能源环境经济研究所、电机系团队及其合作者提出“电网级移动储能系统”概念

近日，清华大学能源环境经济研究所张达副教授、电机系陈启鑫副教授与美国麻省理工学院、卡耐基梅隆大学等高校的科研人员合作完成的最新研究提出了电网级移动储能系统（portable energy storage systems，PESS）概念，并对其潜在应用方式和经济效益进行了分析。该研究以加州电网为例，估算出在当前电价水平下，在相当比例的区域内，移动储能系统相较固定储能系统可以提高70%的全寿命周期收入，同时促进可再生能源并网，缓解电网阻塞。

图1 期刊封面

近年来，我国与欧美国家部分地区（如美国加州）可再生能源装机发展迅速，为电网的稳定运行带来了一定挑战。电网级储能系统由于可以参与电力平衡调节、提供辅助服务，被认为是在未来低碳能源系统中支持可再生能源发展的重要手段。然而现有储能系统的高经济成本和低使用频率限制了其经济性。本研究首次提出并系统分析了电网级移动储能系统这一概念，并以电动卡车、储能系统与可再生能源发电系统耦合为例，估算了移动储能系统的经济效益。

图2 论文提出的电网级移动储能系统生态

该研究构建了一个基于混合整数规划的决策模型，用以计算移动储能系统的最优运营方案和最大全寿命周期利润。模型中的决策变量包括移动储能系统的充放电方案、在不同地点间的移动方案。其全寿命周期利润为其全寿命周期内通过充放电参与电力系统电力平衡调节所获总利润，减去运输和损耗成本。在这一决策模型的基础上，研究以由Tesla Semi和Powerpack（特斯拉研发的电动半挂式卡车和电池储能系统）组成的移动储能系统为例，考察了系统在美国加州电网（CAISO）的运行情况。研究发现，即使将移动储能系统的运行限制在以CAISO中某节点为中心、半径为10英里的范围内，移动储能系统的全寿命周期利润相比固定储能系统就可以有大幅提升，在圣地亚哥等电网堵塞比较严重的地区尤为显著。

图3 移动储能系统与固定储能系统的全寿命周期利润比较（加州若干区域）

图4 移动储能系统在圣地亚哥地区附近的最优运行方案示例

合作研究成果“电网级移动储能系统”（Utility-scale portable energy storage systems）以长文形式作为封面文章发表在《细胞》（Cell）旗下期刊《焦耳》（Joule），论文第一作者是麻省理工学院博士后（清华大学电机系2016届硕士毕业生）何冠楠博士。张达副教授与美国卡内基梅隆大学杰·惠特克（Jay F. Whitacre）教授为共同通讯作者。其他合作者包括美国卡内基梅隆大学杰瑞米·麦克莱克（Jeremy Michalek）、索米亚·卡尔（Soummya Kar）教授。该研究得到了国家自然科学基金等项目的支持。

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