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為了應(yīng)對(duì)能源危機(jī)和環(huán)境污染問題，以風(fēng)電為代表的可再生能源在全球范圍內(nèi)得到快速發(fā)展與推廣。然而，風(fēng)電的間歇性、不確定性等不友好特性，嚴(yán)重阻礙了其大規(guī)模應(yīng)用。為此，全球多個(gè)國家已經(jīng)相繼啟動(dòng)了大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)的研發(fā)和建設(shè)。

在諸多儲(chǔ)能技術(shù)中，壓縮空氣儲(chǔ)能（Compressed Air Energy Storage, CAES）和抽水蓄能是目前被認(rèn)為比較適合大規(guī)模儲(chǔ)能的技術(shù)。相比較而言，CAES的選址限制小，投資建設(shè)成本低，近年來受到廣泛關(guān)注。

傳統(tǒng)CAES電站在儲(chǔ)能階段利用電能壓縮空氣并存儲(chǔ)，在發(fā)電階段將存儲(chǔ)的高壓空氣與燃料混合燃燒后驅(qū)動(dòng)膨脹機(jī)發(fā)電，存在依賴化石燃料和系統(tǒng)效率低兩大弊端。為了解決上述弊端，先進(jìn)絕熱壓縮空氣儲(chǔ)能（Advanced Adiabatic Compressed Air Energy Storage, AA-CAES）應(yīng)運(yùn)而生。

目前，全球已有多個(gè)國家已建成或即將建設(shè)AA-CAES電站，其中德國籌劃建設(shè)ADELE示范電站，設(shè)計(jì)容量達(dá)300MW/1000MW?h，我國已建成10MW AA-CAES示范系統(tǒng)，下階段計(jì)劃建設(shè)100MW級(jí)AA-CAES系統(tǒng)。

目前國內(nèi)外已就CAES電站的規(guī)劃問題進(jìn)行了一些研究。

• 有學(xué)者從經(jīng)濟(jì)性角度出發(fā)，研究了CAES電站應(yīng)用于風(fēng)電消納的可行性。
• 有學(xué)者根據(jù)風(fēng)電并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，以平抑風(fēng)電場功率波動(dòng)為目標(biāo)，對(duì)CAES電站容量進(jìn)行優(yōu)化。
• 有學(xué)者以功能成本最低為目標(biāo)，對(duì)含CAES電站的熱電聯(lián)供系統(tǒng)的容量進(jìn)行了優(yōu)化。
• 有學(xué)者以減少島嶼風(fēng)電場棄風(fēng)為目標(biāo)，提出了雙模式CAES電站的容量優(yōu)化方法。

但是，上述文獻(xiàn)均未考慮AA-CAES電站的變壽命特性。而AA-CAES電站優(yōu)化規(guī)劃結(jié)果與其使用壽命息息相關(guān)，同時(shí)，AA-CAES電站的使用方式對(duì)其壽命影響較大，因此，有必要研究AA-CAES電站使用方式對(duì)其壽命的影響機(jī)理。

此外，上述文獻(xiàn)中也未見針對(duì)大規(guī)模AA-CAES電站的優(yōu)化規(guī)劃方法，而目前多座AA-CAES電站已處于設(shè)計(jì)或研發(fā)階段，因此，研究面向電力系統(tǒng)運(yùn)行的AA-CAES電站優(yōu)化規(guī)劃方法迫在眉睫。

華中科技大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院強(qiáng)電磁工程與新技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、電力安全與高效湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、華威大學(xué)工程學(xué)院的研究人員，首先研究了影響AA-CAES電站壽命的主要因素，建立了AA-CAES電站的變壽命模型，并分析了AA-CAES電站調(diào)度運(yùn)行方式對(duì)其使用壽命的影響機(jī)理。

圖1 雙層優(yōu)化問題的求解流程

在此基礎(chǔ)上，建立了AA-CAES電站雙層優(yōu)化規(guī)劃模型，上層計(jì)及AA-CAES電站壽命對(duì)其日均投資成本的影響，對(duì)AA-CAES電站的投資、運(yùn)行維護(hù)成本與下層反饋的電網(wǎng)典型日運(yùn)行成本之和進(jìn)行優(yōu)化；下層根據(jù)上層所確定的AA-CAES電站容量，進(jìn)行電網(wǎng)典型日最優(yōu)運(yùn)行方式求解，并將最優(yōu)運(yùn)行結(jié)果反饋給上層。

最后，基于修改的IEEE 30節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)和某地區(qū)的典型日數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真，并驗(yàn)證了該雙層優(yōu)化模型的有效性，得到了以下結(jié)論：

• 1）AA-CAES電站的持續(xù)運(yùn)行和工況轉(zhuǎn)換均會(huì)損耗其壽命，其中工況轉(zhuǎn)換影響更大。AA-CAES電站作正備用的情形較多，膨脹機(jī)起停更頻繁，壽命損耗更大，因此膨脹機(jī)的壽命短于壓縮機(jī)。
• 2）對(duì)AA-CAES電站的功率和容量作規(guī)劃時(shí)，考慮其變壽命特性，規(guī)劃結(jié)果更優(yōu)——系統(tǒng)總成本更小，預(yù)期收益更準(zhǔn)確。
• 3）AA-CAES電站應(yīng)用于電力系統(tǒng)時(shí)，不僅具有削峰填谷的能力，還具有優(yōu)異的備用能力，并且在壓縮工況、發(fā)電工況和停機(jī)時(shí)都能承擔(dān)備用任務(wù)。在本文算例中，AA-CAES電站建成后，電網(wǎng)運(yùn)行成本減小了35%，系統(tǒng)總成本減少了27%，風(fēng)電消納率由76%提升到99%以上。

以上研究成果發(fā)表在2020年第3期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》，論文標(biāo)題為“考慮變壽命特性的先進(jìn)絕熱壓縮空氣儲(chǔ)能電站容量規(guī)劃模型”，作者為尹斌鑫、苗世洪、李姚旺、羅星、王吉紅。