中國儲能網(wǎng)訊：4月24-26日，由中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會儲能應(yīng)用分會主辦的第九屆中國國際儲能大會在浙江省杭州市洲際酒店召開。在4月25日下午的“儲能電站與技術(shù)應(yīng)用（三）”專場，中科院廣州能源研究所儲能技術(shù)研究室主任馮自平在會上分享了主題報告《基本復(fù)合儲能的分布式能源系統(tǒng)控制策略》，以下為演講實錄：
馮自平：前面我看好多專家講了很多應(yīng)用技術(shù)，這次給大家來點基礎(chǔ)的。萬丈高樓平地起，如果基礎(chǔ)做得好，技術(shù)就能做好。主要匯報幾個方面。介紹一下在用戶側(cè)儲能做的一些最優(yōu)化控制策略方面的研究。
大家知道，現(xiàn)在能源網(wǎng)搞得很復(fù)雜。能源也有很多種形式，問題越來越復(fù)雜。存在問題就是重供給輕需求，重建設(shè)輕管理。系統(tǒng)源荷時空分布不均衡，存在短期峰谷波動大和長時間尺度下供能、用能差異性大的特點。平時說儲能，想到的都是儲電，實際上儲冷和儲熱的成本要比儲電低得多，要低一個數(shù)量級。比如說儲電一個千瓦時一千塊錢，儲冷儲熱大概就是一百塊錢的數(shù)量級。
復(fù)合儲能技術(shù)研究的科學(xué)問題有四個方面：一個是基于電冷熱的多能態(tài)復(fù)合儲能系統(tǒng)最優(yōu)化設(shè)計技術(shù)、然后是多能態(tài)復(fù)合儲能系統(tǒng)的優(yōu)化匹配技術(shù)、還有智能調(diào)度技術(shù)以及能量管理技術(shù)。優(yōu)化設(shè)計主要是以可再生能源發(fā)電最大化利用為目標(biāo)，通過儲電、儲冷、儲熱的方式實現(xiàn)經(jīng)濟高效的能量存儲和本地化利用，實現(xiàn)微網(wǎng)中可再生能源滲透率的最大化。系統(tǒng)集成及智能調(diào)度技術(shù)研究，主要是以微網(wǎng)系統(tǒng)的電高效調(diào)度為目標(biāo)。微網(wǎng)系統(tǒng)能量管理技術(shù)研究，針對并網(wǎng)運行和孤島運行。以上是這個領(lǐng)域需要研究的技術(shù)問題。
下面介紹我們在最優(yōu)化控制方面做的一些工作。大家看這是一套傳統(tǒng)的分布式能源系統(tǒng)。比如是用燃氣發(fā)電技術(shù)發(fā)電，同時，電不足的時候用網(wǎng)電來補充、熱能不足的時候用燃氣鍋爐來補充。這個系統(tǒng)特點是沒有可再生能源發(fā)電系統(tǒng)，沒有儲能系統(tǒng)。燃氣基礎(chǔ)負荷率比較低，能源效率比較低，能源浪費嚴重。把它作一個改造，變成一個含復(fù)合儲能的分布式系統(tǒng)拓撲。對于這個系統(tǒng)，我們有三個已知參數(shù)：一個是可以預(yù)測的用戶側(cè)負荷以及光伏發(fā)電，另外包括燃氣機組的運行特性。有了這些以后，可以定出一些改進的運行策略。這張PPT顯示的就是我們設(shè)計的改進型以電定熱控制策略。電首先要把光伏發(fā)電全部用完。下一個級別就是燃氣機組。熱就是首先要利用燃氣機組的熱能，通過儲能系統(tǒng)來調(diào)節(jié)。系統(tǒng)的熱量供應(yīng)優(yōu)先順序是燃氣機組、儲熱系統(tǒng)、燃料鍋爐。這是分布式系統(tǒng)能量控制判據(jù)及儲能系統(tǒng)容量配置規(guī)則。右邊給出了怎么了確定儲冷儲熱的控制方法。下面這個圖分別是不同季節(jié)的能量分配情況，一個夏季，一個冬季。這是采用100Kw燃氣機組的對比情況。下面這兩個圖分別是傳統(tǒng)的控制策略，上面兩個圖是采用復(fù)合儲能以后的控制策略?？梢钥闯觯翰捎脧?fù)合儲能系統(tǒng)進行調(diào)控，冬季工況下仍然存在熱能損失，但是損失量有所減少。夏季工況下100Kw燃氣機組運行工況較為穩(wěn)定，但負載率不高、儲電系統(tǒng)沒有起作用；儲熱系統(tǒng)作用明顯，減少了機組的啟停運行。
下面兩張圖是針對不同燃氣機組容量，得到的傳統(tǒng)控制策略和改進型控制策略的負載率情況。最后得到的結(jié)論是：針對兩種不同設(shè)計容量的分布式系統(tǒng)，基于復(fù)合儲能系統(tǒng)的調(diào)控方式均使得燃氣機組處于穩(wěn)定運行的狀態(tài)；同時選擇60kw燃氣機組時，優(yōu)化效果明顯，機組保持在較高的負載率運行。
前面的控制基于經(jīng)驗規(guī)則，調(diào)控策略缺乏靈活性，因此研究了基于遺傳算法的主動調(diào)控策略。左邊是算法步驟。設(shè)定了兩個優(yōu)化目標(biāo)：一個是運行經(jīng)濟性，一個是污染物排放量。首先我們只考慮經(jīng)濟性不考慮污染物排放，在單目標(biāo)優(yōu)化情況下，主動調(diào)控策略比現(xiàn)有控制方式節(jié)約了22%的運行成本，具有良好的經(jīng)濟性；算法大約在30代左右收斂，收斂性非常好。進一步地，考慮了多目標(biāo)優(yōu)化的功率分配情況，既考慮經(jīng)濟性又考慮排放?？梢钥闯觯憾嗄繕?biāo)優(yōu)化所節(jié)約的運行費用，相比單目標(biāo)有所降低，但CO2排放量有顯著減少，經(jīng)濟性指標(biāo)和污染物排放指標(biāo)同時得到了優(yōu)化。以上是我介紹的我們做的復(fù)合儲能系統(tǒng)優(yōu)化控制方面的工作。
下面我給大家介紹一下我們做的一個超級電容和電池混合儲電的仿真平臺。我們是以軌道交通來做的。大家知道軌道交通比如地鐵往前跑的是電動機帶著車在跑，剎車的時候電動機反轉(zhuǎn)變成發(fā)電機，產(chǎn)生電能并回饋到直流母線。不同于電阻制動消耗能量的方式，我們采用儲能系統(tǒng)把這個電能回收，等下一趟車往前跑的時候就把它用了，再生電能得到了充分利用。左邊是用鋰電池的，右下角是用超級電容的。單一類型儲能介質(zhì)難以在性能、價格、效率等多方面滿足系統(tǒng)能量調(diào)控的作用。通過我們研發(fā)的基于混合儲電的再生電能物理仿真平臺，可以結(jié)合各種智能算法，對單目標(biāo)、多目標(biāo)不同運行目標(biāo)下的混合儲電系統(tǒng)容量設(shè)計、功率分配策略進行驗證和優(yōu)化，有效提高系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性、節(jié)能性等指標(biāo)，從而指導(dǎo)實際系統(tǒng)的設(shè)計和運行。謝謝大家！
