上海交通大学学报

上海交通大学学报, 2024, 58(5): 585-599 doi: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.360

新型电力系统与综合能源

共享储能关键技术与应用

宋梦,1, 林固静1, 蒙璟1, 高赐威1, 陈涛1, 夏世威2, 班明飞3

1.东南大学 电气工程学院,南京 210096

2.华北电力大学 新能源电力系统国家重点实验室,北京 102206

3.东北林业大学 机电工程学院,哈尔滨 150040

Key Technologies and Applications of Shared Energy Storage

SONG Meng,1, LIN Gujing1, MENG Jing1, GAO Ciwei1, CHEN Tao1, XIA Shiwei2, BAN Mingfei3

1. School of Electrical Engineering, Southeast University, Nanjing 210096, China

2. State Key Laboratory of Alternate Electrical Power System with Renewable Energy Sources, North China Electric Power University, Beijing 102206, China

3. School of Mechanical and Electrical Engineering, Northeast Forestry University, Harbin 150040, China

责任编辑: 孙伟

收稿日期: 2022-09-13   修回日期: 2022-11-9   接受日期: 2022-12-13  

基金资助: 国家自然科学基金(52007030)
新能源电力系统国家重点实验室开放课题(LAPS22014)
东南大学至善青年学者计划(2242022R40023)
江苏省科协青年科技人才托举工程(TJ-2022-042)
中国电机工程学会青年人才托举工程

Received: 2022-09-13   Revised: 2022-11-9   Accepted: 2022-12-13  

作者简介 About authors

宋梦(1989-),副教授,博士生导师,从事需求响应、虚拟电厂、配电网韧性、共享储能等研究;E-mail:songmengseu@163.com.

摘要

在“双碳”目标推动下,可再生能源渗透率不断提高,但其固有的波动性、间歇性和不确定性给电力系统安全稳定运行带来了极大挑战.共享储能作为共享经济在储能领域的典型应用,通过储能资源的“所有权”和“使用权”分离,实现储能资源的最大化使用,为可再生能源大规模并网引发的供需失衡问题提供了新的解决方案,展现出广阔的发展前景.从价值定位、成本模型、及盈利模式3个维度总结了共享储能的商业模式,并对其交易品种、运行架构、工程应用进行详细分析和总结,最终对共享储能的未来趋势进行讨论与前瞻.

关键词： 可再生能源; 共享经济; 共享储能; 电力系统

Abstract

Under the goal of “carbon peaking and carbon neutrality”, the penetration rate of renewable energy continues to rise, whose volatility, intermittency, and uncertainty pose significant challenges to the safe and stable operation of the power system. As a typical application of the sharing economy in the field of energy storage, shared energy storage (SES) can maximize the utilization of resources by separating the “ownership” and “usage” of energy storage resources, which provides a new solution to the problem of imbalance between supply and demand caused by the large-scale integration of renewable energy into the grid, and has broad development prospects. The business model of SES is explored based on value positioning, cost modeling, and profitability strategies, and a detailed summary of SES trading varieties, operational structure, and engineering applications is discussed. Finally, the future trend of shared energy storage is discussed and envisioned.

Keywords： renewable energy; sharing economy; shared energy storage (SES); power system

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本文引用格式

宋梦, 林固静, 蒙璟, 高赐威, 陈涛, 夏世威, 班明飞. 共享储能关键技术与应用[J]. 上海交通大学学报, 2024, 58(5): 585-599 doi:10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.360

SONG Meng, LIN Gujing, MENG Jing, GAO Ciwei, CHEN Tao, XIA Shiwei, BAN Mingfei. Key Technologies and Applications of Shared Energy Storage[J]. Journal of Shanghai Jiaotong University, 2024, 58(5): 585-599 doi:10.16183/j.cnki.jsjtu.2022.360

“双碳”目标下,可再生能源大量接入电网,其功率的间歇性、波动性和不确定性给电力系统的安全稳定运行带来极大挑战[1-2].储能是平抑可再生能源波动、保证电力系统供需平衡的有效手段[3].此外,当系统面临极端情况导致系统故障发生停电事故时,储能作为备用电源还可以增强能源系统的韧性[4⇓-6].在高比例可再生能源背景下,储能价值得以凸显,成为了电力系统最重要的柔性调节资源之一.但是,储能设备成本高昂,在电力系统中规模化的应用仍面临极大挑战.

共享经济是一种通过分享资源使用权来满足双方需求的新经济模式[7-8].资源提供方通过租赁方式出让闲置物品使用权以获取收益,而资源使用方则以更低成本获取所需资源使用权.得益于互联网技术的高速发展,共享经济模式已经在多个行业得到应用,例如欧洲市场的Uber[9]和Airbnb[10],中国市场的共享汽车[11]和共享充电宝等.共享储能是共享经济在储能领域的延伸,旨在解耦储能的拥有权与使用权[12].储能使用者在不获取储能所有权的条件下,仅通过支付服务费用的方式享有储能使用权,避免投资储能的高昂成本而享受使用储能带来的便利.而储能拥有者在不损失储能所有权的条件下,通过收取服务费用的方式转让储能使用权,可以在避免储能资源的浪费同时获取额外收益.

共享储能具有多方面优势,具体表现在:①电力系统运行方面,电力市场各类价格信号能够反映当前系统电力的供需状况,共享储能通过价格信号引导用户行为,通过控制储能充放电,缓解电力系统供需不平衡问题;②用户无需支付高昂的储能建设成本,可以根据自身需求对租用的储能进行充放电控制,在降低储能投资的同时提高经济收益;③储能所有者可以通过转让储能使用权获取经济收益,使大量闲置的资源得到充分利用,提高资源使用效率;④共享储能运营商通过专业化技术手段合理运营储能资源,从而获得可观收入;⑤储能行业发展方面,能够有效降低投资壁垒,吸引大量资金进入储能行业,促进储能行业的快速发展.

本文充分调研了共享储能国内外研究现状,详细分析共享储能的商业模式、产品和运行架构、工程示范等关键技术和应用,在总结共享储能研究进展的同时,对其未来的研究方向进行展望.

1 共享储能商业模式

商业模式作为共享储能塑造和组织价值链的基本框架,对其投资盈利和应用推广起着至关重要的作用.根据Schön[13]对商业模式的定义与分类,从价值定位、成本模型、盈利模式3个维度对共享储能进行分析.将价值定位作为共享储能商业模式开展的立足点,主要分析资源从属关系和用户群体需求;将成本模型作为共享储能商业模式的价值结构,主要分析参与者的成本收入来源,为盈利模式的实现提供模型结构;将盈利模式作为共享储能商业模式的实施途径,用于实现价值捕获,包括开展渠道与参与者互动方式、定价机制和分配规则.

1.1 价值定位

1.1.1 所属关系

共享储能主要包括两种基本架构,其区别在于储能资源是否归共享储能运营商所有.

图1中,共享储能运营商向储能资源拥有者支付费用获取储能控制权,然后凭借聚合调控手段满足储能使用者的最优化储能需求,并赚取用户支付的服务费用,这种架构中的储能资源一般为分布式储能资源.常见的分布式储能包含以热储能、移动储能(电动汽车)、5G基站储能为代表的实体储能,以及以中央空调和相变材料为代表的虚拟储能.聚合复用使分布式储能资源发挥最大储能潜力,在确保用户正常使用的前提下,通过对这类小而散的储能资源进行聚合调控,能够为电网提供调峰调频、功率备用等辅助服务,并获取用户支付的储能服务使用费.该模式下,用户-共享储能运营商-储能所有者之间存在多对“一对多”的关系.

图1

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图1   分布式储能资源共享架构

Fig.1   Sharing structure of distributed energy storage resource


图2中,储能资源由共享储能运营商投资建设,其控制权和所有权均由运营商所有,因此运营商的调控更加简单高效,这种架构中的储能资源一般为集中式储能资源.集中式储能主要面向单体小容量消者用户,自行建造储能系统经济性较差.通过共享储能模式,运营商通过不同用户需求差异统一调配,从而促使集中式储能发挥其最大储能潜力,获取经济效益.该模式下,用户-共享储能运营商-储能所有者之间存在多对“一对一”的关系.

图2

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图2   集中式储能资源共享架构

Fig.2   Sharing structure of centralized energy storage resource


1.1.2 用户需求

共享储能面对的客户群体包括小型工商业、居民用户和电网运营商.于用户而言,其需求主要包括利用储能发用电“时空转移”特性响应动态电价,降低用能成本[14],增加光伏渗透率[15]或参与P2P交易[16]等;文献[14]中提供了一种基于储能容量共享的住宅小区公用设施用电解决方案,旨在实现社区公用设施用电和住宅单元电费的降低,从而节省更多成本.而对于安装有户用光伏的用户,其需求还包括提高光伏渗透率、减小功率波动性[15].对于配电网运营商,其需求主要包括利用储能“电力库”特性缓解由于热极限、电压极限引起的网络压力,从而延迟电网投资.文献[15,17]中实现了储能容量的动态分配,一部分用于响应可变电价以降低社区用户用电成本,另一部分用于缓解因违反热负载或电压限制而导致的电网问题,从而推迟甚至减少配电网运营商投入所需的网络成本,最终实现社区用户和电网运营商双重效益最优目标.然而,现有研究中大多考虑用户成本降低和电网阻塞管理两种目标,较少从共享储能本身可提供调峰、调频、备用等辅助服务的角度进行研究.

在面对不同客户需求时,共享储能运营商可权衡用户对于储能需求的重要性等级,从而设置用户储能使用优先权.文献[15]中认为电网运营商具有使用储能的优先权,而剩余容量则交付用户;文献[17]中寻求用户响应动态电价和运营商缓解网络堵塞的最佳平衡,实现储能容量的均衡分配.储能使用优先权关系到社会福利以及资源的最大化利用价值,因此如何对储能使用优先权进行建模并量化,将是未来待研究的问题之一.

1.2 成本模型

1.2.1 成本来源

共享储能运营商的成包括投资成本和运维成本[18-19].投资成本主要包括共享储能运营商投资建设集中式和分布式储能设备的安装费用Cinv, CES、租赁发电侧、电网侧和用户侧等现有储能设备的承租费Crent, DES;运维成本Cop主要指共享储能运行维护成本.各费用的计算过程如下式所示:

Cinv=Cinv,CES+Crent,DES
Cinv,CES= d(1+d)y365[(1+d)y-1]×(cpinvPrateCES+ceinvErateCES)
Crent,DES= ∑i=1NDES(cprentPrate, iDES+cerentErate, iDES)

式中:Cinv为共享储能运营商成本;d为折现率;y为集中式储能寿命年限;Prate、Erate分别为共享储能投资建设功率和容量额定值;cpinv、ceinv分别为单位功率建设成本和单位容量建设成本;cprent、cerent分别为功率型储能和容量型储能的单位成本;上标CES和DES分别表示投资的共享储能和租用的共享储能;NDES为分布式储能个数i的集合.运维成本Cop的计算成本为

Cop= ∑m=1yγ1,mPrateCES1+mr1+dm× d(1+d)y365[(1+d)y-1]+ ∑i=1NDES∑m=1yiγ2,mPrate,iDES1+mr1+dm× d(1+d)yi365[(1+d)yi-1]

式中: γ1,m、γ2,m分别为集中式储能和分布式储能第m年的单位功率运行维护成本; mr为通货膨胀率;yi为分布式储能寿命年限.

1.2.2 收入来源

共享储能运营商的收入主要是使用权让渡收益,并能够通过大量用户用电需求的互补特性获取规模化收益[18-19].共享储能运营商分为两种类型:利益驱动型运营商以参与能源交易为目的投资规划共享储能,实现利润最大化[20];监管类运营商服务于电网或社区,以减少用户用能成本为目标规划组建共享储能,实现用能成本最小化或电网运营最优化[21].

1.3 盈利模式

为实现共享储能盈利,需确定其交易渠道、客户群互动方式,并制定相应的定价机制和分配规则.

1.3.1 渠道与互动方式

共享储能模式的推广应用在两个方面实现.一方面依托于平台,需要构建共享储能运营与市场化交易平台,实现储能资源的集中管理与共享交易,如文献[16]中搭建了储能共享运营平台,实现“互联网+”下储能资源与消费者P2P共享模式,但缺乏相应的交易机制和定价规则.另一方面由参与者自主发起,并明确购售双方、划分权责,文献[18]中提出由平台主导和由参与者主导的两种拍卖模式,前者中参与者为价格接受者,而后者中参与者的价格通过主从博弈策略得到.事实上,平台的存在使得共享储能交易趋向于弱中心化式交易,有利于提高资源配置效率;而由用户自发的共享储能交易趋向于去中心化P2P交易,以效率为代价保证用户隐私性.

共享储能模式下,电网公司、共享储能运营商和用户两两之间可进行信息交互.电网公司以分时电价/工商业电价(Time of Use,ToU)向共享储能运营商和用户进行售电,用户以新能源上网电价(Feed-in Tariff,FIT)向电网公司进行售电,而共享储能运营商以共享储能定价机制与电网公司和用户交互,具体如图3所示.

图3

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图3   电网公司、共享储能运营商和用户交互方式

Fig.3   Interaction between grid companies, shared energy storage operator, and users


1.3.2 定价机制

现有研究中,共享储能定价机制主要通过固定电价、分时电价、拍卖机制、主从博弈、合作博弈、联合市场优化出清等方式确定,5种定价机制的总结与对比如表1所示.

表1   共享储能定价机制总结与对比

Tab.1  Summary and comparison of pricing mechanisms of shared energy storage

类型交易品种应用场景优点缺点参考文献
固定电价单位功率/容量、流量、定制套餐适用于对价格敏感度不大但用户需求和偏好明显的场景价格固定,与时间、供需关系等无关,消除了用户间的竞争价格制定困难,定价过高会降低用户购买积极性、过低会延迟储能投资回收[16,19]
分时电价功率适用于明显价格套利和增加光伏渗透率的场景有利于刺激和鼓励用户购买共享储能服务进行移峰填谷和价格套利,优化用电方式应用场景有限[12,22]
拍卖机制功率、容量适用于买/卖参与方数量多、投标偏好复杂的场景价格能够很好反映供需关系和用户偏好,并使社会福利最大化参与方过多、组合机制复杂的情况下会使求解非常困难[23⇓-25]
主从博弈功率、容量适用于共享储能运营商、多用户处于竞争环境中且存在相互冲突的利益诉求的场景可以权衡多方利益诉求,重视个体理性可能导致博弈均衡偏离社会福利最优点[14,26]
合作
博弈		夏普
利值		功率(主要针对成本、效益进行分配)适用于多主体共同投资共享储能的场景,例如社区储能、具有合作关系的云储能等按边际贡献分配,体现公平性计算复杂度大,可能导致联盟不稳定[27-28]
核仁按平均主义下的联盟剩余进行分配,体现稳定性计算复杂度随联盟成员数量的增加而递增[29]
纳什
谈判		通过谈判达成共识,体现效率性谈判破裂场景数据获取困难[30⇓-32]

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(1) 固定电价.由共享储能提供者统一制定,与时间、供需关系等无关,该模式下,消除了用户间的竞争,但定价过高会降低用户购买积极性、过低会延迟储能投资回收.因此,这种定价模式适用于对价格敏感度不大但用户需求和偏好明显的场景.

文献[16,19]中提出共享储能按单位容量、按使用流量、按定制套餐3种固定定价机制.按单位容量定价代表共享储能提供者为每千瓦储能功率或每千瓦时储能容量制定统一价格,用户按需购买特定时间段内的储能功率和容量使用权,且该价格不应高于用户自建储能的投资运维成本等年值折算,也不应高于向电网购电的单位价格.按使用流量定价代表共享储能提供者为用户存储或使用的共享储能能量制定分段价格曲线或连续价格曲线,贯彻“所付即所用”的方针;但由于储能服务的特殊性,该价格曲线不符合“量大价优”原则,而呈现“量大价高”的趋势.按定制套餐定价代表共享储能提供者为用户的个性化需求制定套餐价格,各套餐的储能电池参数设定各不相同,既可以是储能功率,也可以是储能容量,还可以是储能功率、容量的组合形式;也可以引入连续性和离散性等指标定制套餐,满足用户在多时段下连续或离散的储能服务需求.

(2) 分时电价.按系统运行状况或用户对于储能服务的供需情况,将一天24 h划分为若干个时段来收取储能服务费用,每个时段的定价策略通常参考配电网购售电价格或共享储能系统运行的平均边际成本.该模式与时间和供需关系密切相关,有利于刺激和鼓励用户购买共享储能服务,以进行移峰填谷和价格套利,并优化用电方式,适用于明显价格套利和增加光伏渗透率的场景.文献[22]中通过设定充放电阈值来操控共享储能,客户根据能源价格来控制储能充放电周期,将能源价格低于阈值的时间段视为共享储能充电候选时间段,而将能源价格高于阈值的时间段视为共享储能放电候选时间段;文献[12]中通过储能服务供需关系实行定价策略,根据用户提交的储能需求曲线和系统中所能提供的储能服务曲线,在储能服务供大于求时将服务费定价为谷时价格,而在储能服务供小于求时将服务费定价为峰时价格,该机制可充分反映储能服务供需关系.

(3) 拍卖机制.在规定时间内买卖双方进行投标购售电,由出价高者赢得竞标,即根据储能供需双方的投标结果确定竞胜标者和交易价格.该模式下,价格能够很好反映供需关系和用户偏好,并使社会福利最大化,适用于买/卖参与方数量多、投标偏好复杂的场景.

拍卖通常包括明拍、暗拍两种形式,以及投标、竞胜标确定、资源匹配与定价、结算支付4个环节[23].文献[24]中设计了一种明拍方法——定期组织拍卖,首先通过动态分配机制竞争获得使用权,之后利用拍卖所得资源参与电力市场获取收益.Vickrey拍卖[14]作为典型的暗拍方式,由出价最高的竞拍者中标,但支付出价第二高的价格,这有助于竞标者能够诚实地制定竞价策略,在共享储能定价和资源匹配方面应用较多.

根据拍卖物品数量的不同,拍卖可分为单项拍卖[14]和组合拍卖[23⇓-25].单项拍卖机制下,拍卖的物品是单一类型的共享储能交易品种,包括功率和容量,通常称为“原子”投标;组合拍卖下,拍卖的物品是多种交易品种的组合,即“原子”投标的组合,其组合形式包括“或”“异或”和“与”投标,可以满足用户多样化需求,但其求解难度随用户数量的增多而加大.根据买卖双方的用户数量可将组合拍卖分为组合单向拍卖[25]和组合双向拍卖[33],组合单向拍卖下,买卖双方数量呈现“一对多”或“多对一”形式,存在一方垄断的现象;组合双向拍卖下,买卖双方数量呈现“多对多”形式,可避免垄断的产生,实现社会福利最大化.

(4) 主从博弈(Stackelberg Game).共享储能模式下常用的非合作博弈方法主要为主从博弈,参与者包括领导者和跟随者,领导者率先行动制定策略,跟随者根据领导者的动作随之做出最佳的反应并调整自身策略.通常情况下,当共享储能运营商、多个储能服务用户处于竞争环境中且存在相互冲突的利益诉求时,可采用基于主从博弈的共享储能服务定价机制,即通过权衡共享储能多方参与者的利益诉求得到均衡价格,各参与者重视最大化自身利益,强调个体理性.因此,适用于共享储能运营商、多用户处于竞争环境中且存在相互冲突的利益诉求的场景.文献[14]中基于改进的Vickrey拍卖捕获共享储能参与方的互动,并利用非合作Stackelberg博弈确定每个住宅单元共享储能容量比例以及拍卖价格,该机制的改进点在于事先确定了购售双方的数量.文献[26]中通过机制设计理论和Vickrey-Clarke-Groves机制,搭建了用户激励相容的共享储能交易框架,构造基于Stackelberg博弈的用户-零售商-共享储能供应商3层模型,实现用户、零售商、共享储能供应商三者利益最优.

(5) 合作博弈.用于解决多利益主体之间协调决策和成本利益分摊问题,强调团体理性,兼顾个人与集体利益,通常适用于多主体共同投资共享储能的场景,例如社区储能、具有合作关系的云储能等.基于合作博弈的共享储能成本效益分配方法通常包括夏普利值法[27-28]、核仁法[29]和纳什谈判法[30⇓-32].

夏普利值法是通过计算联盟中成员边际贡献比例来分配效益,强调公平性.文献[28]中构建了多微网共同投资建设共享储能的场景,并在考虑线路损耗的情况下利用Shapley法对节省的储能建设成本进行分摊,但该模式下没有考虑多微网联盟的稳定性问题.文献[27]中在多个售电公司共享储能的场景下,设计了基于贡献度的效益分配方法,文中贡献度的计算依据共享储能产出比,其设计可根据具体需求调整.

核仁法是从联盟剩余的角度来衡量不同联盟所能带来的福利,强调稳定性,但计算复杂度随联盟成员数量的增加而递增.文献[29]中为多栋建筑合作投资的共享储能模型设计了一种基于核仁的公平事后成本分配机制,通过最小化所有参与者的不满意度来确保公平,在计算复杂程度上也得到了一定的提升.

纳什谈判法是各参与方通过谈判达成共识,在避免谈判破裂的前提下最大化自身收益,将利益分配问题转化为求纳什谈判解的过程,强调效率,可以实现帕累托最优效益.文献[30]中为共享储能电站及工业用户的联盟设计了基于纳什谈判的效益分配模型,并将问题等效为系统收益最大化和电能交易支付谈判2个子问题,实现各主体利益提高和新能源消纳的双重目标共赢.

各种定价机制的示意图如图4所示,其中p*、q*和c*分别表示最佳价格、最佳容量和最佳数量.

图4

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图4   定价机制

Fig.4   Pricing mechanism


1.3.3 分配规则

共享储能分配规则包括资源分配[26,34⇓ -36]和成本效益分配[27,29 -30]两部分.资源分配规则主要是在最终交易价格和交易总量确定的情况下,共享储能运营商将交易总量下发到各个储能设施上所需遵循的规则;成本效益分配规则主要适用于多个主体共同安装/运营共享储能的情形,在获得总收益后需依照一定原则分配所得效益,可认为是基于合作博弈的共享储能定价机制.

目前,共享储能运营商资源分配规则主要包括容量分配[26,37]和充放电功率分配[12,34⇓ -36].容量分配方面,现有分配规则集中于比例分配[26]、平均分配[26]和策略分配[37],比例分配侧重于每个储能设备容量投入比例;而平均分配更符合拍卖模式的策略制定原则,未来可在分配规则上进行延伸拓展;策略分配主要是指通过博弈论[12,35]、在线凸优化[34,36]和两阶段优化[21]等方法进行容量分配.充放电功率分配方面,若为日前分配,可采用充放电功率联合优化方式降低系统整体运行成本[26];若为实时控制问题,由于用户充放电功率的分配存在不确定性,可采用Lyapunov优化[29]和模型预测控制[38]来解决.

2 共享储能交易品种及运行架构

2.1 共享储能的交易品种

2.1.1 功率使用权

功率使用权是指用户在特定时间内可使用固定量储能充放电功率的权力,可细分为充电功率权和放电功率权.由于用户购买功率使用权的充放电功率值和充放电时长固定,故不确定性小,便于安排用电计划,但灵活性较差,一般比较适用于未安装可再生能源装置或柔性负荷较少的用户,在已知电网峰谷电价的情况下,实现峰谷套利[37,39 -40].文献[37]中提出了一种分布式组合拍卖方法来实现住宅小区共享储能资源在多用户间分配,社区用户可以使用分时电价从电网支付电费,并从共享储能运营商处购买储能资源,以将负荷转移到低电价时期,从而降低用户的电费支出.文献[39]中基于不同类型主体的使用储能的激励,将有限的储能功率使用权在储能运营商、消费者和发电厂间进行分配与协调,利用生产者与消费者对储能所有权的组合优化实现社会最优的储能资源利用.文献[40]中提出了一种基于交替方向乘子法和重球法的储能共享策略,在考虑储能容量分配的同时,根据用户的用电需求合理分配电力容量,即功率使用权;并将在耦合的社区动态电价驱动下的产消者储能共享问题建立为非合作博弈问题,在降低消费者用电成本的同时降低其对主网的依赖.

当有N个用户购买功率使用权时,其相应的储能约束可以表示为下式:

Wt,N=Wt-1,N+ ∑n=1NηcPct, n-Pdt, nηdΔt
W't,min≤Wt, N≤W't,max
- P-t≤ ∑n=1NηcPct, n-Pdt, nηd≤ P-t

式中:Δt为共享储能交易品种出清的时间间隔; Pct, n、Pdt, n分别为用户n在t时段的充电功率权与放电功率权; ηc、ηd分别为充放电效率; Wt, N为与功率权相关的储能电量; W't,max、W't,min分别为与功率权相关的储能电量上下限;P-t为与功率权相关的充电功率上限.

2.1.2 容量使用权

容量使用权是指用户在特定时间内可使用固定容量储能的权力.由于用户购买容量使用权后,在购买容量范围内的充放电功率可以柔性调节,虽导致其充放电时长具有不确定性,但灵活性较好,因此比较适用于存在储能独立操作需求的用户,如安装屋顶光伏等可再生能源或有较多柔性可调负荷的用户,通过为电网提供辅助服务等来提高收益.文献[41]中设计了以储能容量使用权为标的物的可交易能源容量合约机制,售电商可通过租赁储能容量权的形式获得一定时间内的储能控制权,并基于激励相容原则实现售电商与分布式储能二者的帕累托改进;文献[16]中提出了一种客户侧分布式储能点对点共享模式运营机制,共享储能运营商可完成客户侧分布式储能统一调度,响应电网辅助服务指令,并根据实际出力情况将相应的补偿费用分配给分布式储能主体.目前,青海已率先开展共享储能调峰辅助服务,通过多方竞价方式拓宽共享储能市场化交易规模,实现储能装置利用率和新能源消纳的最大化[41-42].

当有N个用户在时段[t,t']购买容量使用权时,其相应的储能约束可以表示为

Wt, m=Wt', m=W0, m
Wτ,m=Wτ-1,m+ηcqcτ, m- qdτ, m/ηd, τ∈[t+1, t'-1]
0≤Wτ,m≤ Qft, t', m, τ∈[t+1, t'-1]
- P-'τ,m≤ηcqcτ, m- qdτ, m/ηd≤ P-'τ,m, τ∈[t+1, t'-1]
qcτ, m, qdτ, m>0, τ∈[t+1, t'-1]

根据容量权在全部可用容量的占比确定充电功率上限的计算方法:

P-'τ,m=PmaxQft, t', m/(Wmax-Wmin), τ∈[t+1, t'-1]

式中: Qft, t', m为用户m在时段t的容量权;Wt, m为用户m在时段t行使容量权时对应的储能电量;qcτ, m、qdτ, m分别为用户m在τ时段行使容量权时的充、放电功率;W0, m为用户m行使容量权时对应的储能电量的初值;P-'τ, m为用户m在τ时段行使容量权时的充电功率上限;Wmax、Wmin分别为储能电量的上、下限;Pmax为储能的充放电功率上限.

表2总结了两种交易品种的优缺点和应用场景.

表2   功率使用权和容量使用权的对比与总结

Tab.2  Comparison and summary of power use right and capacity use right

交易品种实体资源分配优点缺点应用场景
功率使用权充电/放电功率+对应的容量和初始能量各时段储能充放电功率固定,便于安排控制策略和发电计划灵活性差适用于未安装可再生能源装置或柔性负荷较少的用户,在已知电网峰谷电价的情况下,实现峰谷套利
容量使用权容量+对应的充电/放电功率和初始能量各时段储能容量固定,充放电功率可灵活调整各时段储能充放电功率不固定,不确定性大适用于存在储能独立操作需求的用户,如安装屋顶光伏等可再生能源或有较多柔性可调负荷的用户,通过为电网提供辅助服务等来提高收益

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2.2 共享储能的运行结构

在储能设备投资成本高、资源利用率低的困境下,可依托现有储能资源或新建储能设备形成共享储能.因此按照储能资源的归属划分共享储能的结构,分为私有储能共享结构和公共储能共享结构.

2.2.1 私有储能共享结构

私有储能共享结构下的储能设备归用户所有,一般来说不存在第三方主体(如聚合商)对分布广、规模小的储能设备进行集中管理,而由用户独立操作各自的储能设备,并与其他客户共享储能资源.私有储能共享结构示意图如图5所示.

图5

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图5   私有储能共享结构示意图

Fig.5   Diagram of structure of private shared energy storage


(1) 电力共享模式(私有储能共享模式).当进行电力共享时,储能不是共享资源,而是作为用户可操作的灵活资源的一部分,支撑能量交换的实现,因此,这种模式也可成为私有储能共享模式.该场景下的共享储能具有类似于“可交易能源”(transactive energy)的行为,即用户可以利用储能设备的空闲功率进行交易,当每个用户的储能都与他人共享电力时,其交易量相当于共享储能,但此模式与可交易能源存在一定的区别,如表3所示.

表3   电力共享模式与可交易能源的对比

Tab.3  Comparison of electricity sharing modes and transactive energy

类型实体拥有者地理位置储能基本理论
私有储能共享结构终端用户社区、配电网要求共享经济
可交易能源终端用户、配电系统运营商、微网/聚合商社区、配电网、输电网不强制共享经济

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该模式下,需要制定有效的运行策略来协调用户之间的能量交换.文献[43]中提出了一种基于合作博弈的激励机制来刺激安装有储能的微电网群进行能源交易,并实现公平的利益分配;文献[44]中建立了一个点对点能源交易市场环境下的混合整数线性规划模型,以优化具备屋顶光伏-储能电池系统的多个家庭用户的经济效益.由于该模式下每个用户都需要安装储能设备, 所以需要根据用户需求和交易情况,确定合适的储能规模,在满足用户存储需求的同时降低其投资成本,文献[45]中提出了一种考虑集中竞价和用户主导这两种P2P交易模式下的分布式储能双层优化配置模型, 从而最小化储能投资成本,得到最优配置方案和相应的储能出力曲线.但该结构依旧存在不可忽视的弱点,用户人均配备储能设备不仅投资成本和运维成本高,对于空间需求也比较大,因此该结构不适合共享储能的长期发展.

(2) 资源再分配模式.资源再分配模式下,通过对用户储能设备所有权进行再分配实现储能资源的容量共享.当进行容量共享时,用户的储能设备相互连接,用户根据实际需求调整共享的储能容量.由于储能容量共享的灵活性,可以大大提高用户储能资源利用率,但仍受到每个用户均需安装储能设备的限制.特斯拉的“Connected Solution”互联解决方案[46]作为该结构下的典型应用,将全州类似于“Powerwall”动力墙的备用电源设备整合形成虚拟发电厂,以建立一个更强大、更清洁的电网;就特斯拉电动汽车充电站而言,储能由多个充电器共享,以便在高峰时期更快为汽车充电或减少对电网的依赖.在资源再分配模式下,用户有机会通过容量重新分配来扩展可供使用的储能容量,与独立用储能相比,共享可以减少用户需要的储能总容量.文献[47]中提出一种基于非合作博弈的共享储能框架,将地理上分布广散的储能单元连接起来,允许储能单元相互间交换储能容量,储能所有者可自行决定出售的最大容量,从而最大化反映能源交易收入和伴随成本之间的权衡的效用.

2.2.2 公共储能共享结构

公共储能共享结构一般是指由社区或共享储能运营商所投资运营的大容量储能装置,用户自身并不拥有任何的储能设备,而是通过向共享储能运营商租赁储能设备的功率和容量使用权.在该结构下,用户完全节省了储能设备的投资建设成本,并且可以按照自身需求的变化灵活选择储能容量的大小,避免用户为使用储能设备而陷入初期投资成本大、维护费用高和升级改造难的困境.与此同时,由于不同用户的行为习惯和负荷曲线存在互补特性,共享储能运营商可利用用户特性的规模化效应,针对性地为用户提供个性化储能服务,可以提供远大于储能装置额定容量的储能服务.文献[48]中系统描述了公共储能共享结构的框架图,为实现该架构应配套运营商与用户间的有效互动机制,对外促进交易的达成、价格的制定,对内实现储能容量的分配与控制;文献[26]中提出了一种基于邻域网激励相容的共享储能能量交易框架,作为一种基于Stackelberg博弈的新型的能源交易系统,可用于包括共享储能提供商、非可调度发电用户和电力零售商的社区区域网络的需求侧管理,实现运营商和用户的效益最大化.公共储能共享结构包括社区储能模式和云储能模式,其结构示意图如图6所示.

图6

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图6   公共储能共享结构示意图

Fig.6   Diagram of structure of public SES


(1) 社区储能.常规的社区储能模式是指同一供电区域下的用户集资投建储能设备,并交由共享储能运营商统一管理,可以对“社区”内的公共设施进行供电,最终实现电价套利.一般情况下,社区储能也可以是多用户储能互联下的资源再分配模式[14],在此不多讨论.常规社区储能模式下,可将储能资源的控制策略分为两种.一种是事先确定好分配给每个用户的容量,由用户自行操作对应的储能模块,但这种情况下不实现用户间能量共享,可视为资源分配问题.文献[36]中提出了一种基于组合拍卖的多用户储能资源分配方法,利用完全多项式时间近似方案(FPTAS)解决NP-hard winner的确定问题;文献[24]中基于定期组织拍卖设计了多参与者的动态分配机制,通过竞争获得共享资源的使用权,并按使用付费而不必做出长期投资承诺.另一种策略是由聚合控制器协调社区用户间的容量分配和功率分配,以达到控制目标最优.文献[49]中设计了储能聚合器多目标优化模型,通过最小化成本和能源组合的二氧化碳排放,最终实现能源套利.

(2) 云储能.云储能作为公共储能共享结构的典型模式,可以综合利用集中式的储能设施或聚合分布式的储能资源为用户提供储能服务,通过将原本分散在用户侧的电化学储能、机械储能等装置集中到云端,用云端的虚拟储能容量来代替用户侧的实体储能.云储能将用户原本独立的储能充放电决策转移至云储能平台,用户可以直观感受储能充放电,从而增加用户的参与程度.同时,云储能提供商把原本分散在各个用户处的储能装置集中起来,通过统一建设、统一调度、统一维护,以更小的成本为用户提供更好的储能服务.文献[22]中提出了一种云储能运营商和消费者的投资和运营决策,结果表明,云储能作为一种网格级的储能资源共享池,可以以较低的成本提供储能服务,从而使消费者受益,而自身通过规模经济实现获利;文献[50]中提出了一种基于云储能技术的点对点能源共享与协调机制,以有效提高可再生能源的渗透率;文献[51]中针对虚拟住宅微电网开发了一种基于云储能的新型高效双层能量管理系统,通过提供包括可再生能源发电和储能在内的能源服务,帮助云用户获得可再生能源发电和储能的月度最优容量配置方案.

2.2.3 共享储能结构总结与对比

依据储能实体资源拥有者的不同,将共享储能结构划分为私有储能共享结构和公共储能共享结构,且每种结构下又各自细分为两种不同的共享模式.私有储能共享结构的储能资源归独立用户所有,根据交易品种的不同可细分为电力共享模式和资源再分配模式;公共储能共享结构的储能资源归于集体或共享储能运营商,为所有用户共享,根据服务范围和服务对象的不同可再细分为社区储能模式和云储能模式.表4总结了两种结构的优缺点和应用场景.

表4   私有储能共享结构与公共储能共享结构的对比

Tab.4  Comparison of private and public SES structures

结构模式实体拥有者交易品种第三方运营商优缺点应用场景
私有储能共享结构电力共享模式独立用户能量无利用储能空闲能量进行交易,实现隐私保护;但仅限能量交易,储能设备利用率提高有限,且要求每个用户都配备储能设施适用于用户数量较少且用户均配置了储能的能源交易场景
资源再分配模式(特斯拉)独立用户容量使用权(包括初始能量)虚拟聚合器用户可自行调整可供共享的功率及容量,从而提高储能设备利用率;但仍要求每个用户都配备储能设施,且效益分配具有一定难度适用于用户数量较多且用户均配置了储能的容量共享场景
公共储能共享结构社区储能模式所有用户集资投建并共享功率使用权+
容量使用权		均可用户无需自行配备储能设施,但需出资投建公共储能设备,成本、效益分配具有一定难度适用于邻近范围内的社区、楼宇
云储能模式共享储能运营商集资投建功率使用权+
容量使用权		有用户无需自行配备或投资建设储能设施,可按需购买储能服务;共享储能运营商可利用规模经济、需求互补性等盈利,但在储能规模的配置上难度较大不仅适用于邻近范围内的社区、楼宇,也适用于广域范围上的用户、微网、配网系统运营商

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3 共享储能工程示范项目

共享储能示范项目最早可追溯于2009年德国一个名为“Econamic Grid”的项目,该项目首次提出“Free Lunch”的概念,通过共享负荷侧分布式光伏储能系统,实现参与用户获得免费电能奖励.随后在德国、澳大利亚和加拿大等地,以社区储能为代表的负荷侧储能共享模式逐渐兴起,这些项目的规模最小为一栋多单元楼宇用户,最大可延展至一个拥有千户居民的村庄.与此同时,项目用途也存在差异,大部分示范项目从提高可再生能源利用率的角度,为用户带来低成本甚至零成本用电,也有项目将储能作为意外停电的后备保护.随着时间推移,近年来共享储能示范项目的应用场景开始由负荷侧向电源侧和电网侧转移,共享储能开始成为一种参与电力系统调峰调频辅助服务的手段.西班牙的“Barásoain’s pilot”项目采用储能共享技术,实现风电厂出力高峰时段完全消纳;中国青海共享储能项目则是中国首个共享储能参与调峰辅助服务市场的试点.

总体来说,共享储能示范工程的实施对新能源消纳和提升社会福利具有显著效果.从经济性角度而言,共享储能示范工程提升了可再生能源利用率,降低了电力企业与电力设备投资成本;与此同时,类似社区共享储能的模式也改善了配网侧电能供需问题,进一步降低用户侧的用电成本.从安全性角度而言,共享储能示范工程大幅提升了当地电力系统灵活性,通过能量共享促进系统削峰填谷和有功频率实时平衡,极大增强了电力系统的安全稳定性.表5为近年来世界范围内共享储能示范工程的详细情况.

表5   共享储能工程示范项目

Tab.5  Demonstration projects of SES engineering

项目名称国家公司时间规模类型特色
EconamicGrid[52]德国SENEC.IES2009年超过6000个储能系统负荷侧分布式光伏+储能帮助2000个参与项目的用户获取“免费电力”
青海共享储能[53]中国国家电网公司2019年2座储能电站,总容量为82 MW/164 MW·h电源侧/电网侧新能源+储能中国首个共享储能调峰辅助服务市场
Barásoain’s pilot
project[54]		西班牙Acciona energia2018年1个1 MW/0.39 MW·h的快速反应电池,1个自主性更强的慢速反应电池电源侧风电
厂+储能		采用独特的“Store-Chain”技术,使可再生资源在发电高峰期能被完全消纳
The Alkimos
Beach Trial[55]		澳大利亚Synergy2016年1.1 MW·h规模的锂离子储能装置社区共享储能澳大利亚第一个大规模社区电池储能
Epplas[56]德国Engie2015年16户居民,总容量为287 kW的光伏组件和1个容量为330 kW·h的电池储能系统社区共享储能项目用以缓冲该小村庄的尖峰负荷以及各类测试
Living Lab Walldorf[57]德国MVV Energie2015年40个家庭和企业组成,储能容量为100 kW·h社区共享储能整合了发电机组、光伏系统和热电联产机组
Smart Community Speyer[58]德国Stadtwerke Speyer,Japanese New Energy,Industrial Technology Development Organization2016年16个用户,1个储能系统,1个热泵社区共享储能设置了两组情况相同的建筑作为参照条件,测试共享储能带来的收益
Strombank[59]德国MVV Energy2015年1栋公寓住户,1个230 kW·h的储能系统社区共享储能用于公寓用户对电能的错峰储存和使用
White Gum Valley[60]澳大利亚Power Ledger2017年1个strata company(与各家庭签订输电协定),多个用户及其自身光伏储能系统社区共享储能通过strata company来统一规范管理用户储能和光伏系统的使用权
Quartierspeicher Weinsberg[61]德国Kaco new energy2013年6栋独户住宅、1栋连体公寓、10栋联排住宅、1栋5户连体公寓社区共享储能共享储能系统与当地的供暖网络、联合热电厂和热泵连接在一起
ComEd’s Community Energy Storage (CES)[62]美国Commonwealth Edison Company2017年25 kW·h的锂离子电池储能系统社区共享储能该项目主要用于紧急情况下提供电力保障
Affordable Student Housing[63]澳大利亚Stucco2015年1栋多单元住宅,安装有太阳能电池板和电池网络社区共享储能该项目为澳大利亚第一个实现太阳能电池板和电池网络的能源共享型多单元住宅,实现用户80%的电能自给率

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4 讨论与展望

共享储能作为推广储能落地应用的重要手段,其发展还存在一定限制,未来亟需从以下3个方面完善共享储能关键技术.

(1) 信息-物理-社会系统视角下的共享储能优化运行.共享储能运营系统属于典型的信息-物理-社会系统.在物理域,共享储能需要对分散式储能资源进行“聚合”、调控或对集中式储能进行优化管理.与此同时,共享储能运营商与电网/用户的互动需要考虑电力系统的实际运行情况,保证电网的安全稳定运行.在社会域,共享储能的成功运营需要建立在合理的市场机制与定价方法、用户行为与意愿的精准量化等基础上,通过经济手段实现资源的高效配置和使用;在信息域,随着物联网的快速发展,大量数据可以为共享储能的运行决策提供依据,另一方面,5G通信等也为共享储能的信号传递提供了技术支撑.信息-物理-社会系统视角下的共享储能优化运营是一个涉及多学科的交叉领域,如何通过跨学科的交叉研究实现共享储能的高效运营,是共享储能未来的重要研究方向之一.

(2) 考虑多类型储能的广义共享储能聚合与控制.共享储能现有研究中多聚焦于常规实体储能的配置与共享,纵然“共享”能够极大提高设备利用率,并在一定程度上缩减了储能容量配置规模,但鉴于储能设备配置的高昂成本,如何挖掘现有储能资源从而进一步降低共享储能配置成本是未来研究重点;另一方面,用户侧存在大量可调广义储能资源,包括空调、电动汽车、相变储能、基站备用储能等,其资源体量大、分布范围广,缺乏挖掘和统一调用的手段.因此,未来可进一步设计考虑多类型储能的广义共享储能聚合与控制方法,解决用户侧广义储能资源模型精度低、物理参数难以获取、集中调控带来的隐私泄漏和通信费用高、成本疏导不畅等难题,实现共享储能成本降低和用户侧储能效益提高的双赢目标.

(3) 面向多元化场景的共享储能联合运营机制.“双碳”目标下,储能将迎来全面市场化和规模化发展环境,随着市场的开放与政策的制定,储能可作为独立主体参与到电力市场中,其所能提供的市场服务、面对的服务对象、作用的时间颗粒度都将呈现多元化趋势,而目前共享储能的应用场景主要是为用户提供分时套利服务、为电网提供调峰辅助服务、缓解电网投资等,多局限于单一服务对象、单一服务类型或单一时间尺度,当前运营机制将无法满足和适应未来实际复杂的应用需求.因此,亟需研究和设计面向多元化场景的共享储能联合运营机制,考虑共享储能如何在不同时间尺度下同时为用户和电网提供分时套利、调峰调频等多种服务,在均衡多收入流的基础上完成储能功率、容量多维耦合参数的分配,为实现共享储能商业化、规模化发展提供可复制的运营模式.

5 结语

共享储能是共享经济在储能领域的典型应用,能够助力电力系统向“低碳”转型,是新型电力系统的重要发展模式之一.对共享储能的商业模式、产品及运行架构、工程应用3个方面进行总结,并讨论其未来的研究方向.共享储能能够充分利用现有的储能资源,利用其“所有权”和“使用权”的分离达到“储能复用”的效果,发展前景广阔.

参考文献

SINSEL S R, RIEMKE R L, HOFFMANN V H.

Challenges and solution technologies for the integration of variable renewable energy sources—A review

[J]. Renewable Energy, 2020, 145: 2271-2285.

[本文引用: 1]

SONG M, NEJAD R R, SUN W.

Robust distribution system load restoration with time-dependent cold load pickup

[J]. IEEE Transactions on Power Systems, 2021, 36(4): 3204-3215.

[本文引用: 1]

SUN Y S, ZHAO Z X, YANG M, et al.

Overview of energy storage in renewable energy power fluctuation mitigation

[J]. CSEE Journal of Power and Energy Systems, 2019, 6(1): 160-173.

[本文引用: 1]

NGUYEN H T, MUHS J W, PARVANIA M.

Assessing impacts of energy storage on resilience of distribution systems against hurricanes

[J]. Journal of Modern Power Systems and Clean Energy, 2019, 7(4): 731-740.

[本文引用: 1]

NAZEMI M, MOEINI-AGHTAIE M, FOTUHI-FIRUZABAD M, et al.

Energy storage planning for enhanced resilience of power distribution networks against earthquakes

[J]. IEEE Transactions on Sustainable Energy, 2020, 11(2): 795-806.

[本文引用: 1]

SONG M, MENG J, LIN G J, et al.

Applications of shared economy in smart grids: Shared energy storage and transactive energy

[J]. The Electricity Journal, 2022, 35(5): 107128.

[本文引用: 1]

MARTIN C J.

The sharing economy: A pathway to sustainability or a nightmarish form of neoliberal capitalism?

[J]. Ecological Economics, 2016, 121: 149-159.

[本文引用: 1]

SONG M, CAI Y F, GAO C W, et al.

Transactive energy in power distribution systems: Paving the path towards cyber-physical-social system

[J]. International Journal of Electrical Power & Energy Systems, 2022, 142: 108289.

[本文引用: 1]

STORME T, CASIER C, AZADI H, et al.

Impact assessments of new mobility services: A critical review

[J]. Sustainability, 2021, 13(6): 3074.

[本文引用: 1]

PHUA V C.

Perceiving Airbnb as sharing economy: The issue of trust in using Airbnb

[J]. Current Issues in Tourism, 2019, 22(17): 2051-2055.

DOI:10.1080/13683500.2018.1440539      [本文引用: 1]

Airbnb is a growing business and has received much research attention. However, no research has specifically examined complaints against Airbnb. Understanding complaints serves not as a way to help improve services but provides an insight into guests' perception of the Airbnb. I examined 664 reviews on sitejabber.com to study the common complaints and whether they are related to the perception that Airbnb is sharing economy. Using a grounded theory approach, I performed a content analysis of complaints. Besides customer service and technology challenges, one major complaint against Airbnb is their faded trust through their experiences.

乔英俊, 纪雪洪.

发展共享汽车推动汽车强国建设

[J]. 中国工程科学, 2018, 20(1): 120-126.

[本文引用: 1]

QIAO Yingjun, JI Xuehong.

Developing car sharing to promote an automobile power strategy

[J]. Engineering Science, 2018, 20(1): 120-126.

[本文引用: 1]

KALATHIL D, WU C Y, POOLLA K, et al.

The sharing economy for the electricity storage

[J]. IEEE Transactions on Smart Grid, 2019, 10(1): 556-567.

[本文引用: 5]

SCHÖN O.

Business model modularity—A way to gain strategic flexibility?

[J]. Controlling & Management, 2012, 56(2): 73-78.

[本文引用: 1]

TUSHAR W, CHAI B, YUEN C, et al.

Energy storage sharing in smart grid: A modified auction-based approach

[J]. IEEE Transactions on Smart Grid, 2016, 7(3): 1462-1475.

[本文引用: 7]

WANG Z M, GU C H, LI F R.

Flexible operation of shared energy storage at households to facilitate PV penetration

[J]. Renewable Energy, 2018, 116: 438-446.

[本文引用: 4]

刘娟, 邹丹平, 陈毓春, 等.

“互联网+”的客户侧分布式储能P2P共享模式运营机制及效益探讨

[J]. 电网与清洁能源, 2020, 36(4): 97-105.

[本文引用: 5]

LIU Juan, ZOU Danping, CHEN Yuchun, et al.

Discussions on operation mechanism and benefits of customer-side distributed energy storage P2P sharing mode of “Internet +”

[J]. Advances of Power System & Hydroelectric Engineering, 2020, 36(4): 97-105.

[本文引用: 5]

WANG Z M, GU C H, LI F R, et al.

Active demand response using shared energy storage for household energy management

[J]. IEEE Transactions on Smart Grid, 2013, 4(4): 1888-1897.

[本文引用: 2]

陈玥, 刘锋, 魏韡, 等.

需求侧能量共享:概念、机制与展望

[J]. 电力系统自动化, 2021, 45(2): 1-11.

[本文引用: 3]

CHEN Yue, LIU Feng, WEI Wei, et al.

Energy sharing at demand side: Concept, mechanism and prospect

[J]. Automation of Electric Power Systems, 2021, 45(2): 1-11.

[本文引用: 3]

康重庆, 刘静琨, 张宁.

未来电力系统储能的新形态: 云储能

[J]. 电力系统自动化, 2017, 41(21): 2-8.

[本文引用: 4]

KANG Chongqing, LIU Jingkun, ZHANG Ning.

A new form of energy storage in future power system: Cloud energy storage

[J]. Automation of Electric Power Systems, 2017, 41(21): 2-8.

[本文引用: 4]

薛金花, 叶季蕾, 许庆强, 等.

客户侧分布式储能消纳新能源的互动套餐和多元化商业模式研究

[J]. 电网技术, 2020, 44(4): 1310-1316.

[本文引用: 1]

XUE Jinhua, YE Jilei, XU Qingqiang, et al.

Interactive package and diversified business mode of renewable energy accommodation with client distributed energy storage

[J]. Power System Technology, 2020, 44(4): 1310-1316.

[本文引用: 1]

ZHAO D W, WANG H, HUANG J W, et al.

Virtual energy storage sharing and capacity allocation

[J]. IEEE Transactions on Smart Grid, 2020, 11(2): 1112-1123.

[本文引用: 2]

LIU J K, ZHANG N, KANG C Q, et al.

Decision-making models for the participants in cloud energy storage

[J]. IEEE Transactions on Smart Grid, 2018, 9(6): 5512-5521.

[本文引用: 3]

孙偲, 郑天文, 陈来军, 等.

基于组合双向拍卖的共享储能机制研究

[J]. 电网技术, 2020, 44(5): 1732-1739.

[本文引用: 3]

SUN Cai, ZHENG Tianwen, CHEN Laijun, et al.

Energy storage sharing mechanism based on combinatorial double auction

[J]. Power System Technology, 2020, 44(5): 1732-1739.

[本文引用: 3]

BRIJS T, HUPPMANN D, SIDDIQUI S, et al.

Auction-based allocation of shared electricity storage resources through physical storage rights

[J]. Journal of Energy Storage, 2016, 7: 82-92.

[本文引用: 4]

ZAIDI B H, BHATTI D M S, ULLAH I.

Combinatorial auctions for energy storage sharing amongst the households

[J]. Journal of Energy Storage, 2018, 19: 291-301.

[本文引用: 3]

MEDIWATHTHE C P, SHAW M, HALGAMUGE S, et al.

An incentive-compatible energy trading framework for neighborhood area networks with shared energy storage

[J]. IEEE Transactions on Sustainable Energy, 2020, 11(1): 467-476.

[本文引用: 8]

刘继春, 陈雪, 向月.

考虑共享模式的市场机制下售电公司储能优化配置及投资效益分析

[J]. 电网技术, 2020, 44(5): 1740-1750.

[本文引用: 4]

LIU Jichun, CHEN Xue, XIANG Yue.

Optimal sizing and investment benefit analysis for energy storage of electricity retailers under market mechanisms considering shared mode

[J]. Power System Technology, 2020, 44(5): 1740-1750.

[本文引用: 4]

李咸善, 解仕杰, 方子健, 等.

多微电网共享储能的优化配置及其成本分摊

[J]. 电力自动化设备, 2021, 41(10): 44-51.

[本文引用: 3]

LI Xianshan, XIE Shijie, FANG Zijian, et al.

Optimal configuration of shared energy storage for multi-microgrid and its cost allocation

[J]. Electric Power Automation Equipment, 2021, 41(10): 44-51.

[本文引用: 3]

YANG Y, HU G Q, SPANOS C J.

Optimal sharing and fair cost allocation of community energy storage

[J]. IEEE Transactions on Smart Grid, 2021, 12(5): 4185-4194.

[本文引用: 5]

黄铖, 刘海涛, 马丙泰, 等.

基于纳什谈判的共享储能电站优化运行研究

[J]. 电力建设, 2022, 43(2): 1-9.

DOI:10.12204/j.issn.1000-7229.2022.02.001      [本文引用: 4]

可再生能源的消纳推动着储能技术的发展,共享储能因其分散性特征得到了广泛的关注。在共享储能优化调度中,面临多主体之间的利益分配问题,因此提出一种基于纳什谈判理论的共享储能电站运行优化方法。文章构建了共享储能电站及工业用户的联合模型,基于纳什谈判理论建立各运营主体的合作运行模型,根据均值不等式将此非凸非线性问题等效为系统收益最大化和电能交易支付谈判2个子问题,采用交替方向乘子法(alternating direction method of multipliers, ADMM)对其进行分布式求解。算例选取3家典型工业用户参与的共享储能联合系统,通过合作谈判前后对比分析,得出所提优化方法可以有效提高各主体的效益,同时促进新能源的消纳。

HUANG Cheng, LIU Haitao, MA Bingtai, et al.

Research on optimal operation of shared energy-storage power station applying Nash negotiation

[J]. Electric Power Construction, 2022, 43(2): 1-9.

DOI:10.12204/j.issn.1000-7229.2022.02.001      [本文引用: 4]

The consumption of renewable energy promotes the development of energy storage technology. Shared energy storage has attracted extensive attention because of its decentralized characteristics. In the optimal scheduling of shared energy storage, there is a problem of benefit distribution among multiple subjects. Therefore, this paper proposes an operation optimization method for shared energy-storage power station applying Nash negotiation theory. In this paper, the joint model of shared energy-storage power station and industrial users is constructed, and the cooperative operation model of various operators is established according to Nash negotiation theory. According to the mean inequality, the non-convex nonlinear problem is equivalent to two sub-problems: system revenue maximization and power transaction payment negotiation, which are solved by alternating direction method of multipliers (ADMM). Through the comparative analysis before and after the cooperative negotiation, it is concluded that the optimization method used in this paper can effectively improve the benefits of each subject and promote the consumption of new energy.

PANKIRAJ J S, YASSINE A, CHOUDHURY S.

An auction mechanism for profit maximization of peer-to-peer energy trading in smart grids

[J]. Procedia Computer Science, 2019, 151: 361-368.

[本文引用: 2]

马云聪, 武传涛, 林湘宁, 等.

一种基于半分布式结构化拓扑的云储能点对点交易策略研究

[J]. 中国电机工程学报, 2022, 42(21): 7731-7746.

[本文引用: 2]

MA Yuncong, WU Chuantao, LIN Xiangning, et al.

Research on peer-to-peer transaction strategy of cloud energy storage based on semi-distributed structured topology

[J]. Proceedings of the CSEE, 2022, 42(21): 7731-7746.

[本文引用: 2]

李建林.

共享储能为青海新能源供应插上腾飞翅膀

[J]. 电气时代, 2020(2): 14-15.

[本文引用: 1]

LI Jianlin.

Sharing energy storage inserts soaring wings for Qinghai new energy supply

[J]. Electric Age, 2020(2): 14-15.

[本文引用: 1]

ZHANG W Y, WEI W, CHEN L J, et al.

Service pricing and load dispatch of residential shared energy storage unit

[J]. Energy, 2020, 202: 117543.

[本文引用: 3]

CHAKRABORTY P, BAEYENS E, POOLLA K, et al.

Sharing storage in a smart grid: A coalitional game approach

[J]. IEEE Transactions on Smart Grid, 2019, 10(4): 4379-4390.

[本文引用: 3]

XIE K, ZHONG W F, LI W J, et al.

Distributed capacity allocation of shared energy storage using online convex optimization

[J]. Energies, 2019, 12(9): 1642.

[本文引用: 4]

ZHONG W F, XIE K, LIU Y, et al.

Multi-resource allocation of shared energy storage: A distributed combinatorial auction approach

[J]. IEEE Transactions on Smart Grid, 2020, 11(5): 4105-4115.

[本文引用: 4]

CARLI R, DOTOLI M, JANTZEN J, et al.

Energy scheduling of a smart microgrid with shared photovoltaic panels and storage: The case of the Ballen marina in Sams?

[J]. Energy, 2020, 198: 117188.

[本文引用: 1]

SIOSHANSI R.

Welfare impacts of electricity storage and the implications of ownership structure

[J]. The Energy Journal, 2010, 31(2): 173-198.

[本文引用: 2]

XIAO J W, YANG Y B, CUI S C, et al.

A new energy storage sharing framework with regard to both storage capacity and power capacity

[J]. Applied Energy, 2022, 307: 118171.

[本文引用: 2]

王克道, 陈启鑫, 郭鸿业, 等.

面向可交易能源的储能容量合约机制设计与交易策略

[J]. 电力系统自动化, 2018, 42(14): 54-60.

[本文引用: 2]

WANG Kedao, CHEN Qixin, GUO Hongye, et al.

Mechanism design and trading strategy for capacity contract of energy storage towards transactive energy

[J]. Automation of Electric Power Systems, 2018, 42(14): 54-60.

[本文引用: 2]

董凌, 年珩, 范越, 等.

能源互联网背景下共享储能的商业模式探索与实践

[J]. 电力建设, 2020, 41(4): 38-44.

[本文引用: 1]

DONG Ling, NIAN Heng, FAN Yue, et al.

Exploration and practice of business model of shared energy storage in energy Internet

[J]. Electric Power Construction, 2020, 41(4): 38-44.

DOI:10.3969/j.issn.1000-7229.2020.04.005      [本文引用: 1]

Reasonable allocation of energy storage system is an effective way to solve the problem of renewable energy accommodation in Northeast， North， and Northwest China. First， the development status of energy storage industry in China is analyzed. The business mode of shared energy storage is proposed for renewable energy accommodation. Under the background of energy internet， the application prospect of blockchain technology in shared energy-storage transaction is discussed. On the basis of the practical case of sharing energy-storage transaction in Qinghai province， the feasibility and problems of sharing energy-storage transaction are analyzed. Suggestions are put forward for the development of shared energy storage in China.

WANG H, HUANG J W.

Incentivizing energy trading for interconnected microgrids

[J]. IEEE Transactions on Smart Grid, 2018, 9(4): 2647-2657.

[本文引用: 1]

NGUYEN S, PENG W, SOKOLOWSKI P, et al.

Optimizing rooftop photovoltaic distributed generation with battery storage for peer-to-peer energy trading

[J]. Applied Energy, 2018, 228: 2567-2580.

[本文引用: 1]

夏元兴, 徐青山, 黄煜, 等.

端对端交易场景下配电网分布式储能的优化配置

[J]. 电力系统自动化, 2021, 45(14): 82-89.

[本文引用: 1]

XIA Yuanxing, XU Qingshan, HUANG Yu, et al.

Optimal configuration of distributed energy storage for distribution network in peer-to-peer transaction scenarios

[J]. Automation of Electric Power Systems, 2021, 45(14): 82-89.

[本文引用: 1]

TESLA.

Earn cash from your Powerwall and create a cleaner, stronger grid

[EB/OL]. (2020-01-01) [2022-09-01]. https://www.tesla.com/connectedsolutions.

URL     [本文引用: 1]

WANG Y P, SAAD W, HAN Z, et al.

A game-theoretic approach to energy trading in the smart grid

[J]. IEEE Transactions on Smart Grid, 2014, 5(3): 1439-1450.

[本文引用: 1]

LIU J K, ZHANG N, KANG C Q, et al.

Cloud energy storage for residential and small commercial consumers: A business case study

[J]. Applied Energy, 2017, 188: 226-236.

[本文引用: 1]

TERLOUW T, ALSKAIF T, BAUER C, et al.

Multi-objective optimization of energy arbitrage in community energy storage systems using different battery technologies

[J]. Applied Energy, 2019, 239: 356-372.

[本文引用: 1]

ZHOU Y L, CI S, LIN N, et al.

Distributed energy management of P2P energy sharing in energy Internet based on cloud energy storage

[C]// Proceedings of the Ninth International Conference on Future Energy Systems. New York, USA: ACM, 2018: 173-177.

[本文引用: 1]

LI S L, ZHU J Z, CHEN Z Y, et al.

Double-layer energy management system based on energy sharing cloud for virtual residential microgrid

[J]. Applied Energy, 2021, 282: 116089.

[本文引用: 1]

ALLE.

Gratis-Strom Speicherbetreiber dank econamic grid

[EB/OL]. (2014-02-19)[2022-09-01]. https://www.haus.co/magazin/gratis-strom-fuer-speicherbetreiber-dank-econamic-grid/.

URL     [本文引用: 1]

ZENERGY.

China’s first domestic market share storage power station operators to start building

[EB/OL]. (2020-01-09)[2022-09-01]. https://www.zenergytech.com/news/first-domestic-market-storage-power.html.

URL     [本文引用: 1]

Michael McGovern.

Wind-to-battery aids Acciona integration commitment

[EB/OL]. (2018-01-02)[2022-09-01]. https://www.windpowermonthly.com/article/1453181/wind-to-battery-aids-acciona-integration-commitment.

URL     [本文引用: 1]

SYNERGY.

Alkimos Beach energy trial

[EB/OL]. (2020-03-12)[2022-09-01]. https://www.synergy.net.au/Our-energy/For-tomorrow/Previous-projects-and-trials/Alkimos-Beach-Energy-Storage-Trial.

URL     [本文引用: 1]

COLTHORPE A.

Pumped hydro and batteries combine at Engie’s new Bavaria project

[EB/OL]. (2018-05-31)[2022-09-01]. https://www.energy-storage.news/pumped-hydro-and-batteries-combine-at-engies-new-bavaria-project/.

URL     [本文引用: 1]

VORLESEN.

Projekt: Living Lab Walldorf

[EB/OL]. (2021-03-21)[2022-09-01]. https://um.baden-wuerttemberg.de/de/umwelt-natur/nachhaltigkeit/nachhaltige-digitalisierung/projekte/living-lab-walldorf/.

URL     [本文引用: 1]

ECOS.

Smart Community Project Speyer

[EB/OL]. (2015-09-17)[2022-09-01]. https://www.ecos.eu/en/services/project-management/smart-community-project-in-speyer.html.

URL     [本文引用: 1]

CAKE A.

Mannheim becomes one of the world’s smartest cities

[EB/OL]. (2015-09-22)[2022-09-01]. https://www.theneweconomy.com/business/mannheim-becomes-one-of-the-worlds-smartest-cities.

URL     [本文引用: 1]

MALANE N.

The carbon positive living lab: White Gum Valley

[EB/OL]. (2018-06-10)[2022-09-01]. https://www.curtin.edu.au/news/carbon-positive-living-lab-white-gum-valley/.

URL     [本文引用: 1]

KACO.

KACO new energy implements solar energy supply for flagship project

[DB/OL]. (2013-01-24)[2022-09-01]. https://www.pv-magazine.com/press-releases/kaco-new-energy-implements-solar-energy-supply-for-flagship-project_10009935/.

URL     [本文引用: 1]

COMED.

ComEd conducting illinois’ first community energy storage pilot

[EB/OL]. (2017-03-16)[2022-09-01]. https://www.comed.com/News/Pages/NewsReleases/2017_03_16.aspx.

URL     [本文引用: 1]

STUCCO.

Stucco affordable student housing

[EB/OL]. (2015-12-30)[2022-09-01]. http://www.stucco.org.au/solar/.

URL     [本文引用: 1]

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