(fā)電也可直接進(jìn)行售賣獲利。復(fù)合儲能系統(tǒng)不僅可以參與電能量市場還可以參與旋轉(zhuǎn)備用市場和基于調(diào)頻性能表現(xiàn)的調(diào)頻輔助服務(wù)市場。
圖1 系統(tǒng)框圖
2.2 約束條件
復(fù)合儲能系統(tǒng)在日前市場、旋轉(zhuǎn)備用市場和調(diào)頻市場的報量均由電解槽、燃料電池和電儲能3個部分共同組成；而針對電儲能具有充放電兩種運行方式的情況對充放電的報量行為進(jìn)行了解耦建模。具體地，復(fù)合儲能系統(tǒng)在各市場的報量及系統(tǒng)中各模塊中運行約束在文中2.2節(jié)進(jìn)行了建模及說明。
2.3 分布式儲能收益分配及經(jīng)濟(jì)性分析
1）分布式儲能收益分配
針對聚合運行后各分布式儲能的收益分配問題，引入Shapley值法，在考慮各主體所做貢獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，將合作后的利潤向各分布式儲能主體進(jìn)行分配。
2）分布式儲能投資經(jīng)濟(jì)性分析
由于系統(tǒng)中不同設(shè)備的運行壽命年限不同，因此將復(fù)合儲能系統(tǒng)總投資成本等效折算為日投資成本從而與系統(tǒng)日運行收益對比以評估投資的經(jīng)濟(jì)性。
03.算例分析
以1個氫儲能和3個電儲能聚合而成的復(fù)合儲能進(jìn)行分析，同時對比分析了復(fù)合儲能的多種商業(yè)運營模式。
3.1 儲能系統(tǒng)收益
1）復(fù)合儲能系統(tǒng)收益
通過不同運營模式下的利潤對比可看出參與輔助服務(wù)市場帶來的收益遠(yuǎn)大于僅參與電能量市場，同時調(diào)頻市場中的收益要大于旋轉(zhuǎn)備用市場。而同時參與電能量市場、旋轉(zhuǎn)備用市場及調(diào)頻市場則可使復(fù)合儲能系統(tǒng)收益最大化。
2）各分布式儲能收益分配
基于Shapley值法進(jìn)行合作收益分配后，對比各分布式儲能在各模式下與獨立運營的利潤可看出：在參與輔助服務(wù)市場的模式下，包括電儲能和氫儲能在內(nèi)的各分布式儲能利潤均有所增長，這不僅證明了分布式儲能聚合運營的優(yōu)勢，也證明了利潤分配的合理性。
3.2 合作互補(bǔ)性分析
通過收益分析對比可發(fā)現(xiàn)：在獨立運行情況下，電儲能在調(diào)頻市場可以實現(xiàn)收益最大化，而氫儲能則更偏向于參與備用市場；在聚合運行情況下，合作后的復(fù)合儲能可以獲得更大的收益，這說明了電儲能和氫儲能可以形成優(yōu)勢互補(bǔ)。這是由于電儲能的加入提高了復(fù)合儲能的靈活調(diào)節(jié)能力，從而提高了調(diào)頻性能評分。而氫儲能的容量優(yōu)勢使得復(fù)合儲能可以在各市場進(jìn)行更多的報量從而增加收益。
04.結(jié)語
電化學(xué)儲能是當(dāng)前發(fā)展最為迅速的儲能裝置，氫儲能則被看作是未來最有前景的儲能技術(shù)之一。本文研究了聚合分布式電儲能與氫儲能形成復(fù)合儲能系統(tǒng)后參與多市場的運行策略，并得出以下結(jié)論。
1）復(fù)合儲能同時參與電能量市場、旋轉(zhuǎn)備用市場及調(diào)頻市場可以實現(xiàn)收益最大化，所獲得的收益遠(yuǎn)大于僅參與電能量市場。
2）電儲能與氫儲可以實現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)，合作模式下復(fù)合儲能參與多市場獲得的收益顯著高于兩者各自獨立運營時所獲得的收益之和，同時各分布式儲能的收益也均大于獨立運行時的收益。
3）在考慮投資成本的情況下，氫儲系統(tǒng)作為一個獨立主體參與多市場仍不能實現(xiàn)盈利。但氫儲系統(tǒng)通過與電儲能合作作為一個復(fù)合儲能系統(tǒng)共同投資并參與多市場則可實現(xiàn)較高的盈利率。
