分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)與分布式光伏系統(tǒng)的協(xié)同運(yùn)行優(yōu)化策略研究

東莞莞能綠色能源服務(wù)有限公司 葉漢文 何昌洋 梁子健

1 引言

隨著全球能源需求的不斷增長(zhǎng)，可再生能源成為全球關(guān)注的焦點(diǎn)之一。分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)和分布式光伏系統(tǒng)作為重要的可再生能源技術(shù)，具有靈活性、可持續(xù)性和環(huán)保性等優(yōu)勢(shì)，被廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)中。分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)可以將多余的電力儲(chǔ)存，在需要時(shí)釋放，以平衡電網(wǎng)的供需關(guān)系，并提供備用電源。而分布式光伏系統(tǒng)則通過(guò)太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能，為電網(wǎng)供應(yīng)清潔能源[1]。

因此，實(shí)現(xiàn)分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)與分布式光伏系統(tǒng)的協(xié)同運(yùn)行具有重要意義。通過(guò)優(yōu)化策略，可以使兩者之間實(shí)現(xiàn)更加有效地協(xié)同，提高電網(wǎng)的能源利用效率和穩(wěn)定性。因此，本文旨在研究分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)與分布式光伏系統(tǒng)的協(xié)同運(yùn)行優(yōu)化策略，以推動(dòng)電力系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。

2 分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)與分布式光伏系統(tǒng)的概述

2.1 分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)的原理和分類(lèi)

分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)是將多余的電能儲(chǔ)存起來(lái)，在需要時(shí)釋放出來(lái)，以滿(mǎn)足電力需求的系統(tǒng)。其原理是將電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量進(jìn)行儲(chǔ)存，再在需要時(shí)將其轉(zhuǎn)化回電能輸出。其核心目標(biāo)是提高電能的利用效率和供應(yīng)可靠性。分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)可以根據(jù)儲(chǔ)能介質(zhì)的不同進(jìn)行分類(lèi)。常見(jiàn)的分類(lèi)包括化學(xué)儲(chǔ)能、機(jī)械儲(chǔ)能和熱能儲(chǔ)能?；瘜W(xué)儲(chǔ)能主要通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)將電能儲(chǔ)存在電池中，如鋰離子電池、鈉硫電池、鉛酸電池等。機(jī)械儲(chǔ)能則通過(guò)蓄能器、壓縮空氣儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能等方式將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能進(jìn)行儲(chǔ)存。熱能儲(chǔ)能則通過(guò)蓄熱系統(tǒng)、熔鹽儲(chǔ)能等方式將電能轉(zhuǎn)化為熱能進(jìn)行儲(chǔ)存。

2.2 分布式光伏系統(tǒng)的原理和分類(lèi)

分布式光伏系統(tǒng)利用太陽(yáng)能光電效應(yīng)將太陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為電能。其原理是通過(guò)光伏電池將太陽(yáng)能輻射轉(zhuǎn)化為直流電能，并通過(guò)逆變器將直流電轉(zhuǎn)化為交流電輸送到電網(wǎng)或用于自用。分布式光伏系統(tǒng)具有可再生、環(huán)保、分布式等特點(diǎn)，成為可持續(xù)能源發(fā)展的重要組成部分。分布式光伏系統(tǒng)可以根據(jù)光伏陣列的類(lèi)型進(jìn)行分類(lèi)。常見(jiàn)的分類(lèi)包括單晶硅、多晶硅和非晶硅。單晶硅光伏電池具有較高的效率和穩(wěn)定性，但成本相對(duì)較高[2]。多晶硅光伏電池則具有較低的成本和較高的效率，是目前應(yīng)用最廣泛的光伏技術(shù)之一。非晶硅光伏電池具有較好的光吸收能力和制作靈活性，但效率相對(duì)較低。

2.3 分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)與分布式光伏系統(tǒng)的關(guān)系

分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)與分布式光伏系統(tǒng)之間存在著密切的關(guān)系。分布式光伏系統(tǒng)的主要問(wèn)題之一是其發(fā)電具有不穩(wěn)定性和間歇性，即在夜晚或天氣不好的情況下無(wú)法進(jìn)行太陽(yáng)能發(fā)電。而分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)則可以解決這一問(wèn)題，將多余的光伏發(fā)電電能儲(chǔ)存起來(lái)，以備不時(shí)之需。

分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)可以通過(guò)與分布式光伏系統(tǒng)的協(xié)同運(yùn)行，提供持續(xù)穩(wěn)定的電能供應(yīng)。在光伏發(fā)電過(guò)剩時(shí)，將多余的電能儲(chǔ)存起來(lái)；而在光伏發(fā)電不足時(shí)，將儲(chǔ)存的電能釋放，滿(mǎn)足電力需求。這樣可以有效地彌補(bǔ)太陽(yáng)能發(fā)電的間歇性，減少對(duì)傳統(tǒng)能源的依賴(lài)，并實(shí)現(xiàn)能源的可再生和可持續(xù)發(fā)展。

3 分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)與分布式光伏系統(tǒng)的協(xié)同運(yùn)行問(wèn)題分析

3.1 儲(chǔ)能系統(tǒng)與光伏系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)關(guān)系

儲(chǔ)能系統(tǒng)和光伏系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)關(guān)系是實(shí)現(xiàn)分布式能源系統(tǒng)高效運(yùn)行的關(guān)鍵。儲(chǔ)能系統(tǒng)主要用于儲(chǔ)存光伏系統(tǒng)產(chǎn)生的電能，并在需要的時(shí)候釋放出來(lái)，以平衡供需之間的差異。儲(chǔ)能系統(tǒng)可以有效解決光伏系統(tǒng)產(chǎn)生的電能時(shí)序性、波動(dòng)性和不可控性等問(wèn)題，提高電能利用率[3]。協(xié)調(diào)儲(chǔ)能系統(tǒng)和光伏系統(tǒng)需要考慮多個(gè)因素，包括電能的生產(chǎn)、傳輸和消費(fèi)。對(duì)于光伏系統(tǒng)，需要準(zhǔn)確預(yù)測(cè)光照強(qiáng)度和天氣情況，以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的發(fā)電效果。對(duì)于儲(chǔ)能系統(tǒng)，需要根據(jù)光伏系統(tǒng)的發(fā)電情況和電網(wǎng)需求等因素，確定放電時(shí)機(jī)和放電量。通過(guò)合理調(diào)度和協(xié)調(diào)操作，可以實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能系統(tǒng)和光伏系統(tǒng)的協(xié)同工作，提高整個(gè)分布式能源系統(tǒng)的效率和穩(wěn)定性。

3.2 協(xié)同運(yùn)行中存在的問(wèn)題與挑戰(zhàn)

首先，儲(chǔ)能系統(tǒng)和光伏系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)需要高精度的預(yù)測(cè)和調(diào)度算法。然而，天氣預(yù)報(bào)的不準(zhǔn)確性、電網(wǎng)負(fù)荷需求的變化等因素都會(huì)對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果產(chǎn)生不確定性，給協(xié)同運(yùn)行帶來(lái)一定的困難。其次，儲(chǔ)能系統(tǒng)和光伏系統(tǒng)之間的協(xié)同運(yùn)行還面臨著能量轉(zhuǎn)換效率和成本問(wèn)題。儲(chǔ)能系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換過(guò)程中會(huì)有一定的損耗，這可能影響到整個(gè)系統(tǒng)的能源利用效率。儲(chǔ)能系統(tǒng)的成本較高，對(duì)于分布式能源系統(tǒng)的普及和推廣也提出了一定的挑戰(zhàn)[4]。另外，分布式能源系統(tǒng)的運(yùn)行還受到電力市場(chǎng)和政策環(huán)境的限制。當(dāng)前的電力市場(chǎng)機(jī)制往往無(wú)法充分反映分布式能源的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，缺乏合理的激勵(lì)機(jī)制。政策環(huán)境也需要更明確地支持分布式能源的發(fā)展，促進(jìn)儲(chǔ)能系統(tǒng)和光伏系統(tǒng)的協(xié)同應(yīng)用。

3.3 時(shí)分電價(jià)對(duì)協(xié)同運(yùn)行的影響

我國(guó)自20世紀(jì)八十年代實(shí)施分時(shí)電價(jià)策略，并一直沿用至今，目前國(guó)內(nèi)的分時(shí)電價(jià)方案是由各省市供電公司根據(jù)各自的實(shí)際用電負(fù)荷情況下，同時(shí)結(jié)合地方發(fā)改委給出的電價(jià)制定建議下形成的，而分時(shí)電價(jià)就是指對(duì)地區(qū)內(nèi)不同時(shí)段的電價(jià)進(jìn)行合理定價(jià)，例如，日間用電負(fù)荷高則相應(yīng)時(shí)段電價(jià)相對(duì)較高，夜間負(fù)荷低則相應(yīng)時(shí)段電價(jià)也相對(duì)較低。正因時(shí)分電價(jià)的深化執(zhí)行，日間高電價(jià)時(shí)段產(chǎn)電的分布式光伏收益愈發(fā)明顯，同時(shí)分布式儲(chǔ)能便有了其運(yùn)行策略的方向和依據(jù)，但也因時(shí)分電價(jià)的執(zhí)行，光伏系統(tǒng)與儲(chǔ)能系統(tǒng)的放電時(shí)間（收益最大化時(shí)間）必將重疊，在時(shí)分電價(jià)下使系統(tǒng)協(xié)同運(yùn)行達(dá)到效益最大化，也是協(xié)同運(yùn)行優(yōu)化策略的重點(diǎn)。

3.4 目前研究和應(yīng)用現(xiàn)狀

目前，學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界都對(duì)分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)和光伏系統(tǒng)的協(xié)同運(yùn)行進(jìn)行了大量的研究和實(shí)踐應(yīng)用。在研究方面，許多學(xué)者致力于開(kāi)發(fā)先進(jìn)的預(yù)測(cè)算法和優(yōu)化策略，以提高儲(chǔ)能系統(tǒng)和光伏系統(tǒng)之間的協(xié)同效率。例如，利用人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)來(lái)預(yù)測(cè)光伏發(fā)電輸出和負(fù)荷需求的變化，以?xún)?yōu)化調(diào)度儲(chǔ)能系統(tǒng)的操作。同時(shí)，還有一些研究團(tuán)隊(duì)致力于改進(jìn)儲(chǔ)能系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換效率和降低成本，以提高整個(gè)協(xié)同運(yùn)行系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。

在實(shí)踐應(yīng)用方面，分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)和光伏系統(tǒng)的協(xié)同運(yùn)行已經(jīng)在一些地區(qū)得到了推廣和應(yīng)用。許多國(guó)家和地區(qū)已經(jīng)出臺(tái)政策支持分布式能源發(fā)展，鼓勵(lì)儲(chǔ)能系統(tǒng)和光伏系統(tǒng)的部署和升級(jí)。

4 分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)與分布式光伏系統(tǒng)的協(xié)同運(yùn)行優(yōu)化策略

4.1 能量管理策略的優(yōu)化

4.1.1 儲(chǔ)能系統(tǒng)的功率調(diào)度優(yōu)化

儲(chǔ)能系統(tǒng)的功率調(diào)度優(yōu)化是一項(xiàng)關(guān)鍵任務(wù)，旨在合理分配儲(chǔ)能系統(tǒng)的充放電功率，以滿(mǎn)足用戶(hù)負(fù)荷需求并盡可能地利用太陽(yáng)能發(fā)電，減少對(duì)傳統(tǒng)電力網(wǎng)絡(luò)的依賴(lài)。通過(guò)采用優(yōu)化算法和智能控制技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能系統(tǒng)的靈活調(diào)度，根據(jù)光伏發(fā)電和負(fù)荷變化的情況，及時(shí)調(diào)整儲(chǔ)能系統(tǒng)的功率輸出，提高能源利用效率。

4.1.2 光伏系統(tǒng)的功率控制優(yōu)化

光伏系統(tǒng)的功率控制優(yōu)化是實(shí)現(xiàn)分布式能源系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)。通過(guò)采用先進(jìn)的反饋控制技術(shù)和預(yù)測(cè)算法，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和調(diào)整光伏系統(tǒng)的發(fā)電功率，以適應(yīng)不同的負(fù)荷需求和氣候條件。例如，當(dāng)負(fù)荷需求較低時(shí)，可以降低光伏系統(tǒng)的發(fā)電功率，將多余的能量存儲(chǔ)到儲(chǔ)能系統(tǒng)中，以備不時(shí)之需。

4.1.3 儲(chǔ)能系統(tǒng)的容量規(guī)劃優(yōu)化

儲(chǔ)能系統(tǒng)的容量規(guī)劃是指通過(guò)合理的設(shè)計(jì)和配置，確保儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠滿(mǎn)足負(fù)荷需求并盡可能地利用太陽(yáng)能發(fā)電。在進(jìn)行儲(chǔ)能系統(tǒng)容量規(guī)劃時(shí)，需要考慮用戶(hù)的負(fù)荷需求、光伏發(fā)電的變化情況以及儲(chǔ)能系統(tǒng)的充放電效率等因素。通過(guò)采用優(yōu)化算法和模型預(yù)測(cè)技術(shù)，可以確定較好的儲(chǔ)能系統(tǒng)容量，以實(shí)現(xiàn)能源的高效利用。

4.1.4 根據(jù)時(shí)分電價(jià)對(duì)能量管理策略進(jìn)行優(yōu)化

根據(jù)時(shí)分電價(jià)的高價(jià)執(zhí)行時(shí)段，合理對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的充放策略進(jìn)行調(diào)整，以獲取較好的能源價(jià)格和收益。例如，夜間電價(jià)低時(shí)，可以安排儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行第一次充電，待日間高電價(jià)時(shí)段對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行放電，完成儲(chǔ)能系統(tǒng)第一次充放的利益最大化；能否對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行第二次充電，需滿(mǎn)足該地區(qū)日間有低電價(jià)時(shí)段的前提下，根據(jù)用電主體的用電情況與光伏系統(tǒng)的發(fā)電消納情況進(jìn)行綜合考量，以滿(mǎn)足利益最大化。

4.1.5 能源數(shù)據(jù)分析和智能決策支持

通過(guò)對(duì)能源數(shù)據(jù)的收集和分析，可以提供決策支持和優(yōu)化策略的制定。基于大數(shù)據(jù)分析和人工智能技術(shù)，可以對(duì)光伏發(fā)電和負(fù)荷需求進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)，以及優(yōu)化儲(chǔ)能系統(tǒng)的功率調(diào)度和容量規(guī)劃。同時(shí)，通過(guò)與其他領(lǐng)域的數(shù)據(jù)交叉分析，還可以提供更全面的能源管理和優(yōu)化建議。

4.2 綜合調(diào)度策略的優(yōu)化

4.2.1 儲(chǔ)能系統(tǒng)與光伏系統(tǒng)的協(xié)同調(diào)度

儲(chǔ)能系統(tǒng)與光伏系統(tǒng)的協(xié)同調(diào)度是分布式能源系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化的關(guān)鍵。通過(guò)合理規(guī)劃和協(xié)調(diào)儲(chǔ)能系統(tǒng)和光伏系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)能量的最優(yōu)調(diào)配和供需的平衡。例如，當(dāng)光伏系統(tǒng)發(fā)電過(guò)剩時(shí)，可以將多余的能量存儲(chǔ)到儲(chǔ)能系統(tǒng)中；而當(dāng)光伏系統(tǒng)發(fā)電不足時(shí)，可以從儲(chǔ)能系統(tǒng)中釋放能量來(lái)滿(mǎn)足負(fù)荷需求。通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和調(diào)整，可以使儲(chǔ)能系統(tǒng)和光伏系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)能量的有效轉(zhuǎn)移和共享。

4.2.2 負(fù)荷調(diào)整策略的優(yōu)化

負(fù)荷調(diào)整策略的優(yōu)化是保障分布式能源系統(tǒng)可靠供電的重要手段。通過(guò)采用智能負(fù)荷管理技術(shù)，可以對(duì)用戶(hù)負(fù)荷進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)，以及時(shí)調(diào)整使用電力的方式和時(shí)間，盡可能地利用可再生能源，并減少對(duì)傳統(tǒng)電網(wǎng)的依賴(lài)。例如，可以通過(guò)靈活調(diào)整電氣設(shè)備的工作模式和運(yùn)行時(shí)間，實(shí)現(xiàn)能源的高效利用和負(fù)荷的平衡分配。

4.3 供電可靠性與經(jīng)濟(jì)性的平衡策略

4.3.1 儲(chǔ)能系統(tǒng)容量規(guī)劃和配置優(yōu)化儲(chǔ)能系統(tǒng)的容量規(guī)劃和配置是實(shí)現(xiàn)供電可靠性與經(jīng)濟(jì)性平衡的重要環(huán)節(jié)。通過(guò)考慮負(fù)荷需求、光伏系統(tǒng)發(fā)電能力以及人口密度等因素，可以確定較好的儲(chǔ)能系統(tǒng)容量，以滿(mǎn)足電力需求并減少能源浪費(fèi)。此外，還需要合理選擇儲(chǔ)能系統(tǒng)的類(lèi)型和技術(shù)，如鋰離子電池、鈉硫電池等，以提高系統(tǒng)的效率和可靠性。

4.3.2 光伏系統(tǒng)規(guī)模與布局優(yōu)化

光伏系統(tǒng)的規(guī)模與布局優(yōu)化是實(shí)現(xiàn)供電經(jīng)濟(jì)性的關(guān)鍵因素。通過(guò)充分利用可用的太陽(yáng)能資源，合理規(guī)劃和布局光伏系統(tǒng)的規(guī)模，可以降低能源成本，并減少對(duì)傳統(tǒng)電力的需求。同時(shí)，還需要考慮光伏系統(tǒng)的方向和傾角、陰影遮擋等因素，以確定較好的光伏系統(tǒng)布局方案，盡可能地提高光伏發(fā)電效率和經(jīng)濟(jì)性。

總之，分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)與分布式光伏系統(tǒng)的協(xié)同運(yùn)行優(yōu)化策略是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)能源發(fā)展和供電可靠性的關(guān)鍵。通過(guò)優(yōu)化能量管理策略、綜合調(diào)度策略和供電可靠性與經(jīng)濟(jì)性的平衡策略，可以實(shí)現(xiàn)分布式能源系統(tǒng)的高效運(yùn)行、優(yōu)化能源利用和降低碳排放。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用的推廣，分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)與分布式光伏系統(tǒng)將在未來(lái)發(fā)揮越來(lái)越重要的作用，為能源轉(zhuǎn)型和可持續(xù)發(fā)展作出更大的貢獻(xiàn)。

5 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)與分布式光伏系統(tǒng)的協(xié)同運(yùn)行優(yōu)化策略進(jìn)行了深入研究。通過(guò)分析問(wèn)題和挑戰(zhàn)，提出了一系列優(yōu)化策略。隨著可再生能源技術(shù)的不斷發(fā)展，分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)與分布式光伏系統(tǒng)的協(xié)同運(yùn)行將會(huì)得到更廣泛的應(yīng)用，未來(lái)的研究方向包括進(jìn)一步提高優(yōu)化策略的精確性和智能化程度，以及應(yīng)對(duì)更復(fù)雜的場(chǎng)景和如何實(shí)現(xiàn)在當(dāng)前電價(jià)政策下的利益最大化，從而為能源可持續(xù)發(fā)展作出更大的貢獻(xiàn)。