中国储能网讯：

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研究背景

我国海岸线绵长、海上风资源优渥，双碳目标下正在大力发展海上风电：截至2024年第三季度我国海上风电累计建成并网39.10GW，已连续三年位居全球首位。然而，海上风电出力在时间尺度上存在多重不平衡波动：日内短尺度波动和季节长尺度波动。这给电网安全稳定运行带来显著挑战，混合储能系统(hybrid energy storage system，HESS)能发挥不同储能的优势，是平滑风电出力的主流方向。新型电力系统下，海上风电等新能源项目要求建成时同步落地配套储能设施。为此，亟需开展平抑海上风电出力波动的混合储能规划研究。

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研究内容

氢储能具备大容量、高密度的特性，不仅能够实现长时间尺度和大空间范围的能源转移，还有望带动近海电力、工业等领域的碳减排。同时电池储能短时充放电能力强，转换效率高被广泛应用于日内调峰或调频。为实现两者的优势互补，以电储能和氢储能构建海上风电源侧HESS框架。

首先，针对风电出力多尺度波动难以准确拆分、有效分配给混合储能的问题，提出变分模态分解(variational mode decomposition，VMD)结合波动特征频谱以准确分解不同时间尺度波动分量，再通过构建模态分配矩阵模型刻画时频域波动分量与储能容量的映射关系。待平抑波动功率分解和电-氢HESS功率分配的过程如图1所示。

图1  波动时频域转换关系和HESS功率分配示意图

在此基础上，针对海陆不同位置配置电氢混合储能的差异性，计及电-氢储能不同寿命、海-陆储能差异成本等因素进行全生命周期成本建模；此外综合考虑海上储能对输变电设备的间接降本效益以及储能系统整体转化效率，建立了适应海上风电多时间尺度功率波动的混合储能多目标规划模型(图2)。

图2  海陆混合储能系统LCC分析

最后，提出一种改进规格化法平面约束法(improved normalized normal constraint，INNC)，通过空间投影适当拓展乌托邦面，在分布更广的Pareto前沿解中实现最优规划方案的选择。具体求解流程如图3所示。

图3  规划求解流程图

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研究结果及结论

双碳目标下，海上风电发展正由浅海向深远海推进，风电场不同离岸距离对HESS配置结果的影响如图4所示。

图4  离岸距离对储能规划结果的影响

子模态数越高对应的波动频率越高，方格颜色越深代表承担比例越高。从图4中可以看出，电储能主要集中在高频区域，氢储能则主要承担低频波动；颜色较深区域主要集中在λbat,on和λhyd,on序列上，这说明陆上储能规划容量占比较高。对比3个场景，发现随着离岸距离的增加，海上储能比重变高，在近海岸土地资源趋紧的背景下可以有效分担陆上储能配置压力。

所作研究得出如下结论：

1）所提改进VMD分解方法能够结合风资源特征频率确定分解模态数，与原有方法相比，可以在分解不同时间尺度的波动量过程中降低能量损失和模态混叠度，实现不同波动量的有效分解。

2）通过引入模态分配系数矩阵进行电-氢HESS容量分配，精细地考虑了储能间的不同频域配合，在同样满足波动平抑的前提下，所需配置的电、氢储能容量更低，总规划成本减少了53.21%，实现了经济有效的储能规划。

3）所提INNC法利用空间投影拓展乌托邦面，提升了Pareto前沿解17.72%的分布广度，可以更全面地提供综合考虑经济性和能量利用率的储能配置方案。

4）研究表明现阶段与陆上相比海上储能配置成本仍然较高，然而随着海上风电向深远海推进海上储能对海上输电通道的降本效益逐渐凸显，在离岸100km以上的远海大规模风场侧配置储能将具有经济性。

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后续研究方向或讨论话题

随着海上风电向深远海推进，为大规模风场配置储能将是解决其并网问题的关键，海陆混合储能的协同运行过程将更为多样，其运行过程的优化将有待进一步的研究。