含深冷液化空氣儲(chǔ)能的綜合能源系統(tǒng) 低碳經(jīng)濟(jì)調(diào)度

阿熱帕提·艾尼瓦爾，陳 潔，廖躍洪，楊彥飛

（新疆大學(xué)電氣工程學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830017）

近年來，我國(guó)的能源利用結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化，但是煤炭仍然占總能源消費(fèi)的58%。針對(duì)目前的形勢(shì)，黨中央立足我國(guó)碳排放量大、能源需求高、能源體系“一煤獨(dú)大”的國(guó)情，做出了實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰和碳中和的重大戰(zhàn)略決策[1]。

實(shí)現(xiàn)碳中和，就需要打通能源互聯(lián)網(wǎng)（energy interconnection，EI）[2]。發(fā)揮綜合能源多能互補(bǔ)效益，提高供能的可靠性。風(fēng)、光等新能源具有很強(qiáng)的不確定性和波動(dòng)性，通過綜合能源系統(tǒng)（integrated energy systems，IES）可獲得風(fēng)、光等清潔能源的互補(bǔ)效益，共享靈活性的資源[3-4]。因此IES的研究成為了相關(guān)科研工作者關(guān)注的熱點(diǎn)。從電力市場(chǎng)角度來看，儲(chǔ)能對(duì)于IES的經(jīng)濟(jì)效益是未來能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)電的關(guān)鍵[5-6]。

以往的研究表明，化學(xué)電池技術(shù)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于IES當(dāng)中[7-8]。在當(dāng)前眾多的儲(chǔ)能方式中，深冷液化空氣儲(chǔ)能（cryogenic liquid air energy storage，LAES）這種安全、可靠、成本低、使用壽命長(zhǎng)，幾乎不受地理?xiàng)l件限制，并且能夠大規(guī)模使用的儲(chǔ)能方式越來越受到學(xué)者們關(guān)注[9]。相較于化學(xué)電池儲(chǔ)能等方式，LAES系統(tǒng)因其多類型能源聯(lián)供特點(diǎn)，更能適應(yīng)于IES，因而擁有廣闊的應(yīng)用前景。

在提升電力系統(tǒng)性能方面，文獻(xiàn)[10]根據(jù)風(fēng)功率波動(dòng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，提出了基于LAES系統(tǒng)的風(fēng)電消納策略，驗(yàn)證了風(fēng)電輔助儲(chǔ)能設(shè)備在風(fēng)電場(chǎng)應(yīng)用的可行性。文獻(xiàn)[11]結(jié)合壓縮空氣系統(tǒng)，從壓縮機(jī)變工況的角度建立了風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合運(yùn)行系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度模型，為運(yùn)行風(fēng)儲(chǔ)系統(tǒng)的策略提出了依據(jù)。文獻(xiàn)[12]以12.5 MW的液化空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)為基礎(chǔ)，結(jié)合無窮大電網(wǎng)，驗(yàn)證了液化空氣儲(chǔ)能的調(diào)頻能力能夠滿足電網(wǎng)要求。

在利用LAES系統(tǒng)多類型能源聯(lián)供方面，文 獻(xiàn)[13]提出了一種壓縮空氣儲(chǔ)能與吸收式制冷機(jī)聯(lián)合運(yùn)行的方案，提高了儲(chǔ)能效率，研究了系統(tǒng)參數(shù)對(duì)聯(lián)合運(yùn)行的影響。文獻(xiàn)[14]通過對(duì)系統(tǒng)參數(shù)的優(yōu)化，從提高效率角度研究了基于熱電聯(lián)供（combined heating and power，CHP）機(jī)組、制冷機(jī)和壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)組成的微電網(wǎng)。

以上研究成果中，多數(shù)涉及電力系統(tǒng)優(yōu)化以及從熱力學(xué)角度研究LAES系統(tǒng)對(duì)提升儲(chǔ)能效率影響，但是鮮有對(duì)于從經(jīng)濟(jì)效益角度針對(duì)LAES新能源消納和多類型能源聯(lián)合供給的優(yōu)化調(diào)度建模和運(yùn)行方面的探索。

綜上所述，本文提出一種考慮LAES系統(tǒng)的多能聯(lián)供和消納新能源特性的IES，以IES運(yùn)行成本最小化為目標(biāo)，建立優(yōu)化調(diào)度模型，引入系統(tǒng)環(huán)保性能指標(biāo)；并且借助MATLAB實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，通過商業(yè)尋優(yōu)軟件CPLEX，結(jié)合新疆某地實(shí)際負(fù)荷數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真，分析和驗(yàn)證系統(tǒng)方案的可行性。

1 含LAES的IES

1.1 LAES技術(shù)原理

LAES是將電能轉(zhuǎn)化為液態(tài)空氣的內(nèi)能并儲(chǔ)存的儲(chǔ)能方式[15]。本文LAES系統(tǒng)采用“4級(jí)壓縮、級(jí)間冷卻，4級(jí)膨脹、級(jí)間再熱”的運(yùn)行模式，其技術(shù)流程如圖1所示。

LAES儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行主要包括儲(chǔ)能和釋能2個(gè)階段。在儲(chǔ)能階段，利用棄風(fēng)電驅(qū)動(dòng)空壓機(jī)將空氣壓縮至高溫高壓態(tài)的空氣，經(jīng)過逐級(jí)壓縮換熱后，壓縮熱量存儲(chǔ)于蓄熱罐中，而空氣最終進(jìn)入液化系統(tǒng)。在低溫液化過程中，空壓機(jī)末端高壓空氣經(jīng)由J-T閥后降溫至?170 ℃，降壓至0.855 MPa[16]，至此液化空氣儲(chǔ)存于液化儲(chǔ)罐內(nèi)。在釋能階段，儲(chǔ)罐中的液化空氣被引出，通過深冷泵升壓，并加熱到一定溫度，由此高壓液化空氣在進(jìn)入透平膨脹機(jī)做功，并帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。氣化后的氣化冷能和發(fā)電后的空氣存儲(chǔ)在蓄冷罐中作為冷能存儲(chǔ)。

1.2 IES結(jié)構(gòu)

IES是以滿足負(fù)荷側(cè)的多類型能源需求為目標(biāo)，加強(qiáng)對(duì)各類能源生產(chǎn)、儲(chǔ)存、調(diào)度之間的耦合關(guān)系優(yōu)化而構(gòu)成的系統(tǒng)，圖2為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

傳統(tǒng)的冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)中，電能和其他能源之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系單一，又只能依靠火電等常規(guī)機(jī)組調(diào)節(jié)，對(duì)風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電等新能源的消納能力非常有限。因此，本文選擇在傳統(tǒng)的IES中添加LAES系統(tǒng)作為輔助設(shè)施。LAES儲(chǔ)能系統(tǒng)接入IES后，加強(qiáng)各類能源的流動(dòng)，增加了對(duì)新能源的消納力度，在相應(yīng)的時(shí)間用于供給多種能流負(fù)荷。該結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)冷、熱、電、天然氣網(wǎng)通過不同的設(shè)備連接，能夠充分利用LAES儲(chǔ)能系統(tǒng)連接和利用多種能源的優(yōu)勢(shì)。

2 含LAES的IES優(yōu)化調(diào)度模型

2.1 目標(biāo)函數(shù)

本文中，假定IES調(diào)度中心對(duì)系統(tǒng)中的CHP機(jī)組、LAES機(jī)組、電制冷機(jī)等設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一管理，以IES整體運(yùn)行成本最小化為目標(biāo)，保證系統(tǒng)能以最優(yōu)經(jīng)濟(jì)的模式運(yùn)行，并且能夠兼顧對(duì)風(fēng)力發(fā)電等可再生清潔能源的消納效益。經(jīng)過統(tǒng)一調(diào)度，IES產(chǎn)生的主要運(yùn)行成本為系統(tǒng)的能源購(gòu)買成本及棄風(fēng)成本。需要說明的是，為研究LAES系統(tǒng)的特性，特別選擇目前較常用的蓄電池作為對(duì)照組。另外，在本系統(tǒng)中認(rèn)為風(fēng)電為自然資源，故不計(jì)入發(fā)電成本當(dāng)中。本文單位時(shí)間間隔Δt為1 h，調(diào)度的1個(gè)周期T為24 h。

本系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度模型的目標(biāo)函數(shù)為：

式中：Copr為IES總運(yùn)行成本；Celc為購(gòu)電成本；Cgas為從氣網(wǎng)購(gòu)買天然氣的成本；Cwa為棄風(fēng)成本；Pgrid(t)、Gng(t)為購(gòu)電/氣量；ωelc、ωng為電/氣價(jià)；Pwa(t)為棄風(fēng)功率；β為棄風(fēng)成本系數(shù)，取值2.5。

2.2 系統(tǒng)主要設(shè)備數(shù)學(xué)模型及約束條件

2.2.1 LAES系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型及約束條件

1）空壓機(jī)與透平膨脹機(jī) 儲(chǔ)能時(shí)，空壓機(jī)的壓縮功率為：

釋能時(shí)，透平膨脹機(jī)輸出的膨脹功率為：

啟停約束為：

式中：PLAESc,t、PLAESg,t為單位時(shí)間段內(nèi)空壓機(jī)的耗能和透平膨脹機(jī)輸出的功率；PLAESc,min、PLAESc,max、PLAESg,min、PLAESg,max依次對(duì)應(yīng)空壓機(jī)和透平膨脹機(jī)輸出功率的最大、最小值；mc、mg為進(jìn)入空壓機(jī)和透平膨脹機(jī)的空氣質(zhì)量流量；Tc,in、Tg,in為空壓機(jī)和透平膨脹機(jī)的入口溫度；Rg為空氣的氣體常數(shù)，取287 J/(kg·K)；ηc、ηg為空壓機(jī)和透平膨脹機(jī)的等熵效率；ηc,m、ηg,m為電機(jī)-空壓機(jī)和透平膨脹機(jī)-電機(jī)的轉(zhuǎn)換效率；β為壓縮比；γ為膨脹比；k為絕熱指數(shù)，取1.4；nc、ng為空壓機(jī)和透平膨脹機(jī)的級(jí)數(shù)；uc,t、ug,t依次對(duì)應(yīng)儲(chǔ)能和釋能工況，是0/1變量。

2）液態(tài)空氣罐 液態(tài)空氣在罐中以常壓存儲(chǔ)，相比高壓儲(chǔ)氣罐安全性高。其數(shù)學(xué)模型表示為：

式中：VLAES,t為單位時(shí)間段液態(tài)空氣儲(chǔ)罐內(nèi)液化空氣的體積變化量；VLAES,min、VLAES,max依次為體積最大、最小值；ρa(bǔ)ir為液態(tài)空氣的密度，取0.9 kg/m3；VLAES,0為液空儲(chǔ)罐內(nèi)的液化空氣初始體積；Δt為單位時(shí)間間隔。

3）蓄冷罐與蓄熱罐 LAES系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)蓄熱罐里的熱量為：

式中：HLAESc,t、HLAESc,max為儲(chǔ)存的熱量和其最大值；Qac,t為壓縮熱；Qre,t為系統(tǒng)供熱功率；ηac和ηre為L(zhǎng)AES系統(tǒng)的儲(chǔ)、放熱效率。

LAES系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)蓄冷罐里的冷量為：

式中：LLAESg,t、LLAESg,max為單位時(shí)間段供冷量和其最大值；cpA為空氣的等壓比熱容；Tg,last,in為最后一級(jí)透平膨脹機(jī)進(jìn)口溫度；γ為最后一級(jí)透平膨脹機(jī)級(jí)數(shù)；Tenv為環(huán)境溫度。

2.2.2 IES中其他設(shè)備的數(shù)學(xué)模型及約束條件

1）燃?xì)廨啓C(jī) 其輸出的電、熱功率為：

機(jī)組出力約束為：

式中：PGT,t和HGT,t依次為燃?xì)廨啓C(jī)輸出的電、熱功率；PGT,max、PGT,min為機(jī)組出力上下限；uGT為機(jī)組啟停狀態(tài)，為0/1變量；VGT,gas為機(jī)組天然氣消耗量；ηGT,elc和ηGT,h依次為燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)電、熱效率；VGHV為天然氣熱值，取9.7 kW·h/m3。

2）電制冷機(jī)與吸收式制冷機(jī) 電制冷機(jī)消耗電能輸出的冷功率為：

吸收式制冷機(jī)消耗熱能輸出的冷功率為：

式中：LEC,t、LEC,max、LAC,t、LAC,max依次為電制冷機(jī)和吸收式制冷機(jī)在單位時(shí)間段內(nèi)內(nèi)輸出的冷功率及其最大值；PEC,t、HAC,t依次為電制冷機(jī)和吸收式制冷機(jī)的消耗的電、熱功率；βEC、βAC分別為2種制冷機(jī)的制冷系數(shù)。

3）燃?xì)忮仩t 其輸出的熱功率為：

式中：HRG,t、HRG,max為燃?xì)忮仩t輸出的熱功率和其最大值；VRG,gas為單位時(shí)間間隔燃?xì)忮仩t天然氣消耗量；ηRG,h為燃?xì)忮仩t產(chǎn)熱效率。

4）蓄電池 其單位時(shí)間間隔的電量為：

式中：Sess,t、Sess,min、Sess,max為蓄電池所存儲(chǔ)的電量和其最大、最小值；Pcha和Pdis依次為充、放電功率；ηcha、ηdis依次為充、放電效率。

2.2.3 系統(tǒng)功率平衡約束

在IES運(yùn)行時(shí)除上述系統(tǒng)設(shè)備約束外，還應(yīng)注意系統(tǒng)功率的平衡約束條件。

冷、熱功率平衡分別為：

式中：Lload,t為冷負(fù)荷；Hload,t為單位時(shí)間段內(nèi)熱負(fù)荷。

電功率平衡為：

式中：Pload,t為電負(fù)荷；Pwind,t、Pwa,t依次為風(fēng)電出力和棄風(fēng)電功率。

2.3 IES評(píng)價(jià)指標(biāo)

對(duì)于具有多能源耦合及特性復(fù)雜的IES，其評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)繁多。為檢驗(yàn)含有LAES儲(chǔ)能的IES相對(duì)于傳統(tǒng)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，在日運(yùn)行成本最低的優(yōu)化調(diào)度下，引入基于熱力學(xué)第一定律的能源效率指標(biāo)一次能源節(jié)約率（primary energy saving rate，PESR）對(duì)系統(tǒng)的節(jié)能性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。其值越高，說明IES節(jié)能效果越好；引入環(huán)保指標(biāo)碳排放量（CO2emission，CE）來評(píng)估系統(tǒng)的碳排放量，進(jìn)而評(píng)價(jià)系統(tǒng)環(huán)保性能。其值越低，表明系統(tǒng)對(duì)環(huán)境越友好。

一次能源節(jié)約率為：

式中：ERT為常規(guī)的多能分供系統(tǒng)的一次能源消耗量、EIES為IES的消耗量，計(jì)算式見式(28)。

式中：ηpetc,ele為電能轉(zhuǎn)換系數(shù)，ηpetc,gas為天然氣與一次能源轉(zhuǎn)換系數(shù)。

IES的碳排放量為：

式中：ηces,ele、ηces,gas為電能、天然氣碳排放系數(shù)。

2.4 求解方法

本文中的IES優(yōu)化調(diào)度模型為混合整數(shù)線性規(guī)劃（mixed integer linear programming，MILP）模型，對(duì)于MILP模型，可以利用IBM公司研發(fā)的CPLEX商業(yè)軟件進(jìn)行優(yōu)化求解。具體求解流程如圖3所示。

3 仿真算例分析

3.1 仿真參數(shù)

本文中的算例所涉及到的電、冷、熱負(fù)荷及風(fēng)電功率均參考新疆北部某地工業(yè)園區(qū)冬夏兩季數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。系統(tǒng)日前電、冷、熱負(fù)荷、風(fēng)電功率預(yù)測(cè)曲線如圖4所示。

IES中，參與調(diào)度的各個(gè)設(shè)備參數(shù)見表1，系統(tǒng)中其他設(shè)備參數(shù)見表2。

表1 LAES儲(chǔ)能系統(tǒng)參數(shù) Tab.1 Parameters of the LAES system

表2 IES其他設(shè)備參數(shù) Tab.2 Other equipment parameters of the IES system

除上述系統(tǒng)設(shè)備參數(shù)外，本文IES接入了電網(wǎng)及氣網(wǎng)。電網(wǎng)采用分時(shí)電價(jià)策略，利用峰谷電價(jià)差實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行成本的降低。天然氣、電能2種能源購(gòu)買的價(jià)格見表3。

表3 能源價(jià)格 Tab.3 Energy prices

3.2 仿真結(jié)果分析

本文為剖析LAES系統(tǒng)對(duì)IES在優(yōu)化調(diào)度時(shí)產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益，以及比較于其他儲(chǔ)能系統(tǒng)，LAES系統(tǒng)具有的優(yōu)秀多能源聯(lián)合供應(yīng)能力，以新疆北部某工業(yè)園區(qū)冬、夏兩季負(fù)荷數(shù)據(jù)為例，設(shè)置3種不同工作方式來對(duì)比分析，依次為在IES中加入LAES設(shè)備、加入蓄電池設(shè)備、不加入儲(chǔ)能輔助設(shè)備。3種工作方式分別表示冬、夏兩季3種不同工作方式下的調(diào)度情況。

在第1種工作方式下，IES加入LAES，冬夏兩季電、冷、熱能出力如圖5所示。

由圖5可見，在電能出力方面，不管是冬季還是夏季，LAES系統(tǒng)都有著較強(qiáng)的多能源調(diào)節(jié)能力。在晚間時(shí)段，電負(fù)荷低、棄風(fēng)量高，將過剩的風(fēng)能儲(chǔ)存起來，在白天電負(fù)荷較高的時(shí)段能夠釋放電能補(bǔ)給電負(fù)荷。在冷、熱能出力方面，夏季典型日時(shí)2種制冷機(jī)運(yùn)行，與此同時(shí)LAES系統(tǒng)在儲(chǔ)能、釋能的同時(shí)還能儲(chǔ)存冷量用于對(duì)冷負(fù)荷供冷，LAES系統(tǒng)所具備的蓄冷罐可以提供冷備用；冬季典型日時(shí)燃?xì)忮仩t與余熱鍋爐共同工作，LAES系統(tǒng)又將所儲(chǔ)的熱能用于熱負(fù)荷供應(yīng)，同時(shí)進(jìn)行熱備用，保障了可靠的冷、熱負(fù)荷供給。由此可見，LAES系統(tǒng)擁有優(yōu)越的多類型能源供給的能力。

而在第2種方式下，系統(tǒng)加入蓄電池，其冬夏兩季電、冷、熱能出力如圖6所示。由圖6可見，蓄電池在消納新能源方面同樣擁有不錯(cuò)的表現(xiàn)。但是，在夏季典型日，冷負(fù)荷仍需要吸收式制冷機(jī)電和電制冷機(jī)全額供應(yīng)；在冬季典型日，熱負(fù)荷的供給仍然依賴于燃?xì)忮仩t和余熱鍋爐。

這說明在多類型能源供應(yīng)方面，蓄電池遜色于LAES系統(tǒng)，并不具備多能源聯(lián)和供應(yīng)的功能；而且蓄電池的工作壽命較短，置換成本較高[17]，不利于保證IES在長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)限下的成本。

第3種工作方式中，IES不含任何輔助的儲(chǔ)能裝置，其出力如圖7所示。在夜間風(fēng)功率較高而電負(fù)荷需求較低時(shí)不能夠消納棄風(fēng)電，其電能調(diào)節(jié)能力有待加強(qiáng)。在夏季典型日中夜間電負(fù)荷較低，吸收式制冷機(jī)出力較低，需要電制冷機(jī)的出力較多，從電網(wǎng)購(gòu)電量增大，耗氣量較高；在冬季典型日中需要運(yùn)行燃?xì)忮仩t來供給熱負(fù)荷，購(gòu)氣量上升，影響了系統(tǒng)的運(yùn)行成本以及碳排放量。

表4為上述3種工作方式下IES在冬、夏典型日中的優(yōu)化結(jié)果匯總。由表4可見：從能源購(gòu)買成本上看，相較于其他2種情況，在冬、夏典型日中的優(yōu)化結(jié)果顯示加入LAES后IES的購(gòu)電及購(gòu)氣成本較加入前均顯著下降。其中，工作方式1下夏季的購(gòu)能成本相對(duì)冬季較高，這是因?yàn)樵诠┙o冷負(fù)荷時(shí)，系統(tǒng)中的電制冷機(jī)和吸收式制冷機(jī)搭配運(yùn)行，使得購(gòu)電成本略高一些。與工作方式1相比，方式2和方式3的購(gòu)能成本下降，這說明LAES系統(tǒng)的多類型能源供給能力強(qiáng)，能夠有效減少各類能源購(gòu)買成本，從而降低運(yùn)行總成本，提高IES的經(jīng)濟(jì)性。

表4 不同工作方式下的優(yōu)化結(jié)果匯總 Tab.4 Summary of optimization results in different working modes

在消納新能源方面，LAES系統(tǒng)和蓄電池同樣具有優(yōu)質(zhì)的消納棄風(fēng)電能力，兩者都可以實(shí)現(xiàn)將消納棄風(fēng)率提高至近乎100%。但是需要強(qiáng)調(diào)，相比于LAES系統(tǒng)，蓄電池并不具備蓄積和供給多類型能源的能力；而且LAES系統(tǒng)的使用壽命較長(zhǎng)，更能夠適應(yīng)IES的長(zhǎng)期運(yùn)行。

此外，可借助表4對(duì)3種不同工作方式下一次能源節(jié)約率以及二氧化碳減排率進(jìn)行比較。在夏季典型日，含有LAES儲(chǔ)能的IES相比于蓄電池一次能源節(jié)約率上升1.07百分點(diǎn)，二氧化碳排放量則下降0.28 t；而相對(duì)于不含任何儲(chǔ)能設(shè)備的IES，2種指標(biāo)分別上升5.16百分點(diǎn)和下降3.08 t。在冬季典型日，工作方式1下一次能源節(jié)約率較方式2上升 3.32百分點(diǎn)，二氧化碳排放量則下降了1.32 t；而相對(duì)于方式3，兩者分別上升5.83百分點(diǎn)和下降2.88 t。工作方式1和工作方式2在冬季典型日中2種指標(biāo)的變化幅度相較于夏季典型日更為明顯，這是因?yàn)槎镜臒嶝?fù)荷需要燃?xì)忮仩t和余熱鍋爐供應(yīng)，而工作方式1中LAES系統(tǒng)的冷熱電聯(lián)儲(chǔ)聯(lián)供性能較為優(yōu)越，使得一次能源節(jié)約率和碳排放量均變化明顯。

綜上所述，蓄電池和LAES都能夠在一定程度上降低IES的運(yùn)行成本以及提高新能源的消納率，但是LAES系統(tǒng)擁有更加突出的多類型能供給和調(diào)節(jié)綜合能源的能力，能更好地達(dá)到系統(tǒng)最優(yōu)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的。而在低碳節(jié)能運(yùn)行方面，LAES儲(chǔ)能系統(tǒng)同樣具有一定的優(yōu)勢(shì)。

3.3 IES對(duì)能源價(jià)格的敏感性分析

在3種不同工作方式下的IES，以現(xiàn)有的峰谷電價(jià)和天然氣價(jià)格為前提，在當(dāng)前價(jià)格80%、90%、110%、120%之間波動(dòng)，以此來分析能源價(jià)格波動(dòng)對(duì)IES的一次能源節(jié)約率和運(yùn)行成本的影響。

3.3.1 IES對(duì)天然氣價(jià)格因素的敏感性分析

冬、夏季天然氣價(jià)格在規(guī)定范圍內(nèi)波動(dòng)時(shí)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行成本及一次能源節(jié)約率的影響如圖8所示。

由圖8可知，隨著天然氣價(jià)格下降，在夏季典型日，購(gòu)能成本隨之下降。方式1下的一次能源節(jié)約率變化幅度在0.1百分點(diǎn)左右，而方式2下的一次能源節(jié)約率卻下降了0.9百分點(diǎn)、1.6百分點(diǎn)，方式3下降了2.8百分點(diǎn)、2.4百分點(diǎn)。這是因?yàn)闅鈨r(jià)上升導(dǎo)致購(gòu)氣量下降，而LAES系統(tǒng)的供冷能力抵 消了一部分的價(jià)格影響，證明LAES系統(tǒng)在夏季應(yīng)對(duì)氣價(jià)下降的穩(wěn)定度更強(qiáng)。在冬季典型日，購(gòu)能 成本依然隨氣價(jià)而降，但是在一次能源節(jié)約率方面，方式1下系統(tǒng)節(jié)約率指標(biāo)數(shù)據(jù)平穩(wěn)，而方式2、方式3下系統(tǒng)節(jié)約率則在氣價(jià)80%處分別下降了0.8百分點(diǎn)和1.37百分點(diǎn)。

隨著天然氣價(jià)格上升，在夏季典型日，3種工作方式下購(gòu)能成本均在原氣價(jià)110%處略微有下降，表明系統(tǒng)對(duì)氣價(jià)上升略敏感。在一次能源節(jié)約率方面，原氣價(jià)110%處方式2的指標(biāo)依然穩(wěn)定，方式2和方式3在原氣價(jià)110%處的指標(biāo)分別下降了1.2百分點(diǎn)和3.17百分點(diǎn)，但在120%處則與110%處幾乎持平。這說明在夏季方式2、方式3下系統(tǒng)對(duì)氣價(jià)的上升反應(yīng)較明顯，但是隨著價(jià)格逐步升高，節(jié)約率指標(biāo)卻趨于平穩(wěn)。在冬季典型日，3種方式下購(gòu)能成本呈上升趨勢(shì)，方式1在一次能源節(jié)約率方面略微上升0.36百分點(diǎn)，而方式2趨于平穩(wěn)，方式3則下降了0.27百分點(diǎn)。

上述趨勢(shì)說明隨氣價(jià)波動(dòng)，含LAES的IES應(yīng)對(duì)氣價(jià)波動(dòng)表現(xiàn)更佳。這是因?yàn)樵诙煜到y(tǒng)通過燃?xì)忮仩t和余熱鍋爐供熱，而在夏天系統(tǒng)通過吸收式制冷機(jī)進(jìn)行供冷。方式1有LAES系統(tǒng)輔助供熱供冷，其應(yīng)對(duì)價(jià)格波動(dòng)的穩(wěn)定性優(yōu)于其他2種方式。

3.3.2 IES對(duì)電能價(jià)格因素的敏感性分析

冬、夏季電能價(jià)格在規(guī)定范圍內(nèi)波動(dòng)時(shí)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行成本及一次能源節(jié)約率的影響如圖9所示。由圖9可以看到，電價(jià)下降時(shí)，夏季典型日中3種方式下的系統(tǒng)購(gòu)能成本隨之下降，一次能源節(jié)約率也均有下降趨勢(shì)，但是方式1下一次能源節(jié)約率下降了0.63百分點(diǎn)、0.57百分點(diǎn)，而方式2、方式3則分別下降了2.22百分點(diǎn)、0.9百分點(diǎn)和5.4百分點(diǎn)、2.11百分點(diǎn)，下降幅度均大于方式1，說明方式1在夏季應(yīng)對(duì)電價(jià)下降更為可靠；冬季典型日，購(gòu)能成本依次逐步下降，方式1的一次能源節(jié)約率指標(biāo)依然平穩(wěn)，而方式2、方式3則明顯下降，分別降了0.79百分點(diǎn)、1.27百分點(diǎn)和1.61百分點(diǎn)、1.97百分點(diǎn)，方式3的降幅最大。

電價(jià)上升時(shí)，夏季典型日中，方式1的購(gòu)能 成本略微下降，而在原電價(jià)120%又重新上升，而方式2的趨勢(shì)相同，方式3則逐步上升。一次能源節(jié)約率方面，方式1指標(biāo)穩(wěn)定，方式2略降0.33百分點(diǎn)、0.61百分點(diǎn)，而方式3則下降了1.36百分點(diǎn)、0.44百分點(diǎn)。冬季典型日中，購(gòu)能成本上升情況和夏季趨同，一次能源節(jié)約率方面，方式1略上升 0.62百分點(diǎn)，但是方式2、方式3則在原電價(jià)110%處有明顯下降趨勢(shì)，方式2最大降幅達(dá)到4.38百分點(diǎn)。

由以上分析可知，由于方式3下無儲(chǔ)能系統(tǒng)，無法應(yīng)對(duì)電價(jià)的波動(dòng)，導(dǎo)致其穩(wěn)定性最差；方式2具備儲(chǔ)電功能，穩(wěn)定性較好，但是沒有儲(chǔ)冷儲(chǔ)熱的功能，無法應(yīng)對(duì)電制冷機(jī)等設(shè)備的運(yùn)行成本隨電價(jià)波動(dòng)，穩(wěn)定性比方式1差；方式1則具備冷熱電聯(lián)儲(chǔ)聯(lián)供能力，所以其應(yīng)對(duì)電價(jià)波動(dòng)能力最強(qiáng)。

4 結(jié)論

1）在消納新能源方面，LAES系統(tǒng)能夠高效地利用棄風(fēng)電，在區(qū)域電力負(fù)荷需求高峰時(shí)段進(jìn)行調(diào)度，釋放能源，填補(bǔ)需求缺口，益于電力系統(tǒng)的調(diào)峰，可以進(jìn)一步推動(dòng)新能源的高速發(fā)展。

2）在經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方面，得益于LAES系統(tǒng)靈活的能源調(diào)度能力和優(yōu)異的多類型能源供給能力，在整個(gè)IES的多類型能源供給和減少棄風(fēng)等方面都有一定的經(jīng)濟(jì)效益，參與調(diào)度后，降低了其他供能設(shè)備的能耗，優(yōu)化傳統(tǒng)聯(lián)合供給系統(tǒng)的運(yùn)行，進(jìn)而減少系統(tǒng)整體的運(yùn)行成本。

3）在低碳環(huán)保運(yùn)行方面，在IES中加入LAES儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠提高其一次能源節(jié)約率以及碳減排量。

4）在應(yīng)對(duì)能源價(jià)格的敏感度方面，含LAES的IES能夠穩(wěn)定面對(duì)價(jià)格波動(dòng)，工作效益高于傳統(tǒng)的IES。