由于目前化石能源的短缺和碳排放引起環境問題的日趨嚴重，提高清潔能源的開發與利用水準，降低碳排放，已成為世界各國達成的共識。大陸在“十四五”期間承諾将于2030年前實作“碳達峰”、2060年前實作“碳中和”。其中，大陸西部的農業園區存在能源利用方式粗放、碳排放問題突出等問題，是以，實作農業園區全清潔能源供能對雙碳目标的實作具有重大意義。
目前農業園區的負荷需求主要是電能和熱能，電能的需求依賴于農村電網的供應，由于目前農村電網存在網架結構薄弱、電網設施老舊等問題，導緻電網供電可靠性不足；熱能的需求主要是通過燃燒煤炭及生物質能供應，産生的二氧化碳排放，不僅與雙碳目标相悖，還惡化了當地的生态環境。
Composite image of green energy
為貫徹落實“雙碳”目标，太陽能清潔供熱得到了快速發展。然而在極端低溫天氣的影響下，供暖能力的不足會造成農業園區溫室大棚内的作物大面積死亡，極大地限制了地區農業的發展。是以，實作清潔能源的就地消納對農業園區的生産和發展具有重要價值和意義。
為此，青海省充分發揮青海農業園區得天獨厚的風、光優勢，積極打造清潔能源綠色村鎮，大力推進農業園區高比例分布式清潔能源系統的建設。然而，以風、光為代表的清潔能源供應存在不穩定性和間歇性，給農業園區的全清潔能源供能、用能帶來巨大挑戰，這極大地限制了清潔能源綜合利用水準。為此，已有相關學者對其展開了大量的研究。其中，建構面向醫院、工廠園區及島嶼的分布式綜合能源系統（DIES）能夠實作能源的梯級利用，為平滑電網負荷和消納清潔能源提供了一條新途徑。
儲能作為分布式綜合能源系統中重要的組成部分，可以實作清潔能源的就地消納、存儲及利用。是以，合理地配置儲能系統就顯得尤為重要。随着儲能技術的發展，先進絕熱壓縮空氣儲能（AA-CAES）因具有運作壽命長、清潔、環保等特點，得到了國内外相關學者和研究機構的廣泛關注。
放眼國際，在大規模儲能項目示範工程中，瑞士ALACAES公司于2016年在比亞斯卡鎮建成了一座1MW的先進絕熱壓縮空氣儲能示範系統。加拿大NRStor和Hydrostor公司于2017年在戈德裡奇鎮建設一座1.75MW的基于鹽穴儲氣的先進絕熱壓縮空氣儲能試驗電站。
雖然大陸對先進絕熱壓縮空氣儲能技術的研究起步較晚，但近年來在研究和生産方面也積累了一定的經驗和成果。江蘇金壇鹽穴壓縮空氣儲能國家試驗示範項目于2021年并網試驗成功，并于2022年5月正式開始商業化營運，開辟了大陸先進絕熱壓縮空氣儲能商業化應用的先河。
在分布式先進絕熱壓縮空氣儲能研究方面，清華大學在青海大學校園内搭建了世界上首座100kW光熱複合先進絕熱壓縮空氣儲能（ST- AA-CAES），并完成了冷熱電三聯供實驗。這些示範項目極大地促進了先進絕熱壓縮空氣儲能在分布式綜合能源系統中的應用研究。是以，對于先進絕熱壓縮空氣儲能容量規劃問題亟待進行研究。
目前，已有相關學者對壓縮空氣儲能的容量規劃展開了大量研究。但相關文獻研究的是先進絕熱壓縮空氣儲能參與熱、電能流場景下的容量規劃配置，并未對先進絕熱壓縮空氣儲能耦合外部熱源方面進行展開分析。
相關文獻将光熱作為先進絕熱壓縮空氣儲能外部熱源，為先進絕熱壓縮空氣儲能的應用提供參考。但對于光熱複合先進絕熱壓縮空氣儲能參與分布式綜合能源系統的容量規劃方面，還有待進一步研究。
青海大學新能源光伏産業研究中心青海省清潔能源高效利用重點實驗室、青海省建築建材科學研究院有限責任公司、青海省高原綠色建築與生态社群重點實驗室的方樂、劉成奎、陳曉弢、麻林瑞、梅生偉，在2022年第23期《電工技術學報》上撰文，基于青海地區豐富的太陽能資源，考慮分布式綜合能源系統的熱、電耦合特性，将光熱複合先進絕熱壓縮空氣儲能作為其能源樞紐，提出了基于光熱複合先進絕熱壓縮空氣儲能的分布式綜合能源系統。
圖1 ST-AA-CAES總體架構
該項工作的主要創新之處在于：
①在對分布式綜合能源系統的儲能需求進行深入分析的基礎上，針對農業園區的特點，以光熱複合先進絕熱壓縮空氣儲能為能源樞紐，提出一種基于光熱複合先進絕熱壓縮空氣儲能的分布式綜合能源系統架構；
②通過分析光熱複合先進絕熱壓縮空氣儲能的各子系統之間的耦合關系和運作模式，建立各子系統的數學模型，并進行線性化處理，然後結合農業園區用能資料，對各子系統進行容量規劃配置；
③以系統最小化整體投資運作成本為目标函數，以青海海東某農業園區的負荷需求限制展開算例分析，驗證了所提模型的有效性。
研究人員的分析結果表明：相比于單一的先進絕熱壓縮空氣儲能容量規劃，通過引入光熱集熱系統，對提升系統熱電聯供的靈活性和經濟性具有重要作用。在高寒地區農業園區應用場景下，8年左右即可收回投資成本，具有良好的應用前景。
本文編自2022年第23期《電工技術學報》，論文标題為“含光熱複合壓縮空氣儲能的分布式綜合能源系統容量規劃方法”。本課題得到青海省高原綠色建築與生态社群重點實驗室開放基金計劃《基于清潔能量路由器的高原人居環境提升技術研究與工程示範》和青海省科技廳基礎研究計劃的支援。