华中科技大学尹斌鑫、苗世洪 等：先进绝热压缩空气储能在综合能源系统中的经济性分析方法
尹斌鑫，博士研究生，研究方向包括压缩空气储能系统、电力系统优化规划、综合能源系统优化运行等。曾参与国家973计划课题（超临界压缩空气储能系统的集成机理与优化设计）和国家重点研发计划课题（大规模先进压缩空气储能系统设计技术），以及国家自然科学研究基金面上项目（先进绝热压缩空气储能系统动态建模及电网协同调度技术研究）等。
苗世洪，博士，华中科技大学教授，博士生导师，湖北省电机工程学会理事、电力系统自动化专业委员会主任委员，中国能源研究会储能标准化技术委员会压缩空气储能分委会委员，长期从事电力系统继电保护及自动化、配电网与微网新技术、压缩空气储能建模及应用，电力系统与综合能源系统智能调度与自动化等方面的教学、研究与装备研发工作，已发表学术论文143篇 (其中EI论文90篇，SCI论文33篇) 。近年来主持国家重点研发计划课题1项，主持国家自然科学研究基金项目3项，参与了多项国家973计划项目、863计划项目和国家电网公司总部科技项目等。
先进绝热压缩空气储能(AA-CAES)是一种大容量储能技术，其成本低、无需燃料，且具有冷-热-电联储联供的能力，在综合能源系统(IES)中能发挥出其独特优势。根据IES的运行情况，对AA-CAES电站进行经济性分析，能切实反映AA-CAES电站应用于IES后所带来的经济效益，对AA-CAES技术的推广和应用具有重要意义。
除AA-CAES电站之外，其他辅助设备，如蓄电池和电转气装置等，亦能提升IES运行的安全性和经济性。不同辅助设备的成本、寿命和带来的经济效益各不相同，如何结合IES的实际运行情况和辅助设备自身的特点，分析各辅助设备对IES经济性的影响显得至关重要。
针对AA-CAES电站的经济性分析问题，本文首先考虑各辅助设备参与IES运行的情况，建立了其全寿命周期经济评估模型。为了反映IES的运行情况与成本，该文考虑其主要设备的协调互动，建立了大规模IES的优化调度模型。
基于上述模型，得到了含不同辅助设备时IES的优化运行结果。最后结合各辅助设备的安装成本、置换成本、维护成本等全寿命周期成本与IES运行成本，对比分析了AA-CAES电站与其他辅助设备在IES中的经济性表现。含各辅助设备的IES结构如图1所示。
图1 综合能源系统结构
（1）IES经济性评估模型
IES总成本计算如下：
（2）IES优化运行模型
该部分包括两方面：IES中各设备的运行约束与冷、热、电备用能力约束；IES的功率平衡约束，冷、热、电备用需求约束和弃风约束等其他约束。
（3）算例分析结果
为了对比分析AA-CAES电站和蓄电池储能的效益，并分析P2G装置对系统运行效益的影响，本文设置了多个场景进行分析，各场景说明见表1。
表1 场景介绍
各场景下IES的运行成本、辅助设备的日均投资成本和日均固定维护成本、燃料成本和IES总成本见表2。
其中，IES运行成本为IES全年日均运行成本，该成本基于夏季、冬季和过渡季典型日数据，并根据各典型日在一年中所占比例进行加权计算得到；燃料成本为IES运行成本中除去辅助设备可变维护成本的部分；投资成本为AA-CAES电站、P2G装置或蓄电池电站等辅助设备的日均投资成本，由安装成本和置换成本两部分构成；固定维护成本为辅助设备的日均固定维护成本；总成本Ctotal为IES运行成本、辅助设备的日均投资成本与日均固定维护成本之和。
表2 不同场景下IES成本（单位：$）
文章建立了含AA-CAES电站和电转气装置的IES优化运行模型，并采用该模型计算了各辅助设备对IES运行成本的影响，在此基础上对AA-CAES电站、电转气装置和蓄电池电站等辅助设备进行了经济性对比分析，得到了以下结论：
1）AA-CAES电站能有效降低IES运行成本，并提高IES的能量利用效率，大规模IES在建成大容量的AA-CAES电站后IES总成本有所下降；
2）在IES建设成熟前，AA-CAES电站可不参与供冷和供热，仅用于电力单能流场景，此时AA-CAES电站仍具备一定的经济效益；
3）由于蓄电池电站的寿命较短，因此，建成与AA-CAES电站相同容量的蓄电池电站后，IES的总成本大于建设蓄电池电站前的IES总成本；
4）电转气装置能减小IES的运行成本与燃料成本，与AA-CAES电站组合能进一步减小上述成本，但在没有碳排放补贴的情况下不具备经济效益。
尹斌鑫, 苗世洪, 李姚旺, 张松岩, 王吉红. 先进绝热压缩空气储能在综合能源系统中的经济性分析方法[J]. 电工技术学报, 2020, 35(19): 4062-4075. Yin Binxin, Miao Shihong, Li Yaowang, Zhang Songyan, Wang Jihong. Study on the Economic Analysis Method of Advanced Adiabatic Compressed Air Energy Storage in Integrated Energy System. Transactions of China Electrotechnical Society, 2020, 35(19): 4062-4075.