中国储能网讯：
1 研究背景
随着我国城市化水平的不断提高，建筑运行能耗持续增长，为我国的低碳经济发展带来巨大挑战。在此背景下，已有诸多建筑选择部署分布式新能源机组以降低用电成本，但新能源固有的间歇性与波动性特征，导致其供电可靠性和消纳率仍处于较低的水平。值得注意的是，智能楼宇(intelligent buildings，IBs)可利用储能的快速充放电特性促进新能源的就地消纳与高效利用。然而，高额的储能投资成本与漫长的成本回收周期也限制了楼宇侧储能的规模化应用。近年来，随着共享储能商业模式的发展，共享储能服务为降低IBs储能投资成本提供了新的方向。在持续推进城市化进程与共享储能商业模式发展的双重驱动下，IBs参与共享储能服务将成为降低建筑能耗、提升储能资源利用效率的关键路径。
2 论文解决问题及意义
1）将共享储能模式应用于IBs。由于IBs用户的差异性和互补性，参与共享储能服务可在充分利用共享储能电站(shared energy storage station，SESS)储能资源的同时，实现IBs内部能源的互补共济，有效提高新能源消纳率。
2）在SESS-IBs系统的优化配置中考虑建筑物的热惯性。建筑热惯性使得IBs内空调系统具有巨大的用能灵活性，在保障用户温度舒适性的同时，可提高SESS和IBs的经济性。
3）提出了基于共享储能服务的IBs双层优化方法。该方法可充分满足SESS运营商与IBs的差异化利益诉求，实现双方的共赢。
3 论文重点内容
1）SESS-IBs双层优化框架。
为降低城市化进程中楼宇储能投资成本，本文设计了一种基于共享储能服务的IBs双层优化框架。SESS-IBs双层优化框架如图1所示，包括SESS、N个IBs和配电系统。每个IBs社区可由本地光伏与风电、SESS和电网供电，其能耗主要来自于常规电负荷和空调负荷。考虑到IBs用户受到相关政策和技术的限制，设定IBs用户不能售电给电网。IBs通过向SESS缴纳服务费参与共享储能服务，满足自身的储能需求，同时节省了巨大的储能投资成本。SESS则根据分时购售电电价向用户支付或收取相应的费用，主要以不同时段购售电的价格差以及向IBs收取服务费实现盈利，其中服务费均以单位功率收取。
图1 SESS-IBs双层优化框架
2）SESS-IBs双层优化模型求解过程。
本文构建的双层优化模型目标函数中含有绝对值，为非线性项，并且上层模型和下层模型存在耦合关系，难以直接进行求解。因此，先将目标函数中的绝对值项线性化。再通过构建下层IBs模型的拉格朗日函数，利用卡罗需-库恩-塔克(Karush-Kuhn-Tucher，KKT)条件代替下层模型，同时作为上层模型的附加约束，将原双层优化问题转化为单层非线性优化问题。最后采用Big-M法将非线性约束进行线性化，问题最终变为单层混合整数线性规划问题，求解过程具体如图2所示。
图2 求解过程
3）算例分析。
本文以三个IBs社区的四季典型日为例，对比分析了不同优化配置方法对于IBs运行和SESS配置结果的影响。
图3展示了IBs用电行为及SESS充放电功率。IBs通过参与共享储能服务可将过剩新能源存储至SESS，由于不同IBs的新能源出力存在差异性和互补性，因此可通过SESS实现IBs间能源的互补共济，显著降低IBs的年运行成本。若新能源仍有剩余，则其可在电价峰段通过SESS放电被进一步消纳，从而显著提高新能源消纳率。
图3 IBs用电行为及SESS充放电功率
图4展示了IBs单个房间内空调运行功率及温度变化。通过考虑用户舒适温度区间，IBs可在电价峰段前一时刻提高空调系统运行功率，利用建筑物热惯性进行蓄冷，减少了电价峰段的空调系统能耗，在保障用户温度舒适性的同时，提高IBs的经济性。
图4 IBs单个房间内空调运行功率及温度变化
表1展示了各IBs社区储能容量需求与SESS容量对比。SESS所需储能需求小于三个IBs社区的储能需求之和，储能容量节省比22.38%，说明了共享储能模式可以高效利用SESS储能资源，减少了SESS配置成本。
表1 各IBs社区储能容量需求与SESS容量对比
表2展示了3种场景成本、收益和消纳率对比。场景一IBs不参与共享储能服务且室内温度恒定，存在大量的弃风弃光情况，造成了严重的资源浪费。场景二IBs参与共享储能服务且室内温度恒定，相较于场景一IBs年运行成本节省了18.51%，新能源消纳率提升了9.6%。场景三IBs配置共享储能服务并考虑用户舒适温度区间，相较于场景二IBs年运行成本节省了2.35%，SESS年净收益提升了3.93%。
表2 不同场景成本、收益和消纳率对比
综上所述，在满足IBs用户温度舒适性的同时，所提双层优化配置方法可充分满足SESS运营商与IBs的差异化利益诉求，降低SESS储能投资成本并改善楼宇用电行为，实现双方的共赢。
4 结论
1）共享储能模式可以降低SESS储能投资成本，提升SESS储能资源利用率；IBs通过缴纳服务费参与共享储能服务可以改善楼宇用电行为，提高新能源利用率，显著降低年运行成本。
2）利用建筑物的热惯性考虑用户舒适温度区间，可充分挖掘空调系统的需求响应灵活潜力，从而提高SESS和IBs双方的经济性。
3）SESS的静态投资回收年限为8.5年，小于SESS的寿命周期10.5年，具有较为可观的利润空间。
