高比例可再生能源电力系统中广义储能的系统价值评价与研究

To access high penetration renewable energy is an important feature of future power system. However, the power outputs of renewable energy represented by wind turbine and photovoltaic are intermittent and fluctuant, which makes the rigid balance between power sources and power loads much harder to realize. Thus, due to the ability of transferring electricity power in time and space dimension, energy storage technology has been the key supporting technology of future power systems with high penetration renewable energy. However, energy storage equipments in narrow sense are with high cost and low stock, which is hard to satisfy the adjustment demands of future scenes high penetration renewable energy. Generalized energy storage technologies such as demand side response and electricity power for hydrogen production are desiderated to act as the supplement of narrow sense energy storage. This project will first analyze the operating mechanism of generalized energy storage, and establish its general model under different time scales. Then, based on system value theory, a system value evaluation model of generalized energy storage will be established and used to evaluate its effects to the safety and economy of power system operation comprehensively. After that, the coordinate planning and operating methods between generalized energy storage and power system high penetration renewable energy will be researched under system value theory and the general guidelines of generalized energy storage configuration under multi time scale will be summarized. Finally, using the analogical relation between power ancillary service market and financial market, a financial mapping analysis method will be proposed to design the commodities and their business models of generalized energy storage.

接入高比例可再生能源是未来电力系统的重要特征。以风电和光伏为代表的可再生能源出力具有间歇性和波动性，使得传统电力系统中电源与负荷之间的刚性平衡越来越难以为继。基于此，储能因其能够对电能进行时空转移的能力而成为未来高比例可再生能源电力系统的关键支撑技术。但是，狭义的储能设备造价高、存量少，难以满足未来高比例可再生能源场景下系统的调节需求，亟需以需求侧响应、电制氢等能够实现等效储能效果的广义储能技术进行补充。本项目首先分析广义储能的运行机制，并建立其在不同时间尺度下的通用模型。其次，以系统价值论方法建立广义储能的系统价值评估模型，全面评估和衡量其对电力系统安全经济运行的价值。然后，研究系统价值论下广义储能与高比例可再生能源电力系统的协调规划与运行，并总结广义储能多时间尺度配置的一般准则。最后，利用电力辅助服务市场与金融市场之间的类比关系，提出一种广义储能商品及其商业模式设计的金融映射分析方法。

接入高比例可再生能源是未来电力系统的重要特征。以风电和光伏为代表的可再生能源出力具有间歇性和波动性，使得传统电力系统中电源与负荷之间的刚性平衡越来越难以为继。基于此，储能因其能够对电能进行时空转移的能力而成为未来高比例可再生能源电力系统的关键支撑技术。但是，狭义的储能设备造价高、存量少，难以满足未来高比例可再生能源场景下系统的调节需求，亟需以需求侧响应、电制氢等能够实现等效储能效果的广义储能技术进行补充。.本项目将广义储能定义为一切能够改变电能时空特性，在电能供需之间发挥缓冲调节作用的设备和措施，包括狭义储能、需求侧管理和响应、电动汽车充放电管理、多能源互联系统（包括电转热储能、电转气储能、海水淡化等），分析其运行特性和响应特征。同时，提出并比较负荷聚合商关于广义储能资源的两种调度策略，即“狭义储能优先响应策略”和“广义储能优先响应策略”。基于两种调度策略，以负荷聚合商市场收益最大为目标，建立了适应于PJM辅助服务市场的负荷聚合商收益模型。.其次，基于对系统价值构成和特征的分析，以系统价值论方法建立广义储能的系统价值评估模型，全面评估和衡量其对电力系统安全经济运行的价值。根据应用场景的不同，针对用户侧储能和电网侧储能，分别提出储能系统价值评估的累加逼近法和差值法。.最后，研究系统价值论下广义储能与高比例可再生能源电力系统的协调规划与运行关键技术，主要包括用户侧广义储能的调度策略及市场模型、负荷聚合商储能配置方法、考虑需求响应资源的配电网储能配置方法、考虑响应定价博弈的广义需求侧资源响应优化等。主要解决了需求响应不确定性情况下的聚合商储能配置策略、电力市场机制设计、广义储能资源调度与利益分配等关键问题。.本项目的研究结果表明，应对高比例可再生能源接入电力系统的电能生产与消费时空错配问题，必须积极发挥用户侧资源在电力电量平衡中的重要作用。同时，应客观评价广义储能技术带来的系统价值，给予合理回报。