團隊介紹

尹斌鑫

尹斌鑫，博士研究生，研究方向包括壓縮空氣儲能系統、電力系統優化規劃、綜合能源系統優化運行等。曾參與國家973計劃課題（超臨界壓縮空氣儲能系統的集成機理與優化設計）和國家重點研發計劃課題（大規模先進壓縮空氣儲能系統設計技術），以及國家自然科學研究基金面上項目（先進絕熱壓縮空氣儲能系統動態建模及電網協同調度技術研究）等。

苗世洪

苗世洪，博士，華中科技大學教授，博士生導師，湖北省電機工程學會理事、電力系統自動化專業委員會主任委員，中國能源研究會儲能標準化技術委員會壓縮空氣儲能分委會委員，長期從事電力系統繼電保護及自動化、配電網與微網新技術、壓縮空氣儲能建模及應用，電力系統與綜合能源系統智能調度與自動化等方面的教學、研究與裝備研發工作，已發表學術論文143篇 (其中EI論文90篇，SCI論文33篇) 。近年來主持國家重點研發計劃課題1項，主持國家自然科學研究基金項目3項，參與了多項國家973計劃項目、863計劃項目和國家電網公司總部科技項目等。

導語

先進絕熱壓縮空氣儲能(AA-CAES)是一種大容量儲能技術，其成本低、無需燃料，且具有冷-熱-電聯儲聯供的能力，在綜合能源系統(IES)中能發揮出其獨特優勢。根據IES的運行情況，對AA-CAES電站進行經濟性分析，能切實反映AA-CAES電站應用于IES后所帶來的經濟效益，對AA-CAES技術的推廣和應用具有重要意義。

項目研究背景

除AA-CAES電站之外，其他輔助設備，如蓄電池和電轉氣裝置等，亦能提升IES運行的安全性和經濟性。不同輔助設備的成本、壽命和帶來的經濟效益各不相同，如何結合IES的實際運行情況和輔助設備自身的特點，分析各輔助設備對IES經濟性的影響顯得至關重要。

論文方法及創新點

針對AA-CAES電站的經濟性分析問題，本文首先考慮各輔助設備參與IES運行的情況，建立了其全壽命周期經濟評估模型。為了反映IES的運行情況與成本，該文考慮其主要設備的協調互動，建立了大規模IES的優化調度模型。

基于上述模型，得到了含不同輔助設備時IES的優化運行結果。最后結合各輔助設備的安裝成本、置換成本、維護成本等全壽命周期成本與IES運行成本，對比分析了AA-CAES電站與其他輔助設備在IES中的經濟性表現。含各輔助設備的IES結構如圖1所示。

圖1 綜合能源系統結構

（1）IES經濟性評估模型

IES總成本計算如下：

（2）IES優化運行模型

該部分包括兩方面：IES中各設備的運行約束與冷、熱、電備用能力約束；IES的功率平衡約束，冷、熱、電備用需求約束和棄風約束等其他約束。

（3）算例分析結果

為了對比分析AA-CAES電站和蓄電池儲能的效益，并分析P2G裝置對系統運行效益的影響，本文設置了多個場景進行分析，各場景說明見表1。

表1 場景介紹

各場景下IES的運行成本、輔助設備的日均投資成本和日均固定維護成本、燃料成本和IES總成本見表2。

其中，IES運行成本為IES全年日均運行成本，該成本基于夏季、冬季和過渡季典型日數據，并根據各典型日在一年中所占比例進行加權計算得到；燃料成本為IES運行成本中除去輔助設備可變維護成本的部分；投資成本為AA-CAES電站、P2G裝置或蓄電池電站等輔助設備的日均投資成本，由安裝成本和置換成本兩部分構成；固定維護成本為輔助設備的日均固定維護成本；總成本Ctotal為IES運行成本、輔助設備的日均投資成本與日均固定維護成本之和。

表2 不同場景下IES成本（單位：$）

結論

文章建立了含AA-CAES電站和電轉氣裝置的IES優化運行模型，并采用該模型計算了各輔助設備對IES運行成本的影響，在此基礎上對AA-CAES電站、電轉氣裝置和蓄電池電站等輔助設備進行了經濟性對比分析，得到了以下結論：

• 1）AA-CAES電站能有效降低IES運行成本，并提高IES的能量利用效率，大規模IES在建成大容量的AA-CAES電站后IES總成本有所下降；
• 2）在IES建設成熟前，AA-CAES電站可不參與供冷和供熱，僅用于電力單能流場景，此時AA-CAES電站仍具備一定的經濟效益；
• 3）由于蓄電池電站的壽命較短，因此，建成與AA-CAES電站相同容量的蓄電池電站后，IES的總成本大于建設蓄電池電站前的IES總成本；
• 4）電轉氣裝置能減小IES的運行成本與燃料成本，與AA-CAES電站組合能進一步減小上述成本，但在沒有碳排放補貼的情況下不具備經濟效益。

引用本文

尹斌鑫, 苗世洪, 李姚旺, 張松巖, 王吉紅. 先進絕熱壓縮空氣儲能在綜合能源系統中的經濟性分析方法[J]. 電工技術學報, 2020, 35(19): 4062-4075. Yin Binxin, Miao Shihong, Li Yaowang, Zhang Songyan, Wang Jihong. Study on the Economic Analysis Method of Advanced Adiabatic Compressed Air Energy Storage in Integrated Energy System. Transactions of China Electrotechnical Society, 2020, 35(19): 4062-4075.