编者按：
高比例可再生能源并网成为电力系统的重要特征。以风电、光伏为代表的可再生能源输出具有随机性、间歇性和波动性，可再生能源的大规模并网运行给电网的安全稳定运行带来了巨大挑战。与此同时，可再生资源远离负荷中心，可再生能源消纳成为紧迫问题。
本研究提出利用移动式储能系统促进大规模可再生能源电力消纳的新方式，通过电池在可再生能源电站与负荷中心之间的往返运输，提高可再生能源消纳的经济性、效率和电池利用的灵活性。结果显示：移动式储能能够在不增加输电容量的前提下，满足可再生电力的时空供需平衡，并实现削峰填谷。以华北和东北地区真实的负荷和可再生能源发电数据为输入，验证了方法的有效性，结果表明：在2050年场景下，东北地区的风电消纳比例由84.4%提升到95.3%，华北地区的风电消纳比例由42.7%提升至78.2%，提升幅度分别达到10.9%、35.5%，并且随着可再生能源总量的提高持续增加。两个地区的日负荷曲线峰谷差分别减小84%、100%。
本文由：华北电力大学新能源学院博士生刘杉，华北电力大学新能源学院教授阎洁，华北电力大学新能源学院讲师闫亚敏，北京大学城市规划与设计学院助理教授张浩然，国网湖北电力有限公司工程师张静，华北电力大学新能源学院教授刘永前，华北电力大学新能源学院教授韩爽合作完成。
引言：
高比例可再生能源并网在技术和经济上都对传统电力系统构成了挑战。为缓解弃能问题，系统灵活性需要大幅提高，新建和升级传统固定式储能及输配电系统将带来高昂的成本。此外，固定式储能一旦建成，容量固定，运行方式不灵活；而远距离特高压输电对可再生能源的传输效率低。因此，本文对移动储能进行了研究，通过现有交通系统将充满电的电池（满电池）从可再生能源发电站运输到城市，并将城市中使用的电池（空电池）送回可再生能源发电厂充电，通过移动电池、电力系统和交通系统的联合优化，降低移动储能运输成本，解决电源和负荷时空不匹配的问题，提高可再生能源渗透率和电力系统运行的稳定性。
论文的主要贡献如下：
（1）提出移动电池、电力系统和交通系统两阶段联合优化调度模型，对满/空电池在风电场和城市之间的铁路运输及充放电行为进行优化调度。
（2）解决可再生能源和负荷时空不匹配的问题，显著提高了电力系统的灵活性,平滑城市负荷曲线，保障电力系统稳定运 行。
（3）利用华北和东北地区的实际负荷和可再生能源发电数据，分析了移动储能在实际场景中的应用潜力，验证了模型的有效性，也为决策者提供了可靠的建议。
图示情况：
移动电池通过现有交通系统将充满电的电池（满电池）从可再生能源发电站运输到城市，并将城市中使用的电池（空电池）送回可再生能源发电厂充电。以运输成本最小，可再生能源渗透率最高及平滑负荷曲线为目标，优化满/空电池在风电场和城市之间的铁路运输路径、时间、运输量以及充/放电策略。如图1所示，该模型将可再生能源从可再生能源发电厂转移到最终用户。
两阶段物流及充放电联合优化模型在第一个优化阶段中，交通物流系统根据一天中满电池的供应和需求总量求得运输成本最小时的列车运输路径和发车数量，以此作为第二阶段的边界条件。第二个优化阶段中，移动式储能系统根据城市负荷削峰填谷的需要对电池充放电进行优化，求得削峰填谷所需的满电池和空电池数量。交通物流系统根据这些信息给出物流方案，并结合电池运输成本对物流方案进行调整。储能系统会再根据交通系统反馈的物流信息给出电池充放电方案，对比负荷削峰填谷的效果。如此循环往复，最终达到负荷削峰填谷和电池运输成本之间的平衡。模型结构如图2所示。
以东北、华北地区风电基地与城市间的实际线路，可再生能源电站的实际运行数据以及城市实际负荷曲线为例，验证了该方法的有效性。移动储能可以大大提高可再生能源的容纳比例，特别是对于大规模的可再生能源并网。在2050年的情景中，东北地区和华北地区的风电容纳率分别从84.4%上升到95.3%和从42.7%上升到78.2%，分别上升了10.9%和35.5%。
本文提出的方法解决了电力和负荷时空分布不匹配的问题，平滑了城市负荷曲线，促进电力系统安全稳定运行。同时，移动式储能的交通物流经济性尚可并有持续提升的趋势。图5及图6分别展示了华北地区和东北地区的运输成本随运输距离的变化。在2020年基准场景下，两个地区采用移动式储能的平均运输成本为0.38、0.40元/kWh；在2050年场景下，电池能量密度和可再生能源比例得到提升，平均运输成本降至0.25元/kWh。电池运输成本随运输距离近似线性增长，但成本逐年递减且增长速度有逐年放缓的趋势，说明了移动式储能的经济性尚有提升空间。
总结：
本章中提出了电池运输和物流的方法，建立了移动电池、电力系统和交通系统的两阶段联合优化调度模型，对满/空电池在风电场和城市之间的铁路运输及充放电活动进行优化调度。模型的第一阶段优化列车路径和发车量，第二阶段优化发车时间、运输量和电池充放电，以实现运输成本最低，可再生能源渗透率最高和城市负荷曲线削峰填谷。以东北、华北地区为例验证了移动式储能的经济性及对可再生能源消纳的提升作用。
文章信息:
Joint operation of mobile battery, power system, and transportation system for improving the renewable energy penetration rate
Shan Liu, Jie Yan*, Yamin Yan, Haoran Zhang, Jing Zhang, Yongqian Liu, Shuang Han
Applied Energy
DOI:https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2023.122455
链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0306261923018196