單位：1.內蒙古科技大學能源與環境學院；2.天津大學中低溫熱能高效利用教育部重點實驗室。

引用：夏陽,金光,張立等.基于建筑能源系統的混合儲能技術研究現狀[J].儲能科學與技術,2021,10(06):2169-2180.

Doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0215

摘 要 由于用戶負荷需求的多元化和不確定性，單一類型的儲能技術已不能滿足高品質的建筑供能需要。通過耦合不同類型儲能設備，實現多能源協調互補的混合儲能技術應運而生。本文在建筑能源應用背景下，首先介紹了混合儲能技術的原理，從建筑用能需求角度梳理了混合儲能技術的研究進程，指出了現階段混合儲能的主要研究方向。其次基于混合儲能的幾種常見匹配方式，綜述了熱能、燃氣化學能和電能等多類型能源混合存儲技術的應用現狀，并根據典型案例介紹了相應混合儲能的系統組成、運行策略和系統特點，說明建筑用戶的多能用能需求如何得到滿足。最后對混合儲能系統性能和經濟性情況進行分析，提出了評估混合儲能系統性能的重要指標和影響其經濟性的主要因素。

關鍵詞 混合儲能；建筑能源系統；匹配方式；性能；經濟性

由于用戶側能源需求的日益多元化，單一電、熱、冷、氣系統已無法滿足多類型要求。在建筑能源系統中實施多能互補技術，對實現建筑節能、提高能源綜合利用率有著重要意義。通過引入合適的儲能設備，構建混合儲能系統，可以顯著減少能源供給波動，提高能源穩定性，降低太陽能等可再生能源帶來的不穩定問題。不同于單一儲能系統的單獨規劃、單獨運行，混合儲能技術通過組合不同類型的能源轉換和儲存設備，將多類型能源間的聯系進一步加深，擴大了不同類型能源的交互，實現了多種能量流動和協調運行。已有眾多研究對混合儲能技術開展了深入分析，文獻建立了包含電-熱儲能設備的零碳多能源系統模型，綜合考慮了儲能設備老化、綜合需求響應和運行風險等影響因素對其優化，得到了最優的容量規劃和運行性能。文獻為探究P2G(power-to-gas)與DRPs(demand response programs)協同對多載波系統運行的影響，基于EH(energy hub)概念建立了包含電-熱-氣儲能設備的混合儲能模型，結果表明，考慮P2G技術并結合蓄熱蓄電，可使EH運行成本降低7.3%。文獻建立涵蓋電-熱-冷-氣四種儲能，風光清潔能源發電機組、冷熱電聯產機組和相關能源轉換設備的園區綜合能源系統模型，并就其多能源調度問題進行研究。本文針對建筑用能系統，分析了用戶需求和供能關系，通過總結近年來相關文獻，綜述了混合儲能技術在建筑能源系統中的應用情況，分析了混合儲能系統性能和經濟性，以期為混合儲能技術在建筑能源系統中的進一步應用提供參考。

1 混合儲能技術

建筑能源系統在全國能源經濟消費中占比較重。根據中國建筑節能協會發布的《中國建筑能耗研究報告(2020年)》，2018年全國建筑運行階段能耗為10億噸標準煤，占全國能源消費總量的21.7%。由此可見，降低建筑能耗、推行建筑節能已經成為我國改善能源結構，實現低碳發展的關鍵所在。

近年來隨著建筑能源系統中可再生能源的大量接入，構建多能互補的建筑能源系統成為一種切實可行的解決方案。由于建筑能源系統體現出了明顯的峰谷差特點和多類型需求特點，再加上太陽能等可再生能源存在的間歇性和不穩定性問題，常常需要在建筑能源系統中加入儲能設備以提升系統的穩定性，保證高質量供能。傳統儲能系統常采用單一儲能方式，無法同時滿足多類型能源需求的高品質供給。因此，有必要將多種儲能技術統一規劃，協調運行，建立混合儲能系統，才能進一步提高建筑能源系統的可靠性和穩定性。

混合儲能技術是指通過不同形式的儲能設備，實現不同類型能量間的轉化與儲存，進而實現能源系統中多種能量的流動與協調運行。混合儲能的運行狀態與其應用場景息息相關，基于混合儲能在建筑能源系統中發揮的具體作用，本文對混合儲能的典型應用場景總結如下。①提升供能質量。由于用戶的多能用能需求和大量可再生能源發電的并網接入，使得原有能源系統在供能時常面臨儲能設備響應時間過長、輸電阻塞、電壓不穩定及頻率波動較大等問題。混合儲能系統通過協調多種儲能設備，平滑了能量波動，保證了能量供給的平穩和連續。②提升供需平衡程度。保持能量的供需平衡對減少能源浪費，提升系統經濟性有著重要意義。文獻以城市為空間尺度，構建了包含冷-熱的混合儲能系統，在成本最優的約束條件下滿足了人們的電、熱用能需求。③削峰填谷。隨著電網負荷的峰谷差不斷增大，電網的調峰壓力也越來越重。混合儲能可以把用電谷期的電能轉化為其他形式的能量，提升儲能設備調峰能力的同時，也使得電力系統更加靈活。④可再生能源消納。由于風電、光伏等可再生能源發電的不穩定性和隨機性，造成了風光發電上網難的現象，造成了大量的棄風、棄光。混合儲能通過平滑風光發電波動，減少了對配電網的沖擊，提升了可再生能源發電消納率。

同時，由于混合儲能系統的種類繁多，儲能設備又受高成本和使用生命周期的制約，基于建筑的實際條件選擇適宜的混合儲能設備變得至關重要。在實際應用中，考慮的主要因素為用戶用能特點和建筑外部環境。就現有階段來說，儲能設備仍面臨成本過高的問題，因此混合儲能在應用過程中更主要的是面臨一些對用能有特殊要求的場所，如醫院、科研院所計算中心等，用電過程中的電壓波動、頻率波動、功率因數、斷電等意外情況會對用電設備產生不可逆的影響，因此該類區域對供能質量要求較高；又如我國的“三北”地區，風光等可再生能源豐富，但由于人口稀少，基礎設施不夠完善，對可再生能源發電的消納能力明顯不足。為消納這些棄風、棄光，就可以應用混合儲能對風光發電的強消納能力來滿足人們的需求。

如圖1所示，建筑用能需求包括了冷熱需求、電需求和氣需求，分別對應了建筑冷熱負荷、電負荷和氣負荷。其中，熱負荷由建筑用戶在冬季供暖和應用生活熱水的過程中產生；冷負荷由建筑用戶在夏季供冷過程中產生；電負荷由建筑用戶在采暖通風、房間照明和電氣設備使用過程中產生；氣負荷由建筑用戶在燃氣灶具使用，燃氣發電、供暖或制冷的過程中產生。

圖1   建筑用能需求和供能關系示意圖

從建筑能源系統的構成角度分析，建筑能源系統由供能設備、輸能網絡、用戶和儲能設備組成。其中供能設備主要包括：①用于電-熱/冷能量耦合的電鍋爐，熱泵，壓縮式制冷機，吸收式制冷機等；②用于電-氣能量耦合的P2G設備；③用于氣-熱能量耦合的燃氣鍋爐；④用于電-熱-氣或電-熱-冷-氣能量耦合的熱電聯產系統和熱電冷三聯供系統，其中主要的設備有燃氣輪機和燃料電池等。儲能設備主要包括：①用于儲電的蓄電池；②用于蓄熱/冷的蓄熱罐；③用于儲氣的儲氣罐。有時基于建筑條件和系統運行的經濟性，也會使用管道儲存天然氣或氫氣。

由于建筑能源系統中對電和熱的需求最為明顯，儲電蓄熱設備發展也最成熟，早期對混合儲能的研究主要針對于電-熱混合儲能系統。文獻通過在綜合能源系統中引入電熱兩種儲能配置，驗證了儲能設備在經濟調度和消納棄風方面的作用。文獻在建筑能源系統中引入電熱混合儲能系統，并對電熱儲能配置和運行進行優化，確定了設備最優容量。

P2G技術是一種將電力轉化成氣體燃料的技術，主要有兩步：第一步是利用電解槽電解水制得氫氣，第二步在催化劑的作用下，使電解得到的氫氣與二氧化碳反應制備天然氣。作為清潔能源消費和能量轉換的新途徑，P2G可以與氣轉電設備形成電-氣系統的雙向耦合。文獻通過應用P2G系統，打破了電-氣系統耦合以往只能通過氣轉電設備單向耦合的局面，如圖2所示，P2G系統作為天然氣子系統的重要組成部分，可將系統中的富裕電能轉化為天然氣進行存儲和運輸，結合燃料電池和燃氣輪機形成電-氣系統的雙向耦合，協調了電網和氣網之間的運行，進一步提高了系統接受風、光可再生發電的能力。

圖2   電-氣雙向耦合示意圖

燃料電池由于其發電過程可實現高效率、小型化和零排放，通過與可再生能源分布式發電系統和相關儲能設備結合，對實現能量的高效利用和建筑節能有著重要意義。文獻在建筑能源系統中安裝了光伏系統、蓄電池和儲氫罐，對位于斯洛文尼亞的一個試點建筑的能源系統進行了分析。結果表明在合適的建筑外部環境下，儲氫成本降低時可實行建筑的近零能耗目標。

此外，近年來隨著電動汽車的快速發展，也有研究建筑供能系統中納入以氫為燃料的電動汽車的相關研究。如圖3所示，風光可再生能源發電系統提供電力驅動產生氫氣為電動汽車提供氫能，同時產生電力為建筑提供電能，既節約了管路建設成本，又減少了碳排放量。

圖3   電動汽車參與的建筑供能系統示意圖

在混合儲能的配置方面，目前存在兩種方案：①根據專家經驗提出IES(integrated energy system)模型，優化儲能設備的容量和功率。如文獻在典型的工業鍋爐與熱電聯產結構下，對蓄熱設備和儲電設備優化，得到了最佳的儲能規模。但這種優化方法并不會考慮全部的儲能設備和能量轉換設備，因此得到的優化方案存在一定局限性；②從零開始，進行完整的結構設計并在此基礎上進行配置優化。如文獻從完備的基本架構設計、基于運行模擬的設備組合優化和決策算法三個方面，建立了完整的綜合能源站優化設計方法。這種優化方法可以根據不同用戶能源需求，協調多種能源轉換設備和儲能設備，保證了用戶用能的穩定性和經濟性。

在混合儲能的運行優化方面，則是通過綜合能源系統的協調調度，在滿足一定約束條件下，為達到某一目標(如最佳運行成本、最大消納可再生能源比例等)而對混合儲能設備的啟停和充放能速率進行規劃。對運行的研究主要是為了解決綜合能源系統內部復雜的耦合關系和可再生能源不確定性帶來的一系列問題。考慮到儲能設備具有一定生命周期，對混合儲能系統的配置優化和運行優化常常同時開展。如文獻基于太陽輻射和需求分布的不確定性，提出了同時優化多種儲能設備配置與運行的優化方法，得到了特定建筑能源系統的最優運行策略和儲能設備的最佳容量。文獻提出一種兩階段優化規劃設計方法，配置了冷熱電聯供系統各項設備的容量。此外，考慮多時間尺度建模、電能替代和綜合需求響應對系統規劃和運行的影響也有所研究。

相較于傳統意義上的儲能系統，混合儲能有著儲能設備眾多、能量流動復雜及多能源協調互補的特點。在實際應用過程中，由于其規劃、運行、控制的復雜程度更是單一儲能系統所不可比擬的。因此，本文對混合儲能應用中的關鍵問題總結如下。

（1）可儲能源和儲能設備的匹配。混合儲能系統眾多，為提升能源利用率和系統經濟性，實際應用過程中，應結合用戶本身的可儲能源，選擇相應的儲能設備，構建合適的混合儲能系統，做到因地制宜、因勢利導。

（2）混合儲能與現有能源系統的匹配。我國的建筑能源系統結構穩定且高度成熟，混合儲能若要推廣使用，由于其初始投資較高，在市場競爭中可能會處于劣勢。因此，目前混合儲能匹配現有能源系統主要的接入點在一些對能量質量要求高的場所。未來，隨儲能設備成本的降低和國家財政補貼，混合儲能會加快融入現有能源系統的步伐。

（3）運行調節。混合儲能由于其內部復雜的耦合關系，實際運行較為復雜，需要對系統制定合適的調度方案，控制設備的功率和啟停，以實現系統的高效經濟運行。

2 混合儲能在建筑中的常見匹配方式

2.1 電-熱混合儲能

電能和熱能是建筑能源系統的重要組成部分。由于蓄電池具有充放電速度快、質量穩定的特點，可以很快響應用戶的電能需求，所以蓄電池是目前儲存電能的主要方式。但過于頻繁的使用會導致蓄電池的壽命過短，而且維護費用高昂。相對而言，蓄熱罐具有成本低廉、使用方式簡單的優點，是目前最為常見的儲能裝置之一。但蓄熱罐釋放的熱能品位一般較低，只能滿足用戶低品位熱能的利用需求。而分別設置單一的蓄電和蓄熱裝置，二者彼此獨立，能量流動和對用戶的響應不能及時互補協調，導致儲能和釋能效率低下，不能及時滿足用戶的電、熱負荷需求。通過能量轉換設備，使蓄電裝置和蓄熱裝置建立聯系，組成電-熱混合儲能系統，可實現對電-熱的協調調度，提高了建筑能源系統能效。

圖4為一種典型的利用電-熱混合儲能的建筑供能系統。其能量轉換設備包括了燃氣輪機和燃氣鍋爐，蓄電池為儲電設備，蓄熱式電鍋爐為儲熱設備。在電價谷期，可從電網購入低價電或利用分布式風機和燃氣輪機發電滿足用戶電負荷需求，多余電量存入蓄電池或利用蓄熱式電鍋爐，實現電熱轉化，將熱量存入儲熱設備，通過燃氣輪機余熱和燃氣鍋爐滿足用戶熱負荷需求；在電價峰期，由分布式風機和燃氣輪機滿足用電負荷，同時蓄電池放電作為補充電力，根據用戶的實際負荷需求選擇向主電網購電或售電，同時熱儲設備放熱輔助滿足用戶熱負荷需求。系統特點有：①通過熱儲設備和電儲設備的結合，可打破燃氣輪機“以熱定電”的運行模式，實現熱電解耦，更為高效準確地滿足用戶各類負荷需求；②電-熱混合儲能系統在消納風電，對用電負荷的削峰填谷發揮了巨大作用；③電-熱混合儲能系統相對于單一蓄電池儲能系統，熱儲設備作為對多余電力的消納設備，增大了系統的可調控性，降低了系統的運行成本。

圖4   一種利用電-熱混合儲能的供能系統示意圖

2.2 電-氣混合儲能

電-氣混合儲能系統通過耦合元件將電力系統和燃氣系統連接起來，經過設計規劃系統配置和調度運行，充分發揮各自能源的優勢，在保證系統穩定性的同時提高了綜合能源利用效率。

如圖5所示，電-天然氣混合儲能系統的能量轉換設備一般包括電-氣轉化設備和燃氣機組。在夜間的電價谷期，由于風電的反調峰特性引起棄風，可從電網購入低價電，儲入蓄電池增加電負荷谷值以消納棄風，若蓄電池不能完全消納棄風則啟動電轉氣設備，將多余風電轉化成天然氣儲存。這種電氣轉化技術通過電解水的方式制得氫氣，所制氫氣再和二氧化碳反應得到天然氣，該技術的使用提升了系統的棄風消納率，豐富了用戶氣負荷需求的方式，通過和燃氣機組結合形成電氣的雙向耦合，滿足用戶電能和熱能需求。但由于儲氣設備的效率和經濟性較低，P2G的廣泛使用仍然十分受限；在白天的電價峰期，用電負荷高峰，風電低發時，蓄電池放電輔助發電機組滿足用戶電負荷需求，同時儲氣罐放氣供氣負荷使用。該系統的優點為：①協調了多種儲能設備的優缺點，滿足了用戶的電、熱、氣多種負荷需求；②相比于無儲能和單一儲能，電氣混合儲能具有更高的風電消納率和系統經濟性；③燃氣機組的存在，使晚上利用低價電存儲的天然氣在白天轉化成電能，這種利用峰谷電價的措施使得系統運行成本更低。

圖5   一種利用電-天然氣混合儲能的供能系統示意圖

如圖6所示為一種典型電-氫氣混合儲能系統，主要的能量轉換設備為燃料電池，儲能設備為蓄電池和儲氫設備。該系統中，市電作為對分布式發電系統的補充手段存在。在晴朗的白天，太陽能光伏發電和太陽能光熱系統是滿足用戶電負荷和熱負荷需求的主要方式，產生的多余電力儲入蓄電池或提供給水電解制氫裝置產生氫氣，然后制成的氫氣進入儲氫裝置儲存。由于太陽能發電制熱系統只能在白天工作，夜晚不能提供太陽能時，可通過燃氣網路提供燃氣給SOFC(solid oxide fuel cell)或儲氫設備放氣給PEMFC(proton exchange membrane fuel cell)為住戶們提供電能(蓄電池同時放電)和熱能，同時可從電網購入低價電繼續儲氫。該系統把氫能源作為能源的載體，利用棄光或谷電可通過儲氫裝置對氫氣進行短期或長期的儲存，發揮了氫儲能的靈活性；利用燃料電池實現燃氣能到電能的轉化，同時利用發電過程中的余熱給用戶供暖，實現了能量的高效利用。

圖6   一種典型電-氫氣混合儲能系統示意圖

2.3 電-氣-熱混合儲能

電-氣-熱混合儲能系統是在電-氣混合儲能和電-熱混合儲能的基礎上，通過一系列能量轉換設備和多種儲能設備，將兩個系統結合在一起組成新的儲能系統。由于建筑負荷主要由電、熱、氣三種負荷構成，因此電-熱-氣混合儲能系統可以很好地覆蓋用戶的用能需求。

如圖7所示，電-氣-熱混合儲能系統由于其復雜性，根據具體條件和外部因素影響，可以配備的能量轉換設備多種多樣，一般由燃氣輪機、電鍋爐、P2G設備組成。儲能設備由儲熱、儲氣、儲電設備組成。在電價谷期，主要通過燃氣輪機和風電機組滿足電負荷需求，從電網購入低價電或棄風發電存入蓄電池內或利用電轉氣設備和電鍋爐，實現電氣轉化或電熱轉化，滿足氣熱負荷需求，并將多余天然氣存入儲氣罐，多余熱量存入蓄熱罐內；在電價峰期，主要由燃氣輪機滿足用電負荷，出現電力不足時蓄電池放電補充電力，若仍不滿足電力需求則可向電網購買電力，此時蓄熱罐和儲氣裝置均處于釋能狀態，以減少用電設備出力。該系統的特點為：①相比于電-熱和電-氣混合儲能系統，結構更為復雜，能量流動更具多樣性；②燃氣輪機實現熱電解耦，出力更加靈活；③加強了電、氣、熱系統之間的耦合，提高了系統的經濟性；④配置多種儲能設備意味著初始成本投入的提高，但運行成本會隨之降低；⑤系統的性能和經濟性主要受電氣價格影響。

圖7   一種利用電-天然氣-熱混合儲能的供能系統示意圖

如圖8所示為一種典型電-氫氣-熱混合儲能系統，能量轉換設備有電解池、燃料電池、電加熱裝置等。電價谷期，從電網購入低價電儲入蓄電池，通過相關能量轉換設備將電能轉化成熱能和氫氣供應給用戶或進行存儲，用戶電負荷主要通過風力發電滿足；電價峰期，蓄熱罐放熱供應用戶熱負荷，用戶電負荷需求主要通過光伏發電、蓄電池放電、儲氫罐放氣給燃料電池發電，同時多余電量可出售給電網，實現儲能獲利。

圖8   一種典型電-氫氣-熱混合儲能系統示意圖

2.4 其他混合儲能

除電-熱、電-氣、電-氣-熱三種常見的混合儲能系統外，還有電-熱-冷混合儲能系統、電-熱-冷-氣混合儲能系統。電-熱-冷混合儲能系統和電-熱-冷-氣混合儲能系統是在電-熱混合儲能系統和電-熱-氣混合儲能系統的基礎上加裝制冷設備和儲冷設備。電制冷機具有能效高，可以在電價谷期儲存電價峰期所需冷負荷提升系統運行經濟性的優點，而吸收式制冷機雖然效率較低且容量不足，但其有著可回收多余供熱量的優點，因此這兩種設備是常用的制冷設備。同時，由于熱泵技術可充分利用可再生能源，設備運行時更為低碳環保，而且熱泵既可以制冷也可以供熱，減少了系統的初始成本，因此也被廣泛應用于混合儲能系統中。文獻和文獻在綜合能源系統中分別應用地源熱泵和空氣源熱泵，在滿足用戶冷熱負荷需求的同時高效利用了可再生能源，減少了碳排放。此外，冰蓄冷技術相比于水蓄冷有著更高的蓄冷密度，電力負荷高峰轉移效果更為明顯，因此也被用于混合儲能系統中。儲冷設備一般為蓄冷罐，也可從經濟性考慮，采用蓄熱罐一罐兩用，同時蓄熱蓄冷。

目前，蓄電池是一種主要的電儲設備。由于蓄電池需要根據用戶的實時負荷及峰谷電價控制出力，而蓄電池充放電時間過長或充放電次數過多會影響其使用壽命，同時蓄電池容量配置受風光消納影響，電池容量過大或者過小都會造成資源不能合理利用的局面，影響系統的經濟運行。相比于電儲，儲熱設備有著成本較低、可大量存儲的優點；燃氣存儲設備有著存儲時間長、容量大的優點。因此，如氣-熱/冷混合儲能系統、熱-冷混合儲能系統等不包含儲電設備的混合儲能系統開始進入人們的視線。文獻考慮了聯合熱電需求響應，在分時電價和可再生能源出力特性的引導下，將多余電能轉化為熱能和天然氣存儲，降低了購氣和制熱的成本，提升了系統運行經濟性，但由于依靠能量轉換設備將電能轉換為燃氣能和熱能存儲，存儲效率較低，因此風光消納率不及配有蓄電池的混合儲能系統。文獻經研究發現，風能轉化率低的主要原因是在電轉氣過程中，電能很大一部分以熱能形式損失掉，而通過引入熱回收組件，經實例驗證，其剩余風電回收率可達70.5%以上，這表明氣-熱/冷混合儲能系統有著充分的研究空間。冷-熱混合儲能系統系統組成與電-熱-冷系統相似，均設有電熱/冷轉換設備和蓄熱蓄冷設備，不同的是根據建筑外部環境和使用條件，考慮蓄電池有安裝成本高和使用壽命短的缺點，沒有蓄電池等儲電設備。

以上系統的運行策略與前文所介紹系統相似，遵循低價電儲能，高價電放能的原則，通過能量轉換設備和儲能設備的協調運行，在電價谷期從電網購入低價電或將電能轉化為其他形式存入儲能設備中，在電價峰期儲能設備釋能減小用電負荷高峰同時滿足用戶的電、熱、冷、氣的負荷需求，達到削峰填谷、提升供能質量的目的。

3 混合儲能系統性能與經濟性情況

能量供需質量和平衡程度是混合儲能系統性能評估的首要指標。考慮能源供需質量的因素主要有能源連續性和能源平穩性。能源供應網絡時常會因故障或檢修而停運，如何保證能源供應的不間斷是必需要解決的問題。文獻考慮需求側負荷的多變性和風光可再生能源發電的不穩定性，在多能互補能源集成系統中加入電、熱、氣儲能設備以平滑能源和負荷的波動，通過電、熱、氣之間的多向耦合實現能源間的相互備用，保證了系統能源供給的高效和連續。能源的平穩性在電能上主要表現為振幅和頻率的穩定，供冷供熱方面主要表現在平抑分布式冷熱源的波動。文獻以酒店為例，提出一種能源共享平臺的設計方法，有效整合了不同規模的電、熱、氣系統，通過電熱儲能設備的共享，在保證平穩供能的同時實現了儲能獲利。供需平衡是綜合能源系統安全可靠運行的重要保證，負荷過高會造成供能網路壓力提高，不利于設備的長期穩定運行；負荷過低會導致能源的浪費和機組的閑置。相比于常規的分供系統，混合儲能系統由于其多能互補、多能儲能的特點，對供需調度平衡有著協同作用。同時用戶會受價格激勵政策影響，改變固有的用電模式，因此常在對綜合能源系統的調度問題中考慮需求側響應，以此實現系統的供需平衡。

此外，削峰填谷作用效果和可再生能源消納水平，也是衡量混合儲能性能的重要標準。文獻對包含復合儲熱儲冷裝置的綜合能源系統進行能量模擬與優化調度分析，并與無儲能裝置和單一儲能裝置的工況進行對比，結果顯示采用儲熱儲冷裝置之后，可以實現用能負荷的“削峰填谷”，提高了系統的平穩運行效率，減少了系統運行成本。文獻通過對比裝配電、熱、冷儲能設備和無儲能設備的工況，結果表明配置混合儲能時系統對可再生能源的消納量提高了39.45%。

經濟性分析對混合儲能系統的推廣和工程應用至關重要。通過總結近年來發表文獻，得到混合儲能系統經濟性分析情況如表1所示。混合儲能系統的成本主要由初始成本和運行成本組成，初始成本指設備購買費用，運行成本包括購電、購氣費用，儲能設備的運行損耗，能量損耗成本等。儲能設備的種類越多，初始成本也就越高，但通過合理優化調度，運行費用會隨之降低。文獻以中國北方某酒店為例，通過應用一種兩階段運營優化方法，蓄熱/冷罐的引入使得系統運行成本降低了7.7%。混合儲能系統的盈利主要包括通過分時電價的獲利、消納棄風棄光、向電網售賣多余電力等。影響系統的經濟性因素主要有可再生能源發電及負荷的不確定性、分時電價、天然氣價格、熱電聯產規模、儲能設備大小、運行模式等。系統性能和經濟性是相輔相成的關系，但如果平衡不好，系統則無法高效經濟運行，文獻通過模擬計算發現系統運行經濟性與新能源消納兩者之間存在明顯矛盾，當經濟性要求得到滿足時，風電消納水平嚴重不足；當關注風電消納時，運行成本又會居高不下，因此如何平衡好系統性能和經濟性之間的關系還需深入研究。

表1   混合儲能系統經濟性分析總結

4 結論

本文以持續、穩定的建筑供能需求為背景，主要針對儲熱、儲電和儲氣三種方式匹配的混合儲能技術進行了文獻綜述，得到結論如下。

（1）在混合儲能配置規劃方面，主要通過調度手段以一定需求為目標函數對系統進行優化。目前，根據現有IES模型優化儲能設備的容量和功率的研究較多，但涵蓋儲能設備和能源轉換設備有限，因此完整的結構設計并在此基礎上進行配置優化將成為未來混合儲能配置的重要研究方向。

（2）面向建筑供能系統常見的混合儲能匹配方式有電-熱混合儲能系統、電-氣混合儲能系統、電-氣-熱混合儲能系統、電-熱-冷混合儲能系統、電-熱-冷-氣混合儲能系統、冷-熱混合儲能系統。通過P2G和燃料電池組成的清潔能源系統可以同時滿足人們的電、熱需求，因此搭載儲氫組件的混合儲能技術可能成為今后混合儲能的一個研究熱點。

（3）對于建筑供能系統而言，能量供需質量和平衡程度是混合儲能系統性能評估的首要指標，其中能源供需質量的影響因素主要有能源連續性和能源平穩性。此外，削峰填谷作用效果以及可再生能源消納水平也是衡量混合儲能性能的重要標準。影響系統經濟性的因素主要有可再生能源發電及負荷的不確定性、分時電價、天然氣價格、熱電聯產規模、儲能設備大小和運行模式等。

引用本文： 夏陽,金光,張立等.基于建筑能源系統的混合儲能技術研究現狀[J].儲能科學與技術,2021,10(06):2169-2180. (XIA Yang,JIN Guang,ZHANG Li,et al.Research status of hybrid energy storage technology based on building energy system[J].Energy Storage Science and Technology,2021,10(06):2169-2180.)

第一作者：夏陽（1998—），男，碩士研究生，研究方向為混合儲能技術，E-mail：xy2216606@163.com

第一作者：郭少朋，教授，研究方向為能源高效利用及儲能技術，E-mail：guoshaopeng@163.com。