基于電力系統能效評估的蓄能用電技術節能評價及優化

    江蘇省智能電網技術與裝備重點實驗室(東南大學)、國網淮安供電公司、江蘇省電力公司檢修分公司淮安分部、國網甘肅省電力公司電力科學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《電工技術學報》上撰文指出，蓄能用電技術的調峰特性使得其應用比較廣泛，但對于蓄能用電技術的節能效果卻少有量化的分析。

提出、推導了電力系統能效評估的節點煤耗率指標，基于交流最優潮流進行了節點煤耗率的求解；基于節點煤耗率理論，提出了蓄能用電技術節能評價的節點用電煤耗指標，利用該指標構建并研究了蓄能用電的節能優化控制模型。

IEEE14節點系統算例分析了節點煤耗率指標的時間空間特性以及用于電力系統能效評估的可行性；冰蓄冷系統算例驗證了本文的蓄能用電技術節能評價方法和節能優化控制策略的可行性，蓄能用電節能優化控制可以有效地降低系統的整體能耗。

蓄能用電技術是需求側管理中負荷管理的重要措施[1]，常見的蓄能用電技術有空調蓄冷蓄熱技術[1]、電熱鍋爐技術[3]、抽水蓄能技術[4]、壓縮空氣儲能、飛輪儲能[5]、電池儲能[6]和超級電容器儲能[7],[8]等技術[7]。

蓄能用電技術的優勢主要體現在3個方面：①增加了低谷時段用電，提高了電力系統的負荷率；②負荷高峰時段釋能以滿足系統峰時的用能需求，降低了系統峰時電力需求；③與間歇性新能源配合，提高間歇性能源的利用率，改善其經濟性。

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

因此，有學者研究了蓄能用電技術的優化控制方法，但主要以考慮成本、電費的經濟優化控制方法居多[6-8]，幾乎沒有節能優化控制策略的研究。對蓄能用電技術的節能效果評價的研究也多集中于經濟性評價[9-11]，節能性評價研究較少，文獻[17]從電網負荷率與供電煤耗的關系分析角度研究了冰蓄冷技術對碳排放減少的節能評價。

本文提出了電力系統能效評估的指標，給出了其理論推導和求解過程。基于該理論研究了蓄能用電技術的節能評價方法以及節能控制策略，并進行了相應的算例分析。

圖1電力系統組成及其各環節能效指標

結論

本文提出了電力系統能效評估的節點煤耗率指標，給出了其定義、理論推導及求解過程；并以此為基礎，提出了實現蓄能用電技術節能評價的節點用電煤耗指標，研究了其節能評價方法、優化控制模型，結合冰蓄冷系統的具體算例說明了該理論的可行性和有效性。

算例結果表明：

1、節點煤耗率指標可以有效的表征電力系統的能效，節點用電煤耗指標可以實現蓄能用電系統的節能評價；

2、蓄能用電技術的節能優化模型可以有效地從電力系統整體角度減少蓄能用電系統的煤耗；

3、蓄能用電均會導致電能消耗的增加，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，依然是有可能是節能的，這取決于蓄能釋能過程的能量損失和蓄能過程中的用電煤耗降低程度；

4、蓄能用電技術從用戶和系統角度分析均是經濟的，但可能是不節能的，其轉換效率是其節能運行的主要矛盾。雖然在峰谷電價的激勵下，蓄能用電可以節約電費，但如果蓄能用電效率不提高，對于電力系統整體而言可能會產生額外煤耗；

5、蓄能用電的節能效益存在時間和空間上的差別，一般系統資源投資在遠電源節點的節能效果較好。

研究蓄能用電技術的節能評價及節能控制是更好地普及應用蓄能用電系統的前提，可以為政府部門節能減排的決策提供有益的建議。