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01.研究背景
園區(qū)共享儲能（SES）模式是解決工業(yè)用戶單獨(dú)配儲建設(shè)成本高昂、利用效率低下等問題的有效途徑之一。在此模式下，處于同一園區(qū)內(nèi)的工商業(yè)用戶可共同投資運(yùn)營一個SES電站。各用戶無須單獨(dú)安裝儲能，即可享受同樣的儲能調(diào)節(jié)服務(wù)，可以充分發(fā)揮不同用戶調(diào)節(jié)需求的時序互補(bǔ)特性，通過統(tǒng)籌優(yōu)化提升儲能設(shè)備利用率、改善投資成效。然而，現(xiàn)有用戶側(cè)SES模式的盈利渠道較為單一，經(jīng)濟(jì)效益受峰谷電價的影響較大。這些問題嚴(yán)重影響了SES模式的經(jīng)濟(jì)性，制約著SES模式的應(yīng)用與推廣。因此，本文針對現(xiàn)有SES模式的痛點(diǎn)問題，以SES的優(yōu)化配置問題為切入點(diǎn)，提出了新的規(guī)劃思路。
現(xiàn)有研究一方面多側(cè)重于協(xié)調(diào)多用戶調(diào)節(jié)需求以確定最佳儲能配置方案，鮮少針對電力市場環(huán)境下共享儲能的其他盈利渠道與投資成效作進(jìn)一步探討；另一方面，在測算SES經(jīng)濟(jì)效益時常常忽視市場政策、峰谷價差等因素的演化特性。針對上述問題，本文結(jié)合現(xiàn)有電力市場規(guī)則設(shè)計(jì)了基于多用戶合作的工業(yè)園區(qū)SES運(yùn)營模式，并且在SES經(jīng)濟(jì)效益測算過程中考慮了重要因素的演化特性，旨在提高SES的利用效率與經(jīng)濟(jì)效益，制定最佳的SES配置方案。
02.基于多用戶合作的園區(qū)共享儲能運(yùn)營模式
在利用SES節(jié)約用戶用電成本的基礎(chǔ)上，若能整合園區(qū)用戶與SES的靈活調(diào)節(jié)能力到電力輔助服務(wù)交易中，將進(jìn)一步發(fā)揮二者的互補(bǔ)調(diào)節(jié)潛能、改善投資成效。補(bǔ)貼價格較高的需求響應(yīng)（DR）市場的出現(xiàn)為上述需求側(cè)資源有序參與電網(wǎng)運(yùn)行調(diào)節(jié)提供了可能。在配置SES后，園區(qū)用戶通過組成合作聯(lián)盟可達(dá)到DR市場的準(zhǔn)入門檻，通過提供DR服務(wù)獲取高額的響應(yīng)補(bǔ)貼。因此，本文在現(xiàn)有模式的基礎(chǔ)上考慮配置SES的工業(yè)用戶聯(lián)盟參與DR市場獲取額外收益，提出了如圖1所示的園區(qū)共享儲能運(yùn)營模式。
圖1 基于多用戶合作的園區(qū)共享儲能運(yùn)營模式
根據(jù)用戶的日負(fù)荷水平，可將SES的應(yīng)用場景分為高峰負(fù)荷場景與一般負(fù)荷場景。高峰負(fù)荷場景下用戶較高的尖峰負(fù)荷直接影響著用戶的月度需量電費(fèi)以及專變擴(kuò)建需求，此時SES主要通過需量管理與動態(tài)增容降低用戶成本。一般負(fù)荷場景下SES一方面可以在DR市場開啟時配合用戶聯(lián)盟參與其中獲取響應(yīng)補(bǔ)貼，另一方面也可以通過低儲高發(fā)實(shí)現(xiàn)峰谷套利。
03.市場時序演變情況分析
目前我國的DR市場主要針對需求側(cè)主體開放，雖制定了可觀的補(bǔ)貼價格但較低的開啟頻次使得需求側(cè)資源的調(diào)節(jié)能力未得到充分利用；調(diào)峰輔助服務(wù)市場主要針對具有較強(qiáng)調(diào)節(jié)能力的電源型主體開放，雖允許需求側(cè)主體的參與但較低的補(bǔ)貼價格使得需求側(cè)主體的參與意愿較低。結(jié)合兩類市場的不平衡現(xiàn)狀以及國家發(fā)展改革委所提出的“逐步將DR作為電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行常態(tài)化調(diào)節(jié)措施”，本文預(yù)測DR服務(wù)將會逐步納入調(diào)峰輔助服務(wù)市場之中，其開展頻次遠(yuǎn)高于目前DR市場的開啟頻次以充分發(fā)揮需求側(cè)資源的調(diào)節(jié)能力，補(bǔ)貼價格則在目前的DR補(bǔ)貼價格與調(diào)峰補(bǔ)償價格之間。本文的后續(xù)研究均站在未來的時間節(jié)點(diǎn)，建立在此假設(shè)的基礎(chǔ)之上。
此外，分時電價的峰谷價差影響著SES的套利收益，因此必須考慮到長時間尺度內(nèi)峰谷價差的變化情況。2021年4月，國家能源局、國家發(fā)展改革委發(fā)布了《關(guān)于加快推動新型儲能發(fā)展的指導(dǎo)意見》等一系列文件，提出要進(jìn)一步拉大峰谷價差，為用戶創(chuàng)造更大的效益空間，因此從短期的角度看峰谷價差將呈逐漸拉大的趨勢。但從長期的角度看，隨著儲能規(guī)模的增加、一系列削峰填谷的措施逐漸生效，電網(wǎng)的峰谷差將逐漸得到控制，峰谷價差最終必然呈逐漸減小的趨勢。
04.雙層模型框架
本文針對所提出的園區(qū)SES運(yùn)營模式，構(gòu)建考慮全周期運(yùn)行調(diào)度過程的園區(qū)共享儲能優(yōu)化配置決策框架，如圖2所示。上層模型根據(jù)用戶調(diào)節(jié)需求形成SES初始配置方案，并將該方案傳遞給下層模型；下層模型則對該方案在全運(yùn)行周期內(nèi)的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行測算，并將聯(lián)盟年運(yùn)營成本傳遞給上層模型以修正規(guī)劃結(jié)果，上下層模型既獨(dú)立求解又相互制約。
圖2 雙層模型框架
05.算例分析
本文基于浙江某工業(yè)園區(qū)內(nèi)4個中小型工業(yè)用戶的真實(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了所提方法的有效性。同時，本文還設(shè)計(jì)了以下4個算例對不同運(yùn)營模式下的儲能經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行分析，算例結(jié)果如表1所示。
算例1：用戶不配置儲能，不參與DR市場；
算例2：用戶單獨(dú)配置儲能但不參與DR市場；
算例3：用戶共同投資SES但不參與DR市場；
算例4：用戶共同投資SES且聯(lián)合參與DR市場（本文模式）。
表1 不同盈利模式下SES配置結(jié)果及經(jīng)濟(jì)效益對比
對比算例1與算例2，可以看出各用戶單獨(dú)配置儲能后，僅利用儲能進(jìn)行套利、需量管理以及動態(tài)增容，總成本節(jié)省153萬元，經(jīng)濟(jì)性提升2.42%。
對比算例2與算例3，可以看出各用戶組成合作聯(lián)盟共同投資運(yùn)營SES后能夠根據(jù)用戶不同的儲能調(diào)節(jié)需求實(shí)現(xiàn)SES的分時復(fù)用，從而提高SES的利用效率與經(jīng)濟(jì)效益，使得總成本進(jìn)一步節(jié)省179萬元，經(jīng)濟(jì)性提升2.91%。
對比算例3與算例4，可以看出考慮用戶聯(lián)盟參與DR市場后，由于SES的利用效率進(jìn)一步提高，用戶聯(lián)盟傾向于配置更大容量的SES，既可在DR市場開啟時賺取高額的響應(yīng)補(bǔ)貼，又可在其未開啟時通過套利、需量管理等方式節(jié)省用電成本，最終可使得總成本進(jìn)一步節(jié)省334萬元，經(jīng)濟(jì)性提升5.50%。
06.總結(jié)
本文針對用戶側(cè)SES應(yīng)用場景考慮單一、運(yùn)營收益測算粗糙問題，提出了市場環(huán)境下考慮全周期經(jīng)濟(jì)效益的工業(yè)園區(qū)共享儲能優(yōu)化配置方法，整合工業(yè)用戶與SES的靈活調(diào)節(jié)能力到DR市場交易之中，并且考慮了重要參數(shù)在SES運(yùn)行周期內(nèi)的演化特性。所提方法拓寬了SES的盈利渠道，能夠通過對SES經(jīng)濟(jì)效益的準(zhǔn)確測算制定最佳儲能配置方案，改善投資成效。
未來將聚焦于各用戶的負(fù)荷特性以及用戶間的需求互補(bǔ)關(guān)系，優(yōu)化園區(qū)用戶的聯(lián)盟策略，促進(jìn)用戶側(cè)SES的推廣應(yīng)用。
