虚拟储能：让储能更经济更高效

储能装置已经逐渐成为电网中的关键要素。电网侧储能可以为发电提供后备支援，并发挥调压调频的功能。而用户侧储能则可以帮助用户储存多余的可再生能源发电，并利用峰谷电价差降低用电成本。但是对于家庭用户以及小型商户而言，当前储能装置的价格依然居高不下，而固定的储能容量也可能造成不必要的浪费。因此如何构建一个新的商业模型促进用户侧储能的高效利用是值得研究的问题。

本文来源：网络通信与经济 微信公众号 ID：ncel_cuhk

研究方法与结果

我们提出一种崭新的虚拟储能商业模型，此模型聚合利用不同用户的不同用电模式，从而激励用户群体使用储能装置，降低用电成本。具体而言，类似于计算机中的云计算模式，我们设想电网中有个储能供应商投资建设集中式储能装置，并将其虚拟化，通过一定的定价策略将虚拟容量卖给用户。用户可以购买虚拟储能实现和安装实体储能装置相同的功能，比如储存太阳能电量。我们提出的虚拟储能有以下两大优点。

一是可以充分利用不同用户互补性的充放电模式。在一个社区中，在某个时刻，一些用户可能想要给储能装置充电（电能流入），一些用户可能想要给储能装置放电（电能流出）。而整个社区电能的流入流出是用户群体充放电叠加的净值，不同个体的充电与放电是相互抵消的。这样的话，储能供应商可以投资建设一个容量较小的实体储能装置，以满足用户更大的储能容量需求。

另一个是用户购买的储能是虚拟的，如果以日为运行周期，用户可以根据其自身用电需求，每日调整购买的虚拟容量大小，从而大大提高储能的利用效率。如果用户安装实体储能装置，由于容量固定，而用户不同日子的充放电需求不同，这样会造成容量的不够用或浪费，而虚拟储能则不会出现这一问题。


本文对储能供应商与用户的交互进行两阶段的建模。

第一阶段，在投资期限内，储能供应商决定储能装置最优的投资容量以及虚拟容量的最优价格。

第二阶段，每日运行时，用户决定其虚拟储能的购买容量以及不同时刻的充放电决策，之后储能供应商聚合所有用户的充放电决策来确定实体储能装置的运行。

在求解过程中，我们首先在用户的决策目标中加入对其充放电电量的惩罚项，从而解决用户充放电的多解问题。此外，我们证明，在惩罚项趋向于零时，用户的最优购买容量随虚拟容量价格的变化趋向于阶梯函数。基于此，我们采用搜索分段函数转折点的方式求解储能供应商的最优定价与投资策略。我们采用实际用户负荷和可再生能源发电的数据进行仿真。仿真结果显示我们可以投资建设较小容量的实体储能装置，以满足用户群体更大的储能容量需求。与此同时，对比用户自己安装实体储能装置的模式，我们的虚拟储能模式可以极大降低用户的用电成本。

相关论文

Dongwei Zhao, Hao Wang, Jianwei Huang, Xiaojun Lin, “Virtual Energy Storage Sharing and Capacity Allocation”, IEEE Transactions on Smart Grid.