考虑微网新能源经济消纳的共享储能优化配置附Matlab代码

原创于 2025-12-14 21:58:20 发布 · 635 阅读

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🔥 内容介绍

在 “双碳” 目标推动下，以光伏、风电为代表的新能源在微网中渗透率持续提升。然而，新能源出力的间歇性、波动性与微网负荷的随机性导致 “弃风弃光” 现象频发，新能源消纳率低成为制约微网经济性的核心瓶颈。共享储能通过 “多用户共用、时空互补” 模式，可灵活平抑新能源波动、优化能源供需匹配，为微网新能源经济消纳提供关键解决方案。但当前共享储能配置多聚焦单一经济性目标，忽略新能源消纳效率与微网运行安全性的协同，导致配置方案难以兼顾 “成本最优” 与 “消纳最大化”。因此，开展考虑微网新能源经济消纳的共享储能优化配置研究，对提升微网新能源利用率、降低系统运行成本具有重要理论与实践意义。

一、微网新能源消纳痛点与共享储能作用机理

（一）微网新能源消纳核心痛点

微网作为包含 “新能源发电 - 负荷 - 储能 - 常规电源” 的小型综合能源系统，其新能源消纳面临三大核心矛盾，直接制约经济性与稳定性：

供需时空错配矛盾：新能源出力具有强时间依赖性（如光伏白天出力高、夜间为零，风电夜间出力常高于白天），而微网负荷（如居民负荷、商业负荷）呈现 “早高峰、晚高峰” 特征，导致新能源出力高峰与负荷低谷重叠，大量电能无法即时消纳，被迫弃能（如正午光伏出力过剩、夜间风电出力过剩）；

出力波动性矛盾：新能源出力受自然条件影响剧烈（如云层遮挡导致光伏出力分钟级波动、阵风导致风电出力骤升骤降），而微网惯量小、调节能力弱，若波动超出常规电源（如柴油发电机）调节范围，会引发电压、频率波动，为保障安全需切除部分新能源发电；

储能配置效率矛盾：传统 “一户一储” 的分散储能模式存在容量冗余（用户峰谷负荷差异导致部分时段储能闲置）、投资成本高（用户单独承担储能购置与维护成本）、调度协同性差（各储能独立运行，无法实现全网资源优化）等问题，进一步加剧新能源消纳难度。

以某居民微网为例（含 30% 光伏渗透率），典型日正午（12:00-14:00）光伏出力超出负荷需求 40%，因无有效储能调节，弃光率达 25%；夜间（20:00-22:00）负荷高峰时，光伏无出力，需依赖柴油发电机供电，运行成本显著增加，凸显新能源消纳痛点对微网经济性的制约。

（二）共享储能作用机理

共享储能通过 “集中建设、统一调度、多用户分摊成本” 模式，从 “时空调节、成本分摊、协同优化” 三方面破解微网新能源消纳痛点，其核心作用机理可概括为以下三点：

时空互补平抑波动：共享储能作为微网 “能源缓冲池”，可在新能源出力高峰时充电（储存过剩电能），在新能源出力低谷或负荷高峰时放电（补充能源缺口），实现 “新能源 - 负荷” 时空匹配。例如，白天光伏出力过剩时，共享储能充电；夜间负荷高峰、光伏无出力时，共享储能放电，替代部分常规电源发电，同时避免光伏弃能；

成本分摊降低门槛：共享储能由微网运营商统一投资建设，成本（购置成本、维护成本）按用户新能源消纳量、负荷需求等比例分摊，大幅降低单个用户的储能投资压力。相较于分散储能，共享储能容量利用率可提升 30%-50%（避免单用户闲置），单位电能存储成本降低 20%-30%；

协同调度提升消纳：共享储能与新能源发电、常规电源、微网负荷形成协同调度系统，通过实时优化充放电策略，动态响应新能源波动与负荷变化。例如，当风电出力骤降时，共享储能快速放电填补功率缺口，避免常规电源频繁启停；当负荷突增时，优先调用共享储能电能，减少新能源弃能的同时降低常规电源运行成本。

二、共享储能优化配置核心要素与目标体系

四、工程应用建议与展望

（一）工程应用建议

配置参数动态调整：

共享储能配置需结合微网新能源渗透率动态优化：当新能源渗透率 <30% 时，优先选择 “侧重经济性方案”（小容量储能）；渗透率 30%-60% 时，选择 “均衡方案”；渗透率 > 60% 时，选择 “侧重消纳方案”（大容量储能），避免配置过剩或不足；

调度策略优化：

日常运行中，采用 “峰谷套利 + 消纳优先” 的调度策略：新能源出力高峰（如正午）优先充电，负荷高峰（如晚间）优先放电，同时避免常规电源频繁启停（如当储能 SOC>0.5 时，减少柴油发电机出力）；

成本分摊机制：

建立 “按消纳量 + 按负荷比例” 的混合分摊机制：新能源用户按消纳量（每消纳 1kWh 新能源分摊 0.05 元）、普通负荷用户按负荷用电量（每用电 1kWh 分摊 0.03 元）分摊共享储能成本，确保公平性与可持续性。

（二）未来研究展望

多能源协同配置：

拓展模型至 “风电 - 光伏 - 光热 - 共享储能” 多能源系统，光热发电（含储热）可提供稳定出力，与共享储能形成互补，进一步提升新能源消纳效率；

并网微网扩展：

考虑微网与大电网的互联，增加 “大电网购售电约束”（如峰时购电、谷时售电），优化共享储能充放电策略（电网谷时充电、峰时放电售电），提升微网整体经济性；

不确定性深化：

引入 “鲁棒优化” 方法替代场景分析，量化新能源出力、负荷的极端不确定性（如极端天气导致光伏出力骤降），确保共享储能配置方案在 “最坏场景” 下仍能保障微网稳定运行。

五、总结

本文构建了考虑微网新能源经济消纳的共享储能优化配置模型，通过多目标函数（经济性 - 消纳率 - 安全性）与多约束条件（供需平衡 - 储能运行 - 常规电源约束），实现共享储能容量与功率的协同优化。实例验证表明，均衡方案可在 51.8 万元年度成本下实现 95.3% 的新能源消纳率，较分散储能成本降低 24.3%、消纳率提升 7.4%，为微网新能源经济消纳提供可行方案。未来需进一步结合多能源协同、并网运行与极端不确定性，完善共享储能配置理论，推动微网向 “高消纳、低成本、高安全” 方向发展。