古宸嘉, 王建學, 李清濤, 張耀

 

（陜西省智能電網重點實驗室(西安交通大學), 陜西 西安 710049）

 

摘要：隨著新能源的大規模集中式并網，新能源的消納難題愈發突出。作為高比例可再生能源電力系統中的重要組成部分和關鍵支撐技術，儲能的規模化應用有利于提升系統的靈活性、經濟性及安全性。然而，當前綜述多是側重于對儲能技術歸納總結，很少對儲能規劃方法，特別是大規模儲能在源-網側配置方法進行全面的梳理。因此，首先對大規模儲能納入電力系統規劃后整體影響進行分析，總結歸納出儲能在電力系統中的應用場景，并分析儲能的引入對規劃問題建模的影響；然后，分別從大規模儲能源側/網側規劃以及考慮大規模儲能的源網協調規劃兩個方面展開論述；最后，探討當前大規模儲能規劃的重點問題，并對其前景做出展望。

 

引文信息

 

古宸嘉, 王建學, 李清濤, 等. 新能源集中并網下大規模集中式儲能規劃研究述評[J]. 中國電力, 2022, 55(1): 2-12.

 

GU Chenjia, WANG Jianxue, LI Qingtao, et al. Review on large-scale centralized energy storage planning under centralized grid integration of renewable energy[J]. Electric Power, 2022, 55(1): 2-12.

 

引言

 

隨著全球能源消費飛速增長，以及煤炭、石油、天然氣等化石燃料的大量使用對環境帶來的污染加劇，人類社會的可持續發展面臨著巨大的雙重壓力[1]。以風電、光伏為代表的新能源發電技術作為世界上迄今最為成熟的低碳清潔技術之一，可從根本上緩解人類面臨的能源困境[2]。特別地，中國提出了二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和的宏偉目標。在未來新能源大規模并網的背景下，勢必要構建適應高比例可再生能源發展的新型電力系統。一方面，相較于傳統的火電機組，新能源機組出力存在著嚴重的波動性及不確定性，電力系統面臨系統靈活性不足的風險；另一方面，高比例可再生能源接入的電力系統還須應對新能源出力與負荷需求不匹配的難題。這些都會阻礙并網新能源裝機容量的有效利用，一方面，會導致投入的資本發生嚴重的浪費及損失；另一方面，也會更為長遠地影響新能源的可持續發展，不利于能源供給的清潔轉型以及雙碳目標的最終實現。

 

針對此類問題，儲能一直都被視為是極具前景的解決技術之一[3]。特別是近年來，儲能設備在技術上逐步突破并在商業上得到初步應用，規?；瘍δ茉诳深A見的時間內將成為解決新能源消納難題的可靠方案。儲能的特性由其電量和電力特性決定，充裕的電量可以確保其能夠緩解更長時間尺度下風電和負荷之間的時序不匹配現象，而足夠大的電力則允許其能對短期內大功率幅值波動做出快速響應。在大規模新能源接入的背景下，規模化儲能可以更好地平抑新能源的時序波動并實現其電量的時間轉移[4]，從而提高系統運行的經濟性和可靠性。現今，國內各項大規模儲能示范性項目陸續開展，僅2020年就投運或開工了多個“首個”示范項目，如福建晉江百兆瓦級儲能電站示范項目、遼寧大連由國家能源局批準的首個大型電化學儲能國家示范項目以及浙江湖州全國首座鉛碳式電網側儲能電站項目等，標志著大規模儲能技術的發展已步入嶄新的階段。

 

然而，即使儲能技術實現了持續的突破，其投資成本仍然很高。在不同的應用背景下，需要采用針對性的規劃方法才能保證儲能部署的經濟性及合理性。然而，當前綜述更多關注對儲能技術及其應用場景的歸納總結，很少對儲能規劃方法，特別是大規模儲能在源-網側配置方法進行全面的梳理。

 

本文對新能源集中并網下的大規模儲能規劃研究進行調研及梳理。首先，歸納分析大規模儲能接入電力系統的不同功用，并探討其對規劃問題建模及求解的影響；然后，論述大規模儲能源側/網側規劃方法，并進一步探究大規模儲能與源網元件的協同規劃技術；最后，深入探討當前大規模儲能規劃的重點問題并對其前景做出展望。

 

1  大規模儲能納入電力系統規劃后整體影響分析

 

隨著技術進步和功能需求的變化，儲能的形式及種類得到持續的豐富與發展。一方面，依照儲能容量及響應速度的不同，儲能裝置可以分為能量型儲能及功率型儲能；另一方面，根據能量存儲對象的不同，儲能裝置可以分為電儲能、氣儲能以及熱儲能等，這些儲能在各自應用領域中都具有重要的作用。

 

以電能為能量存儲對象的能量型儲能已在電力系統規劃及運行中得到了廣泛應用。根據容量規模的不同，又可以分為集中式和分布式，大規模集中式儲能主要作用于源網端[5]，而小容量分布式儲能則作用于用戶端[6]，本文著重闡述大規模集中式儲能的研究。因此，若無特殊說明，本文儲能特指的是大規模集中式能量型電儲能。

 

目前，規?；瘍δ苤饕猿樗钅堋嚎s空氣儲能以及大容量電池儲能為代表。本文基于大規模儲能典型應用場景，探究其對系統各類運行特性的提升以及對實際規劃模型構建的影響。

 

1.1  儲能應用場景分析

 

大規模儲能在提升電力系統運行的經濟性、環保性、靈活性、可靠性以及系統彈性等方面都有著顯著效益[7]。

 

儲能對系統經濟性、環保性、靈活性的提升作用主要體現在以下幾個方面。（1）系統削峰填谷[8-10]。儲能具有能量轉移特性，可將新能源峰值出力時段的電量轉移至新能源谷值出力時段，從一定程度上降低源荷時序不匹配帶來的系統峰谷差。（2）平抑新能源出力波動[11-13]。相較于常規發電機組，儲能具備快速爬坡能力，可以充分應對新能源瞬時波動導致的功率調節需求，從而提高電網消納新能源能力。（3）延緩系統設備投資[14-17]。儲能具有電力和電量的雙重優勢，可以實現對其他系統設備的替代，包括減緩輸電阻塞導致的線路、變壓器以及靈活機組投建，從而節省不必要開支，提升系統整體效益。

 

儲能對系統可靠性、彈性的提升作用主要體現在以下幾個方面。（1）提供旋轉備用[18-20]。相較于常規機組，儲能元件具有快速響應能力及雙倍調節區間，可以參與滿足系統的旋轉備用需求。（2）參與系統調頻[21-22]及穩壓[23]。電力系統頻率以及電壓幅值波動等電能質量問題的關鍵在于短時功率的動態補償，而儲能元件秒級乃至毫秒級功率動態調節能力正好與此需求匹配。（3）黑啟動[24-25]。儲能裝置具有啟動時間短、自身儲能穩定不受外界影響以及距離負荷中心較近等特性，適合作為黑啟動電源。

 

1.2  儲能對規劃問題模型構建的影響

 

1.2.1  儲能規劃目標構建

 

通過優化設計規劃目標及相應限制約束，可以在規劃問題中納入上述因素影響。當前規劃問題多以規劃期內儲能及其他各類型系統設備的投資和運行總成本最小為目標，即通過合理規劃儲能，使儲能投建成本與儲能運行效益達到均衡。這使得儲能規劃方案得以充分發揮儲能在提升系統經濟性、環保性、靈活性乃至可靠性等方面的效用[26]，具體可表示為

 

式中：CTotal 為總的投資和運行成本；CInv,s 、 CInv,o 分別為儲能和其他新建系統設備的投資成本；COM,s 、 COM,o 、 COM 分別為儲能、其他系統新建設備和系統原有設備的運行維護成本；CCT 為棄新能源懲罰。

 

除了式（1）中常見目標函數的分項，也可以通過設計出一系列表征系統可靠性或彈性的指標，并組合構造出儲能規劃問題優化目標，從而更有針對性地分析儲能對系統可靠性/彈性提升作用。如在文獻[27]中，即針對電力負荷以及非黑啟動發電機組，設計出“可接入容量”指標，用以評估在極端場景下的系統可靠性，并以此作為規劃目標之一，優化決策出對系統彈性提升最大的儲能配置方案。文獻[28]則是以用戶避免電力中斷的支付意愿為基準，設計出可靠性指標，并在儲能優化配置問題的目標函數中加以考慮。

 

1.2.2  儲能復雜運行約束對規劃問題求解的影響

 

在規劃問題中針對儲能元件進行建模時，由于儲能自身異于常規電源的特性，會對規劃問題產生如下影響。

 

（1）儲能設備具有電能的時序轉移特性，可以實現新能源出力電量在時序上的轉移變換。因此，需要在規劃問題中嵌套運行模型，以綜合考慮包含儲能設備在內的多種元件的聯合運行特性[29]。然而儲能及其他機組的運行約束，特別是儲能荷電狀態與充放電功率時序耦合約束等復雜約束的引入，會導致規劃問題的維度擴大，模型復雜度大為增加。

 

（2）儲能設備可以持續存儲電量，可以實現一定程度上的“套利”，即將發電成本低時段的電量轉到發電成本高的時段。從這個角度分析，規劃建設的儲能可以在一定程度上減少運行費用。因此，可以在目標函數中綜合考慮投資和運行成本，以選取相應的最優方案實現成本的進一步降低。此時投資決策和運行優化耦合關系會愈發緊密，使模型問題進一步復雜化。

 

（3）如果在規劃問題中，將儲能裝置的投建變量設為整數變量，且其運行時的充放電狀態由0-1變量表征，則會在儲能最大充放電功率約束中引入非線性項，從而改變規劃問題混合整數線性問題的性質[30]，使模型求解難度增加。

 

綜上可知，儲能在電力系統規劃問題中的引入使得規劃模型更加復雜，針對性地更新和改進現有求解方法，進一步提出新的優化模型及框架，極具必要性。通過對一系列文獻綜述與歸納，本文提煉的大規模儲能規劃框架如圖1所示。

 

 

圖1  大規模儲能規劃框架

 

Fig.1  framework of large-scale energy storage planning

 

2  大規模儲能源側/網側規劃方法

 

大規模儲能源側/網側規劃是在現有既定電源、網架以及其他系統設備的配置條件下，綜合考慮各類電源的分布及相關特性，尋找可行乃至最優的儲能電站投建地點，投建類型及投建容量。表1給出了儲能規劃研究總結和對比。在新能源隨機性的刻畫方面，文獻多是采用了基于場景的隨機表征方法或基于不確定集的魯棒表征方法；規劃目標主要是投資的經濟性，兼顧了新能源消納、供能可靠性、電壓穩定及線路阻塞緩解等需求，最終基于多階段分層/最優潮流優化理論構建了儲能選址定容優化問題。

 

表1  源側/網側儲能規劃研究概述

 

Table 1  Overview of research on source/grid-side energy storage planning

 

 

在大規模新能源接入的背景下，儲能規劃實現了儲能設備及其他系統元件的精細化建模，使得對物理系統特性的刻畫更能貼合實際，從而更為切實地制定了儲能配置需求，提升了資源的配置效率。本文將從電源側儲能規劃以及電網側儲能規劃兩類分別進行闡述。

 

2.1  電源側儲能規劃

 

電源側儲能規劃側重于廠站級或者區域級規劃，其研究的關注點在于儲能對區域內靈活性的提升以及對應外部特性的改善，通常不計及網架的影響。通過對儲能在電源側單點的配置容量以及運行策略進行優化設計，可使儲能與各類電源得以協調互補運行。同時，從發電公司的角度出發，結合自身需求進行儲能容量優化，可以優化電源側結構，提升電源的靈活調節能力，從而滿足電源并網要求或是提升自身效益。

 

電源側儲能規劃主要分為在常規發電側和在新能源側的配置。在常規發電側配置儲能主要作用是提升常規發電機組的靈活性，更偏重設備改造升級，從而使其可以滿足一定的技術要求，以及可以參與提供輔助服務，進而得到一定的收益。因此，儲能的投建主要取決于以下幾個方面。（1）當地輔助服務資源的緊缺度，當該區域的輔助服務資源極為緊缺，通過儲能配置進而參與輔助服務市場，可以獲得相應的較高收益。（2）輔助服務市場的規則設計，儲能參與輔助服務市場的收益主要取決于輔助服務市場政策及所制定的規則，隨著輔助服務市場的逐步建設及完善，將會給儲能創造更多價值增值的機會。然而，當前國內尚未建立起完善的電力輔助服務市場，因此儲能參與輔助服務效益并不顯著。儲能主要還是參與到常規發電機組的技術升級上，如文獻[31]即建立了以輔助單臺火電機組AGC調頻為目標的儲能雙層規劃方法。

 

新能源側配置儲能是當前的熱點，中國多個省區（比如山西、新疆）相繼出臺相關文件要求光伏、風電等新能源電站加裝儲能系統，占比在5%~20%不等。儲能在向“市場剛需”轉變的過程中，不僅需要上述清晰有力的政策支持，也需要通過合理手段實現優化配置。電源側儲能配置，即是從系統資源聯合優化角度，分析儲能對新能源場站各類運行指標以及系統運行效益的提升，以優化決策出儲能的最佳容量配置。換言之，其主要解決的是“配多少”的問題。部分文獻關注于儲能與風火系統的聯合規劃優化。文獻[32]實現了儲能電站與火電及風電聯合優化配置及運行，提高了新能源并網友好性，提升了新能源的消納空間。類似地，文獻[33]在保證系統供電可靠性水平的基礎上，通過優化儲能配置實現了風/柴系統的成本效益最優。

 

同時，相較于傳統新能源單獨配置，儲能參與的新型“新能源+”模式可以有效利用資源的互補特性，避免能源浪費及設備利用率低等問題，從而更好地實現源端多能互補體系的構建。目前，風-光-儲、風-光-水-儲、風-光-熱-儲互補系統的整體規劃與協調調度已然成為清潔能源規?；_發、深度互補利用的新范式[34]。如文獻[35]即以張家口地區的實際風光電站為對象，通過研究不同類型儲能混合優化配置方案的經濟性，實現了儲能效益最大化以及風光的高效利用。在此基礎上，多能互補能源基地、復合電站等新概念也陸續提出。文獻[36]圍繞大規模新能源外送示范基地，采用了風、光、火打捆外送方式，研究了多類型源儲的配比方案，最大化新能源的利用。文獻[37]選用風光等間歇性電源為主要開發能源，并輔之以儲能、光熱為代表的靈活性調節電源，定義并優化構建了面向間歇性資源規?；⒕W的多能互補復合電站。在實際工程方面，中國已開展并建成多項多能互補示范工程項目，如魯能海西州多能互補集成優化示范工程集“風、光、熱、蓄、調、荷”于一體，通過智能調控實現了純清潔能源多能互補高效利用。

 

儲能配置問題在電源側的聚焦，使得相關研究有能力更好解決“如何配”以及“如何用”的問題，從而實現儲能投資的功效最優化。其中部分研究在電源側儲能充放電策略的優化決策的基礎上，探究了儲能在電源側的最優配置方法。文獻[38]提出了基于可變功率修正系數的儲能充放電控制策略，實現了電功率波動平抑的同時避免了儲能壽命的過度折損；文獻[39]實現了儲能充放電控制策略的優化，并將其整合入儲能優化配置的模型中。另一部分研究則是基于電源側儲能典型應用場景及運行策略的歸納分析，形成了一套“經驗化”的儲能快速定容方法。文獻[40]構建了電池儲能容量和凈負荷快速變化值的回歸模型，提出電池容量系數指標用以快速定容；文獻[41]探究了儲能容量需求與負荷及電源組合間的關系，并分析了多類型儲能的最佳配比，以此提出了在給定凈負荷曲線情況下儲能實用化配置方法。

 

上述研究更多地計及了儲能配置的技術性因素，很少考慮其收益因素，這是由于當前儲能的成本較高，即使在投資儲能后可以減少棄風棄光量，但是其投資回報率較低，發電公司主動配套儲能的積極性不強，僅對部分上網電價較高的新能源項目具有一定的吸引力。未來，可以通過一系列政策（比如加強輔助服務市場建設、在實時市場中加大出力偏差考核），來推動新能源側配套儲能的建設。

 

總之，電源側儲能規劃更加側重于等效單節點的容量規劃，主要解決了儲能與各類型電源的配比問題，取得了以下成效：（1）提升了傳統電源的機組特性，如其參與調峰、調頻等一系列輔助服務的能力；（2）改善了新能源的并網特性，穩定及平滑新能源出力；（3）實現了源側的多能互補配置。由于該部分研究更聚焦于儲能參與下的各類復雜物理問題，建模的復雜程度及精細化程度都相對較高，更多地依賴于啟發式算法進行求解。

 

2.2  電網側儲能規劃

 

相較于電源側儲能的配置，電網側儲能規劃，主要是從系統運營公司的角度出發，目的是確定儲能設備的最優位置及容量，最大限度發揮儲能削峰填谷和改善電網線路阻塞等能力，實現儲能投建的社會效益最大化。

 

2.2.1  電網側儲能規劃的數學模型

 

以促進新能源集中并網為導向的儲能規劃，其實際效果很大程度上依賴于對新能源不確定性的刻畫精度。在規劃過程中充分評估與衡量多種不同新能源出力場景下系統的運行情況，可以很好地模擬與還原真實情況。然而，這會導致規劃模型規模過大，難以求解。為此，部分研究將儲能規劃拆分為選址和定容問題，并側重解決其中某一方面，從而簡化了模型求解。文獻[42-43]選用魯棒不確定集來描述新能源出力情況，并選用了基于魯棒優化兩階段的儲能規劃模型。其中，前者側重于儲能選址，而后者關注于儲能定容。文獻[44]計及了運行中的阻塞成本，從而在模型中引入了非線性項，致使模型求解復雜程度增加，因而僅解決了儲能定容問題。文獻[45]以風電匯集的多端直流系統為對象，研究了直流電網儲能的容量配置方法，并對模型重構以保障問題可靠求解。

 

實際上，對新能源不確定性的刻畫只需達到一定的精細化程度即可滿足規劃需求。如何實現儲能效用的最大化，最終還是取決于儲能的合理選型定容，以及適當的多點布局。同樣的儲能部署到網架的不同位置所能發揮的效果相差懸殊。另外，不同的位置所需要配置的儲能容量也不盡相同。因此，部分研究致力于優化儲能的選址及定容。文獻[46-47]均以投資成本及系統期望運行成本之和最小為目標，建立了兼顧儲能裝置的最優選址及定容的兩階段儲能隨機規劃模型。在優化選址定容的基礎上，選取適用的儲能類型可以更好地提升儲能運行的實際效果。文獻[48]提出同時部署“能量密集型”與“電量密集型”儲能，可以顯著提高電網側儲能規劃的社會效益。

 

因此，電網側儲能的規劃，不僅要優化選址定容，更需要計及不同類型儲能設備所具有的不同運行特征和投建成本構成，以及不同的應用領域和應用時間尺度，實現儲能的合理選型。

 

2.2.2  電網側儲能的模型框架及求解方法

 

相較于電源側儲能規劃，電網側儲能規劃涉及更為復雜的網絡及元件模型，其求解難度相對較大。因此，需要定制化設計出配套的優化框架或方法，以實現模型的解耦及問題簡化。一類常見的優化方法是基于分解協調的思想，構造出一系列多層或多階段模型，使其適用于交替迭代求解算法。典型的分層優化方法，即是將儲能規劃問題分解為內外層嵌套的雙層決策模型，其中外層的長時間尺度規劃問題主要決定了儲能的選址定容，而內層則在短時間尺度上評估了儲能參與實際運行的效果，由此交替迭代實現了成本與效益的均衡，具體如文獻[49]所述。類似地，多階段模型的求解也往往是根據需要將規劃問題解耦為一階段規劃問題、二階段運行問題乃至其他多階段問題，使其符合分解算法所對應的特殊數學結構。文獻[50]提出了三階段儲能優化模型，通過在3個階段逐次考慮儲能的選址、定容以及運行評估，實現了對儲能規劃“近似最優”的快速求解。

 

另一類主流的優化方法則是以最優潮流為框架，并結合啟發式算法進行求解。該類方法通過將儲能裝置按照充放電狀態分別等效為負荷或發電機，使得整個優化問題適用于最優潮流框架快速求解，此類典型的應用在文獻[51]中有所體現。此外，基于此框架，相關研究也逐步進行了擴展。文獻[52]將可靠性的成本也納入目標函數中進行規劃求解。文獻[53]構造了表征系統運行成本及電壓穩定性的雙目標最優潮流模型，從而使儲能規劃方案兼顧了系統的經濟性與可靠性。文獻[54]提出了基于多時段最優潮流的儲能規劃方法，克服了單時段最優潮流難以刻畫儲能時序耦合運行特點的問題。

 

考慮到不同物理特性的儲能在系統中多點部署會帶來迥異的效果，電網側儲能規劃的目標即是通過對比各類技術方案投資運行經濟性，以實現儲能選址定容優化決策。相較于源側的儲能配置，電網側儲能規劃問題更加依賴于投資決策-運行校驗的二階段配置模式，模型架構相對統一。然而，規劃問題的決策精準程度取決于對包含網絡架構在內的復雜系統以及海量新能源場景特征的分析與刻畫。同時，也需要根據問題的復雜程度，靈活選取內嵌運行的多階段/多層的建模技術或者是規劃-運行交互迭代的分解協調模型框架來進行求解。

 

3  考慮大規模儲能的源網協調規劃

 

大規模儲能與源網的聯合規劃是指儲能與其他基礎系統設備如輸電線路、靈活機組、風電光伏等統一進行協調配置。該方法主要計及了各種系統設備在宏觀層面上的耦合與替代關系，并考慮到系統規劃與運行間的關聯性，從而全面實現各類基礎系統設備的優化配置，揭示了在大規模新能源接入下電力系統應有的適應性形態。

 

當前含儲能的源網協調規劃總結可參見表2。儲能在輸電網側的部署，除了可以替代部分峰荷電廠的投建，其更主要的作用在于可以有效緩解由于新能源高發時段出現的線路阻塞問題，從而延緩部分關鍵線路擴建計劃。如何合理規劃具有互補替代關系的儲能及輸電線路，以實現新能源消納的提升以及經濟成本的優化，成為當前研究的重點。文獻[55]設計了最小化投資和棄風總成本，以及最大化儲能電站效益的多目標函數，構建了含抽水蓄能電站和輸電線路的優化配置模型。文獻[56]則進一步在規劃問題中考慮儲能裝置性能的逐年衰減以及輸電線路的投建時延。類似地，文獻[57]探究了在可自由開閉線路的輸電網絡中輸電線路和儲能裝置的聯合規劃問題。儲能的合理配置也能提升系統的風險抵御能力。文獻[58]從系統可靠性的角度，研究了最惡劣N–K故障下輸電網與儲能的規劃-攻擊-防御三層協同規劃問題。

 

表2  源網儲協調規劃研究概述

 

Table 2  Overview of research on source-grid-storage coordination planning

 

 

考慮到當前新能源開發潛力巨大，未來新能源電站并網容量需求仍會逐年攀升，這不可避免地會導致常規機組被大量替代，系統的整體靈活性降低，應對新能源不確定風險的能力持續削弱。同時，現有的輸電系統也難以滿足新能源的傳輸需求。為此，系統運營公司需要配套部署儲能，以期保有足夠的系統調峰及輸電能力。部分研究在輸電線路和儲能裝置聯合規劃問題中，兼顧新能源電站的規劃需求，實現了中遠期的儲能及其他各類系統元件聯合優化配置。文獻[59]基于優化后的風儲充放電策略，在輸電網規劃問題中充分考慮風儲聯合規劃及運行所產生的影響。文獻[60]則充分考慮高比例可再生能源電力系統靈活性需求，探究了以實現靈活性供需平衡為目的的源-網-儲一體化規劃方法。

 

隨著新能源出力以及能源供給雙重不確定性的日益凸顯，儲能參與區域綜合能源系統優化運行，可使得多種能源間的耦合性進一步增強，促進多能互補利用。特別地，儲能在電-氣耦合系統中的配置利用已經較為成熟，其所吸納的冗余風光發電量不僅可以在峰荷時段削減電力需求峰值，還可以通過能源轉化設備，如電轉氫/天然氣設備等，保障氣網峰值負荷供應。文獻[61-62]基于以燃氣發電機組為耦合節點的電-氣網絡，研究了旨在消除棄風風險的儲能、熱電聯產機組、傳輸線及氣網元件聯合規劃問題，實現了電-氣元件互補替代以及能源供需均衡。

 

總之，含儲能的源網協調規劃延續了電網側儲能規劃的規劃理念與規劃思想，且具有更深的內涵。從建模方法與求解技術等細節上，含儲能的源網協調規劃同樣以投資決策-運行校驗的規劃框架為主。然而，在研究內容上，更加側重于多類型電力元件與儲能的協同優化配置，從而實現了源-網-儲的優勢互補以及資源稟賦的高效利用。更進一步地，儲能規劃的范疇也隨著研究的深入在逐步擴大，儲能在多能源系統中與多元件優化配置研究也是當前的熱點及難點。

 

4  大規模儲能規劃研究存在的問題及展望

 

隨著大規模儲能技術的不斷突破、經濟效益的逐步提升，大規模儲能規劃的研究將備受矚目。綜上所述，大規模儲能規劃研究已經形成了比較清晰的脈絡及體系，但其中仍然存在一些亟待解決的重要問題。主要分為以下幾點。

 

（1）儲能參與電力系統運行時，具有能量轉移效益，即參與削峰填谷，提升新能源消納以及降低污染物排放等靜態效益。同時，儲能也可以利用自身不同時間尺度上的快速響應能力，參與提供多項電網輔助服務，具有顯著的動態調節效益[63]。此外，儲能對于維持系統穩定性也具有突出的作用。然而，在儲能規劃問題中，對上述效益的精準衡量涉及儲能本身以及所對應物理問題在不同時間尺度上的建模與刻畫。如何在保證整體問題建模內部自洽性的基礎上，充分挖掘儲能參與提供多重服務的能力，是當前儲能規劃建模的一個難題。

 

（2）大規模儲能規劃問題需要解決儲能元件及其他系統元件的選址、選型及定容問題，規劃問題本身已非常復雜。特別是，隨著規劃對象的豐富及規劃場景的拓展，需要進一步實現對各類可再生能源、新型電網及其他系統元件的精細化建模，這也會為模型引入各類非線性乃至非凸因素，規劃問題求解難度進一步增強。此外，新形勢下源荷不確定性將會產生海量場景，待求解問題的規模會進一步增大。在此背景下，問題求解的便捷性和準確性難以兼顧，如何合理對模型進行重構以及簡化，并定制化設計快速求解方法，也是需要進一步解決的難點。

 

（3）當前中國市場化改革為儲能的應用提供了更廣闊的前景，特別是近年來，隨著容量市場及輔助服務市場規則的逐步細化，儲能可以獲得收益的渠道、種類以及數額也在穩步增加，這將直接或間接地決定儲能項目的經濟性及可行性，從而影響到儲能規劃的優化決策[64]。儲能作為靈活電源以及可靠的輔助服務提供方，如何在其規劃研究中納入對現行市場機制設計的影響，并合理評估其參與市場的多方面收益[65]，是很有意義的研究問題。另外，對儲能商業模式的研究與實踐也在逐步深入，青海電網已圍繞共享儲能運營模式展開了深入探索。如何將實際工程經驗吸納并轉化為系統性的規劃理論與方法，并進一步推廣，也是值得深思的問題。