基于電力系統(tǒng)能效評(píng)估的蓄能用電技術(shù)節(jié)能評(píng)價(jià)及優(yōu)化

    江蘇省智能電網(wǎng)技術(shù)與裝備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(東南大學(xué))、國(guó)網(wǎng)淮安供電公司、江蘇省電力公司檢修分公司淮安分部、國(guó)網(wǎng)甘肅省電力公司電力科學(xué)研究院的研究人員高賜威、羅海明、朱璐璐、劉福潮、韓永軍，在2016年第11期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》上撰文指出，蓄能用電技術(shù)的調(diào)峰特性使得其應(yīng)用比較廣泛，但對(duì)于蓄能用電技術(shù)的節(jié)能效果卻少有量化的分析。

提出、推導(dǎo)了電力系統(tǒng)能效評(píng)估的節(jié)點(diǎn)煤耗率指標(biāo)，基于交流最優(yōu)潮流進(jìn)行了節(jié)點(diǎn)煤耗率的求解；基于節(jié)點(diǎn)煤耗率理論，提出了蓄能用電技術(shù)節(jié)能評(píng)價(jià)的節(jié)點(diǎn)用電煤耗指標(biāo)，利用該指標(biāo)構(gòu)建并研究了蓄能用電的節(jié)能優(yōu)化控制模型。

IEEE14節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)算例分析了節(jié)點(diǎn)煤耗率指標(biāo)的時(shí)間空間特性以及用于電力系統(tǒng)能效評(píng)估的可行性；冰蓄冷系統(tǒng)算例驗(yàn)證了本文的蓄能用電技術(shù)節(jié)能評(píng)價(jià)方法和節(jié)能優(yōu)化控制策略的可行性，蓄能用電節(jié)能優(yōu)化控制可以有效地降低系統(tǒng)的整體能耗。

蓄能用電技術(shù)是需求側(cè)管理中負(fù)荷管理的重要措施[1]，常見(jiàn)的蓄能用電技術(shù)有空調(diào)蓄冷蓄熱技術(shù)[1]、電熱鍋爐技術(shù)[3]、抽水蓄能技術(shù)[4]、壓縮空氣儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能[5]、電池儲(chǔ)能[6]和超級(jí)電容器儲(chǔ)能[7],[8]等技術(shù)[7]。

蓄能用電技術(shù)的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在3個(gè)方面：①增加了低谷時(shí)段用電，提高了電力系統(tǒng)的負(fù)荷率；②負(fù)荷高峰時(shí)段釋能以滿足系統(tǒng)峰時(shí)的用能需求，降低了系統(tǒng)峰時(shí)電力需求；③與間歇性新能源配合，提高間歇性能源的利用率，改善其經(jīng)濟(jì)性。

但是，由于蓄能用電比正常用電多了蓄能和蓄能轉(zhuǎn)換為用能的過(guò)程，使得整體的能效下降，抽水蓄能效率一般為65%~75%，壓縮空氣儲(chǔ)能效率為65%左右[7]，冰蓄冷中央空調(diào)效率約為63%[10]。

因此，有學(xué)者研究了蓄能用電技術(shù)的優(yōu)化控制方法，但主要以考慮成本、電費(fèi)的經(jīng)濟(jì)優(yōu)化控制方法居多[6-8]，幾乎沒(méi)有節(jié)能優(yōu)化控制策略的研究。對(duì)蓄能用電技術(shù)的節(jié)能效果評(píng)價(jià)的研究也多集中于經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)[9-11]，節(jié)能性評(píng)價(jià)研究較少，文獻(xiàn)[17]從電網(wǎng)負(fù)荷率與供電煤耗的關(guān)系分析角度研究了冰蓄冷技術(shù)對(duì)碳排放減少的節(jié)能評(píng)價(jià)。

本文提出了電力系統(tǒng)能效評(píng)估的指標(biāo)，給出了其理論推導(dǎo)和求解過(guò)程。基于該理論研究了蓄能用電技術(shù)的節(jié)能評(píng)價(jià)方法以及節(jié)能控制策略，并進(jìn)行了相應(yīng)的算例分析。

圖1電力系統(tǒng)組成及其各環(huán)節(jié)能效指標(biāo)

結(jié)論

本文提出了電力系統(tǒng)能效評(píng)估的節(jié)點(diǎn)煤耗率指標(biāo)，給出了其定義、理論推導(dǎo)及求解過(guò)程；并以此為基礎(chǔ)，提出了實(shí)現(xiàn)蓄能用電技術(shù)節(jié)能評(píng)價(jià)的節(jié)點(diǎn)用電煤耗指標(biāo)，研究了其節(jié)能評(píng)價(jià)方法、優(yōu)化控制模型，結(jié)合冰蓄冷系統(tǒng)的具體算例說(shuō)明了該理論的可行性和有效性。

算例結(jié)果表明：

1、節(jié)點(diǎn)煤耗率指標(biāo)可以有效的表征電力系統(tǒng)的能效，節(jié)點(diǎn)用電煤耗指標(biāo)可以實(shí)現(xiàn)蓄能用電系統(tǒng)的節(jié)能評(píng)價(jià)；

2、蓄能用電技術(shù)的節(jié)能優(yōu)化模型可以有效地從電力系統(tǒng)整體角度減少蓄能用電系統(tǒng)的煤耗；

3、蓄能用電均會(huì)導(dǎo)致電能消耗的增加，但是蓄能期間用電煤耗率較低，因此總體的煤耗有可能減少，依然是有可能是節(jié)能的，這取決于蓄能釋能過(guò)程的能量損失和蓄能過(guò)程中的用電煤耗降低程度；

4、蓄能用電技術(shù)從用戶和系統(tǒng)角度分析均是經(jīng)濟(jì)的，但可能是不節(jié)能的，其轉(zhuǎn)換效率是其節(jié)能運(yùn)行的主要矛盾。雖然在峰谷電價(jià)的激勵(lì)下，蓄能用電可以節(jié)約電費(fèi)，但如果蓄能用電效率不提高，對(duì)于電力系統(tǒng)整體而言可能會(huì)產(chǎn)生額外煤耗；

5、蓄能用電的節(jié)能效益存在時(shí)間和空間上的差別，一般系統(tǒng)資源投資在遠(yuǎn)電源節(jié)點(diǎn)的節(jié)能效果較好。

研究蓄能用電技術(shù)的節(jié)能評(píng)價(jià)及節(jié)能控制是更好地普及應(yīng)用蓄能用電系統(tǒng)的前提，可以為政府部門(mén)節(jié)能減排的決策提供有益的建議。