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由于當(dāng)前化石能源的短缺和碳排放引起環(huán)境問(wèn)題的日趨嚴(yán)重，提高清潔能源的開(kāi)發(fā)與利用水平，降低碳排放，已成為世界各國(guó)達(dá)成的共識(shí)。我國(guó)在“十四五”期間承諾將于2030年前實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”、2060年前實(shí)現(xiàn)“碳中和”。其中，我國(guó)西部的農(nóng)業(yè)園區(qū)存在能源利用方式粗放、碳排放問(wèn)題突出等問(wèn)題，因此，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)園區(qū)全清潔能源供能對(duì)雙碳目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)具有重大意義。

目前農(nóng)業(yè)園區(qū)的負(fù)荷需求主要是電能和熱能，電能的需求依賴(lài)于農(nóng)村電網(wǎng)的供應(yīng)，由于當(dāng)前農(nóng)村電網(wǎng)存在網(wǎng)架結(jié)構(gòu)薄弱、電網(wǎng)設(shè)施老舊等問(wèn)題，導(dǎo)致電網(wǎng)供電可靠性不足；熱能的需求主要是通過(guò)燃燒煤炭及生物質(zhì)能供應(yīng)，產(chǎn)生的二氧化碳排放，不僅與雙碳目標(biāo)相悖，還惡化了當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境。

為貫徹落實(shí)“雙碳”目標(biāo)，太陽(yáng)能清潔供熱得到了快速發(fā)展。然而在極端低溫天氣的影響下，供暖能力的不足會(huì)造成農(nóng)業(yè)園區(qū)溫室大棚內(nèi)的作物大面積死亡，極大地限制了地區(qū)農(nóng)業(yè)的發(fā)展。因此，實(shí)現(xiàn)清潔能源的就地消納對(duì)農(nóng)業(yè)園區(qū)的生產(chǎn)和發(fā)展具有重要價(jià)值和意義。

為此，青海省充分發(fā)揮青海農(nóng)業(yè)園區(qū)得天獨(dú)厚的風(fēng)、光優(yōu)勢(shì)，積極打造清潔能源綠色村鎮(zhèn)，大力推進(jìn)農(nóng)業(yè)園區(qū)高比例分布式清潔能源系統(tǒng)的建設(shè)。然而，以風(fēng)、光為代表的清潔能源供應(yīng)存在不穩(wěn)定性和間歇性，給農(nóng)業(yè)園區(qū)的全清潔能源供能、用能帶來(lái)巨大挑戰(zhàn)，這極大地限制了清潔能源綜合利用水平。為此，已有相關(guān)學(xué)者對(duì)其展開(kāi)了大量的研究。其中，構(gòu)建面向醫(yī)院、工廠(chǎng)園區(qū)及島嶼的分布式綜合能源系統(tǒng)（DIES）能夠?qū)崿F(xiàn)能源的梯級(jí)利用，為平滑電網(wǎng)負(fù)荷和消納清潔能源提供了一條新途徑。

儲(chǔ)能作為分布式綜合能源系統(tǒng)中重要的組成部分，可以實(shí)現(xiàn)清潔能源的就地消納、存儲(chǔ)及利用。因此，合理地配置儲(chǔ)能系統(tǒng)就顯得尤為重要。隨著儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展，先進(jìn)絕熱壓縮空氣儲(chǔ)能（AA-CAES）因具有運(yùn)行壽命長(zhǎng)、清潔、環(huán)保等特點(diǎn)，得到了國(guó)內(nèi)外相關(guān)學(xué)者和研究機(jī)構(gòu)的廣泛關(guān)注。

放眼國(guó)際，在大規(guī)模儲(chǔ)能項(xiàng)目示范工程中，瑞士ALACAES公司于2016年在比亞斯卡鎮(zhèn)建成了一座1MW的先進(jìn)絕熱壓縮空氣儲(chǔ)能示范系統(tǒng)。加拿大NRStor和Hydrostor公司于2017年在戈德里奇鎮(zhèn)建設(shè)一座1.75MW的基于鹽穴儲(chǔ)氣的先進(jìn)絕熱壓縮空氣儲(chǔ)能試驗(yàn)電站。

雖然我國(guó)對(duì)先進(jìn)絕熱壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)的研究起步較晚，但近年來(lái)在研究和生產(chǎn)方面也積累了一定的經(jīng)驗(yàn)和成果。江蘇金壇鹽穴壓縮空氣儲(chǔ)能?chē)?guó)家試驗(yàn)示范項(xiàng)目于2021年并網(wǎng)試驗(yàn)成功，并于2022年5月正式開(kāi)始商業(yè)化運(yùn)營(yíng)，開(kāi)辟了我國(guó)先進(jìn)絕熱壓縮空氣儲(chǔ)能商業(yè)化應(yīng)用的先河。

在分布式先進(jìn)絕熱壓縮空氣儲(chǔ)能研究方面，清華大學(xué)在青海大學(xué)校園內(nèi)搭建了世界上首座100kW光熱復(fù)合先進(jìn)絕熱壓縮空氣儲(chǔ)能（ST- AA-CAES），并完成了冷熱電三聯(lián)供實(shí)驗(yàn)。這些示范項(xiàng)目極大地促進(jìn)了先進(jìn)絕熱壓縮空氣儲(chǔ)能在分布式綜合能源系統(tǒng)中的應(yīng)用研究。因此，對(duì)于先進(jìn)絕熱壓縮空氣儲(chǔ)能容量規(guī)劃問(wèn)題亟待進(jìn)行研究。

目前，已有相關(guān)學(xué)者對(duì)壓縮空氣儲(chǔ)能的容量規(guī)劃展開(kāi)了大量研究。但相關(guān)文獻(xiàn)研究的是先進(jìn)絕熱壓縮空氣儲(chǔ)能參與熱、電能流場(chǎng)景下的容量規(guī)劃配置，并未對(duì)先進(jìn)絕熱壓縮空氣儲(chǔ)能耦合外部熱源方面進(jìn)行展開(kāi)分析。

相關(guān)文獻(xiàn)將光熱作為先進(jìn)絕熱壓縮空氣儲(chǔ)能外部熱源，為先進(jìn)絕熱壓縮空氣儲(chǔ)能的應(yīng)用提供參考。但對(duì)于光熱復(fù)合先進(jìn)絕熱壓縮空氣儲(chǔ)能參與分布式綜合能源系統(tǒng)的容量規(guī)劃方面，還有待進(jìn)一步研究。

青海大學(xué)新能源光伏產(chǎn)業(yè)研究中心青海省清潔能源高效利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、青海省建筑建材科學(xué)研究院有限責(zé)任公司、青海省高原綠色建筑與生態(tài)社區(qū)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的方樂(lè)、劉成奎、陳曉弢、麻林瑞、梅生偉，在2022年第23期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》上撰文，基于青海地區(qū)豐富的太陽(yáng)能資源，考慮分布式綜合能源系統(tǒng)的熱、電耦合特性，將光熱復(fù)合先進(jìn)絕熱壓縮空氣儲(chǔ)能作為其能源樞紐，提出了基于光熱復(fù)合先進(jìn)絕熱壓縮空氣儲(chǔ)能的分布式綜合能源系統(tǒng)。

該項(xiàng)工作的主要?jiǎng)?chuàng)新之處在于：

①在對(duì)分布式綜合能源系統(tǒng)的儲(chǔ)能需求進(jìn)行深入分析的基礎(chǔ)上，針對(duì)農(nóng)業(yè)園區(qū)的特點(diǎn)，以光熱復(fù)合先進(jìn)絕熱壓縮空氣儲(chǔ)能為能源樞紐，提出一種基于光熱復(fù)合先進(jìn)絕熱壓縮空氣儲(chǔ)能的分布式綜合能源系統(tǒng)架構(gòu)；

②通過(guò)分析光熱復(fù)合先進(jìn)絕熱壓縮空氣儲(chǔ)能的各子系統(tǒng)之間的耦合關(guān)系和運(yùn)行模式，建立各子系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并進(jìn)行線(xiàn)性化處理，然后結(jié)合農(nóng)業(yè)園區(qū)用能數(shù)據(jù)，對(duì)各子系統(tǒng)進(jìn)行容量規(guī)劃配置；

③以系統(tǒng)最小化整體投資運(yùn)行成本為目標(biāo)函數(shù)，以青海海東某農(nóng)業(yè)園區(qū)的負(fù)荷需求約束展開(kāi)算例分析，驗(yàn)證了所提模型的有效性。

研究人員的分析結(jié)果表明：相比于單一的先進(jìn)絕熱壓縮空氣儲(chǔ)能容量規(guī)劃，通過(guò)引入光熱集熱系統(tǒng)，對(duì)提升系統(tǒng)熱電聯(lián)供的靈活性和經(jīng)濟(jì)性具有重要作用。在高寒地區(qū)農(nóng)業(yè)園區(qū)應(yīng)用場(chǎng)景下，8年左右即可收回投資成本，具有良好的應(yīng)用前景。 

原標(biāo)題：含光熱復(fù)合壓縮空氣儲(chǔ)能的分布式綜合能源系統(tǒng)容量規(guī)劃方法