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基于建筑能源系统的混合储能技术研究现状

作者:夏阳 郭少朋等 来源:储能科学与技术 发布时间:2021-12-10 浏览:

中国储能网讯:作者:夏阳1(图片), 金光1, 张立1, 刘智慧1, 郭少朋1,2(图片)

单位:1.内蒙古科技大学能源与环境学院;2.天津大学中低温热能高效利用教育部重点实验室。

引用:夏阳,金光,张立等.基于建筑能源系统的混合储能技术研究现状[J].储能科学与技术,2021,10(06):2169-2180.

Doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0215

摘 要 由于用户负荷需求的多元化和不确定性,单一类型的储能技术已不能满足高品质的建筑供能需要。通过耦合不同类型储能设备,实现多能源协调互补的混合储能技术应运而生。本文在建筑能源应用背景下,首先介绍了混合储能技术的原理,从建筑用能需求角度梳理了混合储能技术的研究进程,指出了现阶段混合储能的主要研究方向。其次基于混合储能的几种常见匹配方式,综述了热能、燃气化学能和电能等多类型能源混合存储技术的应用现状,并根据典型案例介绍了相应混合储能的系统组成、运行策略和系统特点,说明建筑用户的多能用能需求如何得到满足。最后对混合储能系统性能和经济性情况进行分析,提出了评估混合储能系统性能的重要指标和影响其经济性的主要因素。

关键词 混合储能;建筑能源系统;匹配方式;性能;经济性

由于用户侧能源需求的日益多元化,单一电、热、冷、气系统已无法满足多类型要求。在建筑能源系统中实施多能互补技术,对实现建筑节能、提高能源综合利用率有着重要意义。通过引入合适的储能设备,构建混合储能系统,可以显著减少能源供给波动,提高能源稳定性,降低太阳能等可再生能源带来的不稳定问题。不同于单一储能系统的单独规划、单独运行,混合储能技术通过组合不同类型的能源转换和储存设备,将多类型能源间的联系进一步加深,扩大了不同类型能源的交互,实现了多种能量流动和协调运行。已有众多研究对混合储能技术开展了深入分析,文献建立了包含电-热储能设备的零碳多能源系统模型,综合考虑了储能设备老化、综合需求响应和运行风险等影响因素对其优化,得到了最优的容量规划和运行性能。文献为探究P2G(power-to-gas)与DRPs(demand response programs)协同对多载波系统运行的影响,基于EH(energy hub)概念建立了包含电-热-气储能设备的混合储能模型,结果表明,考虑P2G技术并结合蓄热蓄电,可使EH运行成本降低7.3%。文献建立涵盖电-热-冷-气四种储能,风光清洁能源发电机组、冷热电联产机组和相关能源转换设备的园区综合能源系统模型,并就其多能源调度问题进行研究。本文针对建筑用能系统,分析了用户需求和供能关系,通过总结近年来相关文献,综述了混合储能技术在建筑能源系统中的应用情况,分析了混合储能系统性能和经济性,以期为混合储能技术在建筑能源系统中的进一步应用提供参考。

1 混合储能技术

建筑能源系统在全国能源经济消费中占比较重。根据中国建筑节能协会发布的《中国建筑能耗研究报告(2020年)》,2018年全国建筑运行阶段能耗为10亿吨标准煤,占全国能源消费总量的21.7%。由此可见,降低建筑能耗、推行建筑节能已经成为我国改善能源结构,实现低碳发展的关键所在。

近年来随着建筑能源系统中可再生能源的大量接入,构建多能互补的建筑能源系统成为一种切实可行的解决方案。由于建筑能源系统体现出了明显的峰谷差特点和多类型需求特点,再加上太阳能等可再生能源存在的间歇性和不稳定性问题,常常需要在建筑能源系统中加入储能设备以提升系统的稳定性,保证高质量供能。传统储能系统常采用单一储能方式,无法同时满足多类型能源需求的高品质供给。因此,有必要将多种储能技术统一规划,协调运行,建立混合储能系统,才能进一步提高建筑能源系统的可靠性和稳定性。

混合储能技术是指通过不同形式的储能设备,实现不同类型能量间的转化与储存,进而实现能源系统中多种能量的流动与协调运行。混合储能的运行状态与其应用场景息息相关,基于混合储能在建筑能源系统中发挥的具体作用,本文对混合储能的典型应用场景总结如下。①提升供能质量。由于用户的多能用能需求和大量可再生能源发电的并网接入,使得原有能源系统在供能时常面临储能设备响应时间过长、输电阻塞、电压不稳定及频率波动较大等问题。混合储能系统通过协调多种储能设备,平滑了能量波动,保证了能量供给的平稳和连续。②提升供需平衡程度。保持能量的供需平衡对减少能源浪费,提升系统经济性有着重要意义。文献以城市为空间尺度,构建了包含冷-热的混合储能系统,在成本最优的约束条件下满足了人们的电、热用能需求。③削峰填谷。随着电网负荷的峰谷差不断增大,电网的调峰压力也越来越重。混合储能可以把用电谷期的电能转化为其他形式的能量,提升储能设备调峰能力的同时,也使得电力系统更加灵活。④可再生能源消纳。由于风电、光伏等可再生能源发电的不稳定性和随机性,造成了风光发电上网难的现象,造成了大量的弃风、弃光。混合储能通过平滑风光发电波动,减少了对配电网的冲击,提升了可再生能源发电消纳率。

同时,由于混合储能系统的种类繁多,储能设备又受高成本和使用生命周期的制约,基于建筑的实际条件选择适宜的混合储能设备变得至关重要。在实际应用中,考虑的主要因素为用户用能特点和建筑外部环境。就现有阶段来说,储能设备仍面临成本过高的问题,因此混合储能在应用过程中更主要的是面临一些对用能有特殊要求的场所,如医院、科研院所计算中心等,用电过程中的电压波动、频率波动、功率因数、断电等意外情况会对用电设备产生不可逆的影响,因此该类区域对供能质量要求较高;又如我国的“三北”地区,风光等可再生能源丰富,但由于人口稀少,基础设施不够完善,对可再生能源发电的消纳能力明显不足。为消纳这些弃风、弃光,就可以应用混合储能对风光发电的强消纳能力来满足人们的需求。

如图1所示,建筑用能需求包括了冷热需求、电需求和气需求,分别对应了建筑冷热负荷、电负荷和气负荷。其中,热负荷由建筑用户在冬季供暖和应用生活热水的过程中产生;冷负荷由建筑用户在夏季供冷过程中产生;电负荷由建筑用户在采暖通风、房间照明和电气设备使用过程中产生;气负荷由建筑用户在燃气灶具使用,燃气发电、供暖或制冷的过程中产生。

图1   建筑用能需求和供能关系示意图

从建筑能源系统的构成角度分析,建筑能源系统由供能设备、输能网络、用户和储能设备组成。其中供能设备主要包括:①用于电-热/冷能量耦合的电锅炉,热泵,压缩式制冷机,吸收式制冷机等;②用于电-气能量耦合的P2G设备;③用于气-热能量耦合的燃气锅炉;④用于电-热-气或电-热-冷-气能量耦合的热电联产系统和热电冷三联供系统,其中主要的设备有燃气轮机和燃料电池等。储能设备主要包括:①用于储电的蓄电池;②用于蓄热/冷的蓄热罐;③用于储气的储气罐。有时基于建筑条件和系统运行的经济性,也会使用管道储存天然气或氢气。

由于建筑能源系统中对电和热的需求最为明显,储电蓄热设备发展也最成熟,早期对混合储能的研究主要针对于电-热混合储能系统。文献通过在综合能源系统中引入电热两种储能配置,验证了储能设备在经济调度和消纳弃风方面的作用。文献在建筑能源系统中引入电热混合储能系统,并对电热储能配置和运行进行优化,确定了设备最优容量。

P2G技术是一种将电力转化成气体燃料的技术,主要有两步:第一步是利用电解槽电解水制得氢气,第二步在催化剂的作用下,使电解得到的氢气与二氧化碳反应制备天然气。作为清洁能源消费和能量转换的新途径,P2G可以与气转电设备形成电-气系统的双向耦合。文献通过应用P2G系统,打破了电-气系统耦合以往只能通过气转电设备单向耦合的局面,如图2所示,P2G系统作为天然气子系统的重要组成部分,可将系统中的富裕电能转化为天然气进行存储和运输,结合燃料电池和燃气轮机形成电-气系统的双向耦合,协调了电网和气网之间的运行,进一步提高了系统接受风、光可再生发电的能力。

图2   电-气双向耦合示意图

燃料电池由于其发电过程可实现高效率、小型化和零排放,通过与可再生能源分布式发电系统和相关储能设备结合,对实现能量的高效利用和建筑节能有着重要意义。文献在建筑能源系统中安装了光伏系统、蓄电池和储氢罐,对位于斯洛文尼亚的一个试点建筑的能源系统进行了分析。结果表明在合适的建筑外部环境下,储氢成本降低时可实行建筑的近零能耗目标。

此外,近年来随着电动汽车的快速发展,也有研究建筑供能系统中纳入以氢为燃料的电动汽车的相关研究。如图3所示,风光可再生能源发电系统提供电力驱动产生氢气为电动汽车提供氢能,同时产生电力为建筑提供电能,既节约了管路建设成本,又减少了碳排放量。

图3   电动汽车参与的建筑供能系统示意图

在混合储能的配置方面,目前存在两种方案:①根据专家经验提出IES(integrated energy system)模型,优化储能设备的容量和功率。如文献在典型的工业锅炉与热电联产结构下,对蓄热设备和储电设备优化,得到了最佳的储能规模。但这种优化方法并不会考虑全部的储能设备和能量转换设备,因此得到的优化方案存在一定局限性;②从零开始,进行完整的结构设计并在此基础上进行配置优化。如文献从完备的基本架构设计、基于运行模拟的设备组合优化和决策算法三个方面,建立了完整的综合能源站优化设计方法。这种优化方法可以根据不同用户能源需求,协调多种能源转换设备和储能设备,保证了用户用能的稳定性和经济性。

在混合储能的运行优化方面,则是通过综合能源系统的协调调度,在满足一定约束条件下,为达到某一目标(如最佳运行成本、最大消纳可再生能源比例等)而对混合储能设备的启停和充放能速率进行规划。对运行的研究主要是为了解决综合能源系统内部复杂的耦合关系和可再生能源不确定性带来的一系列问题。考虑到储能设备具有一定生命周期,对混合储能系统的配置优化和运行优化常常同时开展。如文献基于太阳辐射和需求分布的不确定性,提出了同时优化多种储能设备配置与运行的优化方法,得到了特定建筑能源系统的最优运行策略和储能设备的最佳容量。文献提出一种两阶段优化规划设计方法,配置了冷热电联供系统各项设备的容量。此外,考虑多时间尺度建模、电能替代和综合需求响应对系统规划和运行的影响也有所研究。

相较于传统意义上的储能系统,混合储能有着储能设备众多、能量流动复杂及多能源协调互补的特点。在实际应用过程中,由于其规划、运行、控制的复杂程度更是单一储能系统所不可比拟的。因此,本文对混合储能应用中的关键问题总结如下。

(1)可储能源和储能设备的匹配。混合储能系统众多,为提升能源利用率和系统经济性,实际应用过程中,应结合用户本身的可储能源,选择相应的储能设备,构建合适的混合储能系统,做到因地制宜、因势利导。

(2)混合储能与现有能源系统的匹配。我国的建筑能源系统结构稳定且高度成熟,混合储能若要推广使用,由于其初始投资较高,在市场竞争中可能会处于劣势。因此,目前混合储能匹配现有能源系统主要的接入点在一些对能量质量要求高的场所。未来,随储能设备成本的降低和国家财政补贴,混合储能会加快融入现有能源系统的步伐。

(3)运行调节。混合储能由于其内部复杂的耦合关系,实际运行较为复杂,需要对系统制定合适的调度方案,控制设备的功率和启停,以实现系统的高效经济运行。

2 混合储能在建筑中的常见匹配方式

2.1 电-热混合储能

电能和热能是建筑能源系统的重要组成部分。由于蓄电池具有充放电速度快、质量稳定的特点,可以很快响应用户的电能需求,所以蓄电池是目前储存电能的主要方式。但过于频繁的使用会导致蓄电池的寿命过短,而且维护费用高昂。相对而言,蓄热罐具有成本低廉、使用方式简单的优点,是目前最为常见的储能装置之一。但蓄热罐释放的热能品位一般较低,只能满足用户低品位热能的利用需求。而分别设置单一的蓄电和蓄热装置,二者彼此独立,能量流动和对用户的响应不能及时互补协调,导致储能和释能效率低下,不能及时满足用户的电、热负荷需求。通过能量转换设备,使蓄电装置和蓄热装置建立联系,组成电-热混合储能系统,可实现对电-热的协调调度,提高了建筑能源系统能效。

图4为一种典型的利用电-热混合储能的建筑供能系统。其能量转换设备包括了燃气轮机和燃气锅炉,蓄电池为储电设备,蓄热式电锅炉为储热设备。在电价谷期,可从电网购入低价电或利用分布式风机和燃气轮机发电满足用户电负荷需求,多余电量存入蓄电池或利用蓄热式电锅炉,实现电热转化,将热量存入储热设备,通过燃气轮机余热和燃气锅炉满足用户热负荷需求;在电价峰期,由分布式风机和燃气轮机满足用电负荷,同时蓄电池放电作为补充电力,根据用户的实际负荷需求选择向主电网购电或售电,同时热储设备放热辅助满足用户热负荷需求。系统特点有:①通过热储设备和电储设备的结合,可打破燃气轮机“以热定电”的运行模式,实现热电解耦,更为高效准确地满足用户各类负荷需求;②电-热混合储能系统在消纳风电,对用电负荷的削峰填谷发挥了巨大作用;③电-热混合储能系统相对于单一蓄电池储能系统,热储设备作为对多余电力的消纳设备,增大了系统的可调控性,降低了系统的运行成本。

图4   一种利用电-热混合储能的供能系统示意图

2.2 电-气混合储能

电-气混合储能系统通过耦合元件将电力系统和燃气系统连接起来,经过设计规划系统配置和调度运行,充分发挥各自能源的优势,在保证系统稳定性的同时提高了综合能源利用效率。

如图5所示,电-天然气混合储能系统的能量转换设备一般包括电-气转化设备和燃气机组。在夜间的电价谷期,由于风电的反调峰特性引起弃风,可从电网购入低价电,储入蓄电池增加电负荷谷值以消纳弃风,若蓄电池不能完全消纳弃风则启动电转气设备,将多余风电转化成天然气储存。这种电气转化技术通过电解水的方式制得氢气,所制氢气再和二氧化碳反应得到天然气,该技术的使用提升了系统的弃风消纳率,丰富了用户气负荷需求的方式,通过和燃气机组结合形成电气的双向耦合,满足用户电能和热能需求。但由于储气设备的效率和经济性较低,P2G的广泛使用仍然十分受限;在白天的电价峰期,用电负荷高峰,风电低发时,蓄电池放电辅助发电机组满足用户电负荷需求,同时储气罐放气供气负荷使用。该系统的优点为:①协调了多种储能设备的优缺点,满足了用户的电、热、气多种负荷需求;②相比于无储能和单一储能,电气混合储能具有更高的风电消纳率和系统经济性;③燃气机组的存在,使晚上利用低价电存储的天然气在白天转化成电能,这种利用峰谷电价的措施使得系统运行成本更低。

图5   一种利用电-天然气混合储能的供能系统示意图

如图6所示为一种典型电-氢气混合储能系统,主要的能量转换设备为燃料电池,储能设备为蓄电池和储氢设备。该系统中,市电作为对分布式发电系统的补充手段存在。在晴朗的白天,太阳能光伏发电和太阳能光热系统是满足用户电负荷和热负荷需求的主要方式,产生的多余电力储入蓄电池或提供给水电解制氢装置产生氢气,然后制成的氢气进入储氢装置储存。由于太阳能发电制热系统只能在白天工作,夜晚不能提供太阳能时,可通过燃气网路提供燃气给SOFC(solid oxide fuel cell)或储氢设备放气给PEMFC(proton exchange membrane fuel cell)为住户们提供电能(蓄电池同时放电)和热能,同时可从电网购入低价电继续储氢。该系统把氢能源作为能源的载体,利用弃光或谷电可通过储氢装置对氢气进行短期或长期的储存,发挥了氢储能的灵活性;利用燃料电池实现燃气能到电能的转化,同时利用发电过程中的余热给用户供暖,实现了能量的高效利用。

图6   一种典型电-氢气混合储能系统示意图

2.3 电-气-热混合储能

电-气-热混合储能系统是在电-气混合储能和电-热混合储能的基础上,通过一系列能量转换设备和多种储能设备,将两个系统结合在一起组成新的储能系统。由于建筑负荷主要由电、热、气三种负荷构成,因此电-热-气混合储能系统可以很好地覆盖用户的用能需求。

如图7所示,电-气-热混合储能系统由于其复杂性,根据具体条件和外部因素影响,可以配备的能量转换设备多种多样,一般由燃气轮机、电锅炉、P2G设备组成。储能设备由储热、储气、储电设备组成。在电价谷期,主要通过燃气轮机和风电机组满足电负荷需求,从电网购入低价电或弃风发电存入蓄电池内或利用电转气设备和电锅炉,实现电气转化或电热转化,满足气热负荷需求,并将多余天然气存入储气罐,多余热量存入蓄热罐内;在电价峰期,主要由燃气轮机满足用电负荷,出现电力不足时蓄电池放电补充电力,若仍不满足电力需求则可向电网购买电力,此时蓄热罐和储气装置均处于释能状态,以减少用电设备出力。该系统的特点为:①相比于电-热和电-气混合储能系统,结构更为复杂,能量流动更具多样性;②燃气轮机实现热电解耦,出力更加灵活;③加强了电、气、热系统之间的耦合,提高了系统的经济性;④配置多种储能设备意味着初始成本投入的提高,但运行成本会随之降低;⑤系统的性能和经济性主要受电气价格影响。

图7   一种利用电-天然气-热混合储能的供能系统示意图

如图8所示为一种典型电-氢气-热混合储能系统,能量转换设备有电解池、燃料电池、电加热装置等。电价谷期,从电网购入低价电储入蓄电池,通过相关能量转换设备将电能转化成热能和氢气供应给用户或进行存储,用户电负荷主要通过风力发电满足;电价峰期,蓄热罐放热供应用户热负荷,用户电负荷需求主要通过光伏发电、蓄电池放电、储氢罐放气给燃料电池发电,同时多余电量可出售给电网,实现储能获利。

图8   一种典型电-氢气-热混合储能系统示意图

2.4 其他混合储能

除电-热、电-气、电-气-热三种常见的混合储能系统外,还有电-热-冷混合储能系统、电-热-冷-气混合储能系统。电-热-冷混合储能系统和电-热-冷-气混合储能系统是在电-热混合储能系统和电-热-气混合储能系统的基础上加装制冷设备和储冷设备。电制冷机具有能效高,可以在电价谷期储存电价峰期所需冷负荷提升系统运行经济性的优点,而吸收式制冷机虽然效率较低且容量不足,但其有着可回收多余供热量的优点,因此这两种设备是常用的制冷设备。同时,由于热泵技术可充分利用可再生能源,设备运行时更为低碳环保,而且热泵既可以制冷也可以供热,减少了系统的初始成本,因此也被广泛应用于混合储能系统中。文献和文献在综合能源系统中分别应用地源热泵和空气源热泵,在满足用户冷热负荷需求的同时高效利用了可再生能源,减少了碳排放。此外,冰蓄冷技术相比于水蓄冷有着更高的蓄冷密度,电力负荷高峰转移效果更为明显,因此也被用于混合储能系统中。储冷设备一般为蓄冷罐,也可从经济性考虑,采用蓄热罐一罐两用,同时蓄热蓄冷。

目前,蓄电池是一种主要的电储设备。由于蓄电池需要根据用户的实时负荷及峰谷电价控制出力,而蓄电池充放电时间过长或充放电次数过多会影响其使用寿命,同时蓄电池容量配置受风光消纳影响,电池容量过大或者过小都会造成资源不能合理利用的局面,影响系统的经济运行。相比于电储,储热设备有着成本较低、可大量存储的优点;燃气存储设备有着存储时间长、容量大的优点。因此,如气-热/冷混合储能系统、热-冷混合储能系统等不包含储电设备的混合储能系统开始进入人们的视线。文献考虑了联合热电需求响应,在分时电价和可再生能源出力特性的引导下,将多余电能转化为热能和天然气存储,降低了购气和制热的成本,提升了系统运行经济性,但由于依靠能量转换设备将电能转换为燃气能和热能存储,存储效率较低,因此风光消纳率不及配有蓄电池的混合储能系统。文献经研究发现,风能转化率低的主要原因是在电转气过程中,电能很大一部分以热能形式损失掉,而通过引入热回收组件,经实例验证,其剩余风电回收率可达70.5%以上,这表明气-热/冷混合储能系统有着充分的研究空间。冷-热混合储能系统系统组成与电-热-冷系统相似,均设有电热/冷转换设备和蓄热蓄冷设备,不同的是根据建筑外部环境和使用条件,考虑蓄电池有安装成本高和使用寿命短的缺点,没有蓄电池等储电设备。

以上系统的运行策略与前文所介绍系统相似,遵循低价电储能,高价电放能的原则,通过能量转换设备和储能设备的协调运行,在电价谷期从电网购入低价电或将电能转化为其他形式存入储能设备中,在电价峰期储能设备释能减小用电负荷高峰同时满足用户的电、热、冷、气的负荷需求,达到削峰填谷、提升供能质量的目的。

3 混合储能系统性能与经济性情况

能量供需质量和平衡程度是混合储能系统性能评估的首要指标。考虑能源供需质量的因素主要有能源连续性和能源平稳性。能源供应网络时常会因故障或检修而停运,如何保证能源供应的不间断是必需要解决的问题。文献考虑需求侧负荷的多变性和风光可再生能源发电的不稳定性,在多能互补能源集成系统中加入电、热、气储能设备以平滑能源和负荷的波动,通过电、热、气之间的多向耦合实现能源间的相互备用,保证了系统能源供给的高效和连续。能源的平稳性在电能上主要表现为振幅和频率的稳定,供冷供热方面主要表现在平抑分布式冷热源的波动。文献以酒店为例,提出一种能源共享平台的设计方法,有效整合了不同规模的电、热、气系统,通过电热储能设备的共享,在保证平稳供能的同时实现了储能获利。供需平衡是综合能源系统安全可靠运行的重要保证,负荷过高会造成供能网路压力提高,不利于设备的长期稳定运行;负荷过低会导致能源的浪费和机组的闲置。相比于常规的分供系统,混合储能系统由于其多能互补、多能储能的特点,对供需调度平衡有着协同作用。同时用户会受价格激励政策影响,改变固有的用电模式,因此常在对综合能源系统的调度问题中考虑需求侧响应,以此实现系统的供需平衡。

此外,削峰填谷作用效果和可再生能源消纳水平,也是衡量混合储能性能的重要标准。文献对包含复合储热储冷装置的综合能源系统进行能量模拟与优化调度分析,并与无储能装置和单一储能装置的工况进行对比,结果显示采用储热储冷装置之后,可以实现用能负荷的“削峰填谷”,提高了系统的平稳运行效率,减少了系统运行成本。文献通过对比装配电、热、冷储能设备和无储能设备的工况,结果表明配置混合储能时系统对可再生能源的消纳量提高了39.45%。

经济性分析对混合储能系统的推广和工程应用至关重要。通过总结近年来发表文献,得到混合储能系统经济性分析情况如表1所示。混合储能系统的成本主要由初始成本和运行成本组成,初始成本指设备购买费用,运行成本包括购电、购气费用,储能设备的运行损耗,能量损耗成本等。储能设备的种类越多,初始成本也就越高,但通过合理优化调度,运行费用会随之降低。文献以中国北方某酒店为例,通过应用一种两阶段运营优化方法,蓄热/冷罐的引入使得系统运行成本降低了7.7%。混合储能系统的盈利主要包括通过分时电价的获利、消纳弃风弃光、向电网售卖多余电力等。影响系统的经济性因素主要有可再生能源发电及负荷的不确定性、分时电价、天然气价格、热电联产规模、储能设备大小、运行模式等。系统性能和经济性是相辅相成的关系,但如果平衡不好,系统则无法高效经济运行,文献通过模拟计算发现系统运行经济性与新能源消纳两者之间存在明显矛盾,当经济性要求得到满足时,风电消纳水平严重不足;当关注风电消纳时,运行成本又会居高不下,因此如何平衡好系统性能和经济性之间的关系还需深入研究。

表1   混合储能系统经济性分析总结

4 结论

本文以持续、稳定的建筑供能需求为背景,主要针对储热、储电和储气三种方式匹配的混合储能技术进行了文献综述,得到结论如下。

(1)在混合储能配置规划方面,主要通过调度手段以一定需求为目标函数对系统进行优化。目前,根据现有IES模型优化储能设备的容量和功率的研究较多,但涵盖储能设备和能源转换设备有限,因此完整的结构设计并在此基础上进行配置优化将成为未来混合储能配置的重要研究方向。

(2)面向建筑供能系统常见的混合储能匹配方式有电-热混合储能系统、电-气混合储能系统、电-气-热混合储能系统、电-热-冷混合储能系统、电-热-冷-气混合储能系统、冷-热混合储能系统。通过P2G和燃料电池组成的清洁能源系统可以同时满足人们的电、热需求,因此搭载储氢组件的混合储能技术可能成为今后混合储能的一个研究热点。

(3)对于建筑供能系统而言,能量供需质量和平衡程度是混合储能系统性能评估的首要指标,其中能源供需质量的影响因素主要有能源连续性和能源平稳性。此外,削峰填谷作用效果以及可再生能源消纳水平也是衡量混合储能性能的重要标准。影响系统经济性的因素主要有可再生能源发电及负荷的不确定性、分时电价、天然气价格、热电联产规模、储能设备大小和运行模式等。

引用本文: 夏阳,金光,张立等.基于建筑能源系统的混合储能技术研究现状[J].储能科学与技术,2021,10(06):2169-2180. (XIA Yang,JIN Guang,ZHANG Li,et al.Research status of hybrid energy storage technology based on building energy system[J].Energy Storage Science and Technology,2021,10(06):2169-2180.)

第一作者:夏阳(1998—),男,硕士研究生,研究方向为混合储能技术,E-mail:xy2216606@163.com

第一作者:郭少朋,教授,研究方向为能源高效利用及储能技术,E-mail:guoshaopeng@163.com。

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