基于最优DETA蓄电池储能系统的香港城市能源韧性建模研究
发布时间：2026-06-29 09:48:00 点击： 次
气候改变与极点气候事情正对城市电力体系构成威胁，导致区域性电力缺少。为提高城市电力体系在气候改变布景下的耐性，光伏（光伏）与battery energy storage systems电池储能体系（BESS）关于在断电期间维持自给电力至关重要。然而，当归纳考虑安全性、动力灵敏性、可及性和动力耐性等多重规范时，BESS的最佳装置方位与容量装备仍存在不确认性。本研讨提出了一种新办法，即结合地舆信息体系（GIS）、多准则决议计划（MCDM）以及容量限制型p中值问题，以确认BESS的最优装置方位与容量分配计划。该办法全面考量了地舆条件（如斜度、土地使用、开放空间）、安全性、动力灵敏性、可及性与动力耐性等要素，一起兼顾整个配电网的 粒度间歇性太阳能供给与不稳定的电力需求。该办法可指导未来气候改变及相关极点气候事情下，为完成动力耐性而进行的电池储能体系（BESS）最优选址与容量规划。结果标明，根据所提出的GIS-MCDM办法，适合的装置方位集中于油尖旺区中部及南部区域。随后研讨发现，具有最优装置方位与容量装备的BESS首要散布于电力需求较高且具有有利安全地舆条件的区域。相较于未采用GIS-MCDM的BESS布置计划，结合GIS-MCDM的最优布置计划将电力缺少量从13,184兆瓦时下降至12,931兆瓦时。一起，其最大电力缺少减少密度从176.04千瓦时/平方米提高至2提高至364.2千瓦时/平方米2，且电力缺少减少量超越100千瓦时/平方米的区域2从1.24×105扩展至2.17×102。本研讨为城市规范信息建模中的电池储能体系最优选址与容量装备提供了新办法，经过前沿技能指南助力体系规划者与城市规划者协同提高电网弹性5生存力2城市的电力体系在极点事情下的体现。power systems under extreme events.
应对气候改变带来的应战需要在诸多方面采取归纳性措施，尤其是在可再生动力管理战略方面。太阳能发电面临的首要问题之一是其对气候及气候要素导致的间歇性高度敏感，这种特性使其极易受极点气候事情影响，并削弱电力体系的耐性[7]。关于采用现场可再生动力的归纳修建产消者而言，气候改变不只会动态影响电力耗费，还将干扰现场可再生动力的供给。例如，从动力耗费视点来看，Moazami等学者[8]量化评价了修建在长时刻气候改变与极点气候条件下的功能体现。其研讨标明，典型数据库会轻视峰值读档，而极点气候将提高修建物的鲁棒性规划水平。Berardi与Jafarpur[9]探究了气候改变下制冷与供热读档的改变规律，事例研讨标明：温度上升将使采暖度日数下降30%，供暖能耗强度(EUI)下降18-33%，一起制冷EUI将增长15%-126%。Flores-Larsen等人[10]研讨了2020至2050年间气候改变对能耗的影响，得出结论：供暖能耗将以每年6.0-7.6千瓦时/平方米的速率递减2曩昔十年间，制冷能耗增长了1.7-8.4千瓦时/平方米2·十年间。从清洁动力供给视点，Feron等[11]经过全球气候模型（RCP4.5与RCP8.5）评价了光伏发电量的改变趋势。研讨发现，在夏日时段，阿拉伯半岛区域的光伏发电量估计到本世纪中叶将完成倍增，而同期南欧区域的光伏发电量或许缩减至一半水平——即便在中等排放情景下亦如此。Zhao等[12]根据中国区域降规范气候猜测数据，体系评价了气候改变对光伏动力潜力的影响。研讨结果标明，在RCP4.5和RCP8.5情景下，大多数研讨区域的光伏发电潜力或许呈现最高达6%的轻微下降。然而，在城市规范上，气候改变对电力需求改变与光伏发电量的影响没有被充分考虑，特别是针对不同修建类型与形态的差异化影响。这导致未考虑动力耐性的城市规划决议计划存在次优性问题，进而使得传统城市归纳动力战略的实施效果受限。
为应对这一危险，必须灵敏有用地布置电池储能体系（BESS），以完成快速充放电才能，并提供大规模存储容量以平抑不同地域和战略下的电力供给动摇[13,14]。已有研讨着重了BESS在电力体系中的布置重要性。例如，储能体系的布置可经过促进可再生动力并网、提高电力体系全体效率来助力碳减排[15,16]。此外，电池效率关于别离提高停电和极点风力条件下的动力耐性具有重要意义[17,18]。此种情境下电池储能体系（BESS）的中心方针是经过存储过剩光伏电力与电网电能来增强电网耐性。该存储能量可下降灾害期间的电力缺少危险，确保极点事情中要害负荷与根底服务的持续电力供给。经过可再生动力的高效使用，BESS有助于提高动力体系的稳定性与耐性，尤其在高危险场景中体现明显。然而，理论建模框架下的传统电池布置办法未能归纳考虑地舆条件（如斜度、土地使用、公共开放空间等）、安全性、动力灵敏性、可达性及动力耐性等要素，导致实践使用中的有用性不足。
根据地舆信息体系（GIS）的城域清洁动力供给与储能设备选址优化，能够归纳考虑地舆环境、地势特征、土地使用等多维要素，明显提高实践使用成效[19]与决议计划流程效率[20]。经过GIS空间剖析与建模技能完成的精准选址，可体系评价地质条件、交通可达性及区域动力需求等要害目标，然后确保计划的有用性与实践价值[20]。此外，地舆信息体系（GIS）可用于评价潜在危险并发动应急响应预案，然后提高整个电力体系的动力耐性[21]。研讨者已将该技能使用于清洁动力体系的选址规划。Alhamwi等[22]开发了根据GIS的渠道以优化城市区域散布式电池储能的装备布局。Wei等[23]提出了城市规范光伏布置决议计划模型，评价得出100%布置方针可完成20%的发电潜力。考虑到城市规范下的实践装置条件，该市6%的电力需求可经过光伏体系满足。Ren等[24]提出了一种融合三维地舆信息体系与深度学习的办法，用于解决高维屋顶光伏规划问题以及以最短出资回收期为方针的非线性光伏-储能体系容量优化问题。Zhou等[25]则建立了光伏充电站选址决议计划的实用模型，将地舆信息体系与多准则决议计划-应急响应预案制定办法相结合。作为清洁动力供给与终端用户需求间的中心储能环节，电池储能体系的有用装备不只需考虑地舆条件，还需统筹光伏体系、终端用户与本地电网之间的杂乱交互作用。电池布置的应战源于多主体间多向电力交互的杂乱性，尤其是面临大规模城市级信息时。构建具有高动力耐性的气候自适应光伏-储能体系（PV-BESS）关于指导城市规范的电池最优装置选址与容量装备至关重要。
根据上述文献综述，科学空白总结如下：
为添补已识别的科学空白，本研讨的研讨原创性与新颖性如下所示：
导言
气候改变已成为可持续发展方针面临的首要问题[1]，导致动力耗费增加与动力缺少危机[2,3]。动力耐性关于电力体系在未来气候改变危险及相关极点事情中维持运行至关重要[4,5]。为应对这些应战，高比例可再生动力渗透与高效动力使用是缓解气候改变、增强气候适应耐性的要害战略[6]。然而，如何确认清洁动力供给体系与高耐性电池储能体系的选址及规划计划，以抵御极点气候事情影响，仍是当前面临的严重应战。应对气候改变带来的应战需要在诸多方面采取归纳性措施，尤其是在可再生动力管理战略方面。太阳能发电面临的首要问题之一是其对气候及气候要素导致的间歇性高度敏感，这种特性使其极易受极点气候事情影响，并削弱电力体系的耐性[7]。关于采用现场可再生动力的归纳修建产消者而言，气候改变不只会动态影响电力耗费，还将干扰现场可再生动力的供给。例如，从动力耗费视点来看，Moazami等学者[8]量化评价了修建在长时刻气候改变与极点气候条件下的功能体现。其研讨标明，典型数据库会轻视峰值读档，而极点气候将提高修建物的鲁棒性规划水平。Berardi与Jafarpur[9]探究了气候改变下制冷与供热读档的改变规律，事例研讨标明：温度上升将使采暖度日数下降30%，供暖能耗强度(EUI)下降18-33%，一起制冷EUI将增长15%-126%。Flores-Larsen等人[10]研讨了2020至2050年间气候改变对能耗的影响，得出结论：供暖能耗将以每年6.0-7.6千瓦时/平方米的速率递减2曩昔十年间，制冷能耗增长了1.7-8.4千瓦时/平方米2·十年间。从清洁动力供给视点，Feron等[11]经过全球气候模型（RCP4.5与RCP8.5）评价了光伏发电量的改变趋势。研讨发现，在夏日时段，阿拉伯半岛区域的光伏发电量估计到本世纪中叶将完成倍增，而同期南欧区域的光伏发电量或许缩减至一半水平——即便在中等排放情景下亦如此。Zhao等[12]根据中国区域降规范气候猜测数据，体系评价了气候改变对光伏动力潜力的影响。研讨结果标明，在RCP4.5和RCP8.5情景下，大多数研讨区域的光伏发电潜力或许呈现最高达6%的轻微下降。然而，在城市规范上，气候改变对电力需求改变与光伏发电量的影响没有被充分考虑，特别是针对不同修建类型与形态的差异化影响。这导致未考虑动力耐性的城市规划决议计划存在次优性问题，进而使得传统城市归纳动力战略的实施效果受限。
为应对这一危险，必须灵敏有用地布置电池储能体系（BESS），以完成快速充放电才能，并提供大规模存储容量以平抑不同地域和战略下的电力供给动摇[13,14]。已有研讨着重了BESS在电力体系中的布置重要性。例如，储能体系的布置可经过促进可再生动力并网、提高电力体系全体效率来助力碳减排[15,16]。此外，电池效率关于别离提高停电和极点风力条件下的动力耐性具有重要意义[17,18]。此种情境下电池储能体系（BESS）的中心方针是经过存储过剩光伏电力与电网电能来增强电网耐性。该存储能量可下降灾害期间的电力缺少危险，确保极点事情中要害负荷与根底服务的持续电力供给。经过可再生动力的高效使用，BESS有助于提高动力体系的稳定性与耐性，尤其在高危险场景中体现明显。然而，理论建模框架下的传统电池布置办法未能归纳考虑地舆条件（如斜度、土地使用、公共开放空间等）、安全性、动力灵敏性、可达性及动力耐性等要素，导致实践使用中的有用性不足。
根据地舆信息体系（GIS）的城域清洁动力供给与储能设备选址优化，能够归纳考虑地舆环境、地势特征、土地使用等多维要素，明显提高实践使用成效[19]与决议计划流程效率[20]。经过GIS空间剖析与建模技能完成的精准选址，可体系评价地质条件、交通可达性及区域动力需求等要害目标，然后确保计划的有用性与实践价值[20]。此外，地舆信息体系（GIS）可用于评价潜在危险并发动应急响应预案，然后提高整个电力体系的动力耐性[21]。研讨者已将该技能使用于清洁动力体系的选址规划。Alhamwi等[22]开发了根据GIS的渠道以优化城市区域散布式电池储能的装备布局。Wei等[23]提出了城市规范光伏布置决议计划模型，评价得出100%布置方针可完成20%的发电潜力。考虑到城市规范下的实践装置条件，该市6%的电力需求可经过光伏体系满足。Ren等[24]提出了一种融合三维地舆信息体系与深度学习的办法，用于解决高维屋顶光伏规划问题以及以最短出资回收期为方针的非线性光伏-储能体系容量优化问题。Zhou等[25]则建立了光伏充电站选址决议计划的实用模型，将地舆信息体系与多准则决议计划-应急响应预案制定办法相结合。作为清洁动力供给与终端用户需求间的中心储能环节，电池储能体系的有用装备不只需考虑地舆条件，还需统筹光伏体系、终端用户与本地电网之间的杂乱交互作用。电池布置的应战源于多主体间多向电力交互的杂乱性，尤其是面临大规模城市级信息时。构建具有高动力耐性的气候自适应光伏-储能体系（PV-BESS）关于指导城市规范的电池最优装置选址与容量装备至关重要。
根据上述文献综述，科学空白总结如下：
- (1)
传统BESS布置办法仅从技能和经济视点优化储能容量与本钱效益，缺乏对城市级网络实践地舆要素的考量。迄今为止，尚不存在考虑光伏发电、电力需求与BESS之间杂乱时空联系的城市级BESS布置办法论。 - (2)
为应对未来气候改变缓解需求及保障极点气候下电力体系生存才能，BESS布置在提高电力体系动力耐性方面的作用没有得到专门研讨，特别是在城市规范下修建电力需求与光伏发电时空散布特性所带来的杂乱性和精密性层面。 - (3)
传统针对电池储能体系(BESS)布置的功能评价通常局限于自消纳率与自给率等集成技能目标，这些目标难以充分反映BESS布置的空间功能。然而，目前没有有研讨从城市规范空间视角提出BESS的功能评价办法。
为添补已识别的科学空白，本研讨的研讨原创性与新颖性如下所示：
- (1)
本研讨开发了一种新颖的GIS-MCDM办法用于确认适合的电池储能体系（BESS）装置规模。除考虑安全性与可达性的地舆规范外，首次提出了专门针对动力耐性的规范（即与电力需求增长区域的距离），以着重电池储能体系布置与电力体系用电需求之间的重要相关。 - (2)
在气候改变与极点事情布景下，为提高动力耐性，本研讨确认了具有特定装置方位与容量装备的电池储能体系（BESS）最优布置计划。该研讨整合高分辨率时空数据（即光伏发电量、修建电力需求、最优BESS布置），构建城市规范下具有高动力耐性的电力体系。此外，经过模仿极点气候事情，评价了所提BESS布置战略的有用性与鲁棒性。 - (3)
根据核密度估计的电力缺少减少密度被立异性地使用于从空间视角评价电力体系的动力耐性。此外，以电力缺少缓解作为时刻评价规范，本研讨从时空两层维度全面评价了采用优化电池储能体系装备计划后电力体系的动力耐性。