閆東翔，陳 玥

（香港中文大學(xué)機(jī)械與自動化工程學(xué)系，香港 999077）

0 引言

隨著環(huán)境污染與氣候變化加劇，大力發(fā)展可再生能源、實(shí)現(xiàn)能源結(jié)構(gòu)清潔與低碳化轉(zhuǎn)型已經(jīng)成為了重要趨勢［1-2］。在能源供給側(cè)，可再生能源如風(fēng)電、光伏等快速發(fā)展，2020 年全球風(fēng)電與光伏裝機(jī)容量較2019 年分別增加超過65 GW（增速10.4%）和107 GW（增速18.3%）［3］?？稍偕茉淳哂虚g歇性、隨機(jī)性和波動性，給電網(wǎng)供需平衡帶來了愈加嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)［4］。在能源需求側(cè)，隨著電動汽車等電氣化設(shè)備的接入，負(fù)荷出現(xiàn)陡然增長且負(fù)荷波動變得更為劇烈，不利于電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行［5］。電網(wǎng)需要對線路進(jìn)行擴(kuò)容并強(qiáng)化網(wǎng)架結(jié)構(gòu)以應(yīng)對需求側(cè)的峰值沖擊，這無疑增加了投資成本。此外，峰值負(fù)荷持續(xù)時(shí)間一般較短，這也導(dǎo)致了備用設(shè)備的利用率低。

儲能是應(yīng)對上述挑戰(zhàn)的有效手段，并已廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)調(diào)峰調(diào)頻、平抑可再生能源出力波動、需求側(cè)響應(yīng)、提高用戶供電可靠性等場景［6］。以需求側(cè)配置儲能為例，儲能通過在電網(wǎng)電價(jià)谷時(shí)段存儲電能、在電價(jià)峰時(shí)段釋放電能供給用戶，可以為用戶節(jié)省用電開支，同時(shí)緩解電網(wǎng)的調(diào)峰壓力。盡管儲能具有極大的潛力，其發(fā)展仍面臨著如下幾個(gè)問題：

1）儲能投資成本高。通常一個(gè)家庭用戶所需要的儲能容量較小，無法享受到規(guī)模效應(yīng)帶來的成本低廉的好處［7］。盡管使用儲能可以降低用戶用電成本，但其前期高額投入導(dǎo)致的投資回收周期長和投資回報(bào)率低，會阻礙儲能在用戶側(cè)的普及。

2）用戶所需儲能容量定制化難。市面上廠家提供的可供用戶選擇的儲能產(chǎn)品容量種類有限，用戶難以買到恰好與其負(fù)荷曲線相匹配的儲能容量模塊［8］。同時(shí)，儲能的購買是一次性投資，但用戶的用電負(fù)荷是逐年變化的，這種不確定性加劇了用戶匹配儲能的難度。容量過大會使得用戶的投資負(fù)擔(dān)大，容量過小則無法滿足用戶的能源需求。

3）儲能設(shè)備利用率低。以峰谷套利型的儲能為例，其在電價(jià)便宜的時(shí)段充電，在電價(jià)高昂的時(shí)段放電。然而，當(dāng)用戶的負(fù)荷波動性較強(qiáng)時(shí)，若尖峰電價(jià)時(shí)段的負(fù)荷恰好較低，用戶則可能有未使用的儲能容量。單用戶單儲能的配置與運(yùn)營模式使用戶無法將這部分閑置的容量賣給其他用戶使用，從而導(dǎo)致儲能設(shè)備利用率低［9］。

以上因素制約著儲能的商業(yè)化快速發(fā)展，而共享經(jīng)濟(jì)作為一種提高資源利用效率的嶄新范式，為上述問題的解決提供了新思路。共享經(jīng)濟(jì)已在租房（Airbnb）、交通出行（滴滴、Uber）等領(lǐng)域獲得許多成功的應(yīng)用，受到各界的關(guān)注［10］。共享儲能可通過用戶共同分擔(dān)儲能成本、充分利用用電負(fù)荷互補(bǔ)性等方式，使得所有用戶分享儲能所帶來的收益，有望突破儲能面臨的瓶頸問題。本文詳細(xì)分析了共享儲能面臨的挑戰(zhàn)，給出了共享儲能的概念及應(yīng)用，總結(jié)了共享儲能在商業(yè)模式、定價(jià)機(jī)制等關(guān)鍵技術(shù)方面的研究進(jìn)展，并對未來的研究方向進(jìn)行了展望。

1 共享儲能的概念及應(yīng)用

1.1 共享儲能的概念

共享儲能通常指代由一個(gè)公共儲能設(shè)備為多個(gè)用戶提供儲能服務(wù)的模式［11］。該公共儲能設(shè)備可以由所有用戶共同投資運(yùn)營［12］，或者由第三方投資運(yùn)營［13］。共享儲能利用不同用戶負(fù)荷曲線的差異性和互補(bǔ)性，通過統(tǒng)籌優(yōu)化以提升儲能設(shè)備的利用率、可再生能源的消納水平、用戶的收益，實(shí)現(xiàn)價(jià)值創(chuàng)造。另外，當(dāng)用戶擁有自有儲能時(shí)，用戶間通過互聯(lián)并共享能量以間接實(shí)現(xiàn)儲能共享的方式［14］，也可以歸為共享儲能的范疇。

1.2 共享儲能帶來的機(jī)遇

1）降低用戶的一次投資成本。共享儲能可以由第三方投資運(yùn)營，用戶通過租賃儲能服務(wù)的方式獲得儲能的使用權(quán)。當(dāng)建設(shè)一個(gè)大型儲能設(shè)施來服務(wù)多用戶時(shí)，用戶可以間接享受到規(guī)模效應(yīng)帶來的低成本優(yōu)勢。

2）降低用戶的用電成本。儲能可用于需求響應(yīng)，通過在低谷電價(jià)時(shí)段充電、在高峰電價(jià)時(shí)段放電，用戶可實(shí)現(xiàn)峰谷套利，并直接減少其在用電高峰時(shí)段的購電量，有效節(jié)省用戶的用電開支。而共享儲能可突破單個(gè)儲能容量的限制，有望進(jìn)一步降低用戶用電成本。

3）提高儲能設(shè)備的利用率。單用戶單儲能的配置與運(yùn)營模式容易造成儲能有閑置的時(shí)段或有多余的容量無法被使用，成為閑置資源。共享儲能可實(shí)現(xiàn)閑置儲能資源的優(yōu)化配置，為用戶帶來額外的經(jīng)濟(jì)效益。

4）節(jié)省用戶的安裝空間。安裝一套儲能系統(tǒng)難免要占用一定的空間，對于公寓式住宅等可用空間有限的用戶來說，盡管普遍具有能耗高的特點(diǎn)，其安裝儲能的意愿并不高。共享儲能不占用用戶的空間，通過一個(gè)公共儲能服務(wù)多個(gè)用戶，可以解決該類用戶的困擾。

5）促進(jìn)可再生能源就地消納。用戶的供需具有多樣性，如有的用戶因配置的光伏容量較小，對外表現(xiàn)為負(fù)荷，而另一些用戶則具有過剩的可再生能源發(fā)電量。此時(shí)，后者可將多余的能量供前者使用或者儲存到儲能電池中，不必因棄電而造成可再生能源的浪費(fèi)。

6）提升電網(wǎng)側(cè)運(yùn)行穩(wěn)定性。隨著可再生能源接入比例的不斷提高，可再生能源發(fā)電的波動性和不確定性將是影響電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的主要因素之一。相比于分散控制的單用戶小儲能，獨(dú)立建造或聚合分散用戶小儲能得到的共享儲能規(guī)模可達(dá)到兆瓦級，能夠作為可供電網(wǎng)側(cè)調(diào)控的資源以增強(qiáng)電網(wǎng)的靈活性。誠然，用戶側(cè)共享儲能的主要目的是滿足用戶的儲能使用需求。但當(dāng)共享儲能容量規(guī)模足夠大時(shí)，可考慮劃分一定比例的容量用于電網(wǎng)側(cè)調(diào)控，作為一種與電網(wǎng)側(cè)共享的方式。為保證用戶側(cè)儲能運(yùn)營的獨(dú)立性，此處的“調(diào)控”更多是以價(jià)格為媒介的間接調(diào)控方式。例如，文獻(xiàn)［15］以一個(gè)配置了1 MW 儲能的大型商業(yè)用戶為研究對象，提出了利用儲能同時(shí)進(jìn)行負(fù)荷削峰和向電網(wǎng)提供調(diào)頻服務(wù)的收益模型，說明了利用大型用戶側(cè)儲能參與電網(wǎng)調(diào)控的可行性。

基于上述多種優(yōu)勢，共享儲能的模式受到了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注。

1.3 共享儲能的應(yīng)用場景

源、網(wǎng)、荷是電力系統(tǒng)最基本的三要素。文獻(xiàn)［16］指出，隨著電源、電網(wǎng)和負(fù)荷逐漸具備柔性特征，電力系統(tǒng)的控制模式將由傳統(tǒng)的源隨荷動逐漸變?yōu)椤霸?網(wǎng)-荷”互動。文獻(xiàn)［17］指出，隨著儲能的發(fā)展應(yīng)用，可以有效地實(shí)現(xiàn)需求側(cè)管理、促進(jìn)可再生能源應(yīng)用和提高系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性等，將給電力系統(tǒng)規(guī)劃、調(diào)度、控制等方面帶來重大變革。儲能技術(shù)的應(yīng)用將貫穿于電力系統(tǒng)發(fā)電、輸電、配電、用電的各個(gè)環(huán)節(jié)，可緩解高峰負(fù)荷供電需求，提高現(xiàn)有電網(wǎng)設(shè)備的利用率和電網(wǎng)的運(yùn)行效率［18］。文獻(xiàn)［19］進(jìn)一步提出了“源-網(wǎng)-荷-儲”協(xié)調(diào)優(yōu)化的理念，通過統(tǒng)籌考慮、協(xié)調(diào)規(guī)劃，可以更經(jīng)濟(jì)、高效、安全地提高電力系統(tǒng)的功率動態(tài)平衡能力。儲能作為一種靈活資源，可以應(yīng)用于電源側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、負(fù)荷側(cè)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)“源-網(wǎng)-荷-儲”的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，如圖1 所示。

圖1 共享儲能在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用場景Fig.1 Application scenarios of shared energy storage in power systems

1.3.1 電源側(cè)共享儲能

與傳統(tǒng)火電、水電相比，風(fēng)電、光伏等可再生能源出力受天氣條件影響大，具有間歇性、波動性和隨機(jī)性。這使得新能源場站的可調(diào)控能力差，給電網(wǎng)規(guī)劃與調(diào)度帶來挑戰(zhàn)。同時(shí)，短時(shí)間內(nèi)功率過?；蛉鳖~的頻繁出現(xiàn)，導(dǎo)致了大量的棄風(fēng)棄光，影響了電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性?？稍偕茉磳⒆鳛樾滦碗娏ο到y(tǒng)中的重要發(fā)電主體，其接入比例將不斷提高。因此，亟需有效的技術(shù)手段解決可再生能源的并網(wǎng)消納問題。有效手段之一是在新能源場站中配置儲能：儲能可將可再生能源的生產(chǎn)和消納環(huán)節(jié)解耦，提高新能源場站電能的消納和外送能力［20］。然而，常規(guī)的配套儲能項(xiàng)目一般僅服務(wù)于單一新能源場站，各電站的儲能裝置彼此沒有直接聯(lián)系，商業(yè)模式較為簡單，并不足以實(shí)現(xiàn)儲能的高效利用。

采用共享儲能模式后，地理位置相距較近的新能源場站可作為共享儲能的目標(biāo)用戶。文獻(xiàn)［21-22］分別從運(yùn)行模式和容量規(guī)劃2 個(gè)方面對電源側(cè)共享儲能進(jìn)行了研究。文獻(xiàn)［21］指出，共享儲能是解決新能源消納難題的有效措施：一方面，可利用共享儲能在新能源發(fā)電過剩時(shí)存儲電量，在用電高峰或新能源出力低谷時(shí)段釋放電量，解決棄風(fēng)棄光的問題；另一方面，當(dāng)共享儲能存在閑置容量時(shí)，其可參與電力調(diào)峰輔助服務(wù)。但該文獻(xiàn)未考慮輸電成本和網(wǎng)損的影響。文獻(xiàn)［22］研究了發(fā)電側(cè)風(fēng)電廠共享儲能的容量規(guī)劃問題，提出了風(fēng)電廠的合作博弈模型，驗(yàn)證了共享儲能模式可以降低風(fēng)電廠對儲能容量的需求，并提高所有參與者的總收益。但是，該文獻(xiàn)假設(shè)儲能共享僅在聯(lián)盟內(nèi)部進(jìn)行，未計(jì)及共享儲能參與其他電力輔助服務(wù)進(jìn)一步提高收益的情形。

1.3.2 電網(wǎng)側(cè)共享儲能

隨著可再生能源的大量接入和電氣化設(shè)備數(shù)量的急劇增加，電網(wǎng)輸電線路將出現(xiàn)重載、過載現(xiàn)象，變電站面臨用電峰谷差增大、電能質(zhì)量惡化等問題，電網(wǎng)供電可靠性降低。解決上述問題的傳統(tǒng)方法是棄風(fēng)棄光、線路升級擴(kuò)容和預(yù)留備用等［7］，但這導(dǎo)致了可再生能源的利用率低或投資效益不理想的問題。在電網(wǎng)側(cè)變電站內(nèi)部署儲能是一種新的解決思路，輸電網(wǎng)可以利用儲能緩解線路阻塞和提供調(diào)頻服務(wù)，配電網(wǎng)也可以利用儲能實(shí)現(xiàn)負(fù)荷側(cè)的削峰填谷。但是，如何在最大限度地利用儲能資源的同時(shí)滿足上述各種不同的服務(wù)需求是亟須解決的關(guān)鍵問題。

文獻(xiàn)［23-25］研究了輸電網(wǎng)與配電網(wǎng)共享儲能的問題。其中，文獻(xiàn)［23］期望利用共享儲能緩解輸電網(wǎng)線路阻塞和實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，并提出了一種多階段調(diào)度方案。文獻(xiàn)［24］從提高大電網(wǎng)可靠性的角度出發(fā)，通過協(xié)調(diào)配電網(wǎng)側(cè)的共享儲能降低大電網(wǎng)的失負(fù)荷概率。但是，以上文獻(xiàn)均沒有考慮在輸電網(wǎng)與配電網(wǎng)共享儲能容量時(shí)所造成的線路損耗問題。文獻(xiàn)［25］探討了如何利用儲能解決輸電線路阻塞的問題。研究結(jié)果表明，實(shí)施阻塞管理雖然會帶來運(yùn)行成本的增加，但保障了線路運(yùn)行的安全性。文獻(xiàn)［26］指出，通過與用戶分?jǐn)傠娋W(wǎng)側(cè)共享儲能電站的建造成本，可在提高用戶供電可靠性的同時(shí)節(jié)約電網(wǎng)投資運(yùn)營成本。但其分析結(jié)果是建立在儲能每天完成2 次完整充放電的假設(shè)基礎(chǔ)上的，而實(shí)際情況將更為復(fù)雜。

1.3.3 負(fù)荷側(cè)共享儲能

隨著人們生活水平的不斷提高和電動汽車等大功率用電設(shè)備的逐漸普及，用戶用電負(fù)荷及用電成本持續(xù)攀升。盡管在用戶側(cè)部署分布式可再生能源發(fā)電設(shè)備，如屋頂光伏等，可抵消一部分用電負(fù)荷，但光伏出力曲線與用戶負(fù)荷曲線并不重合，在某些時(shí)段反而會導(dǎo)致峰谷差增大。一種更為實(shí)用的解決方案是將儲能與分布式可再生能源發(fā)電相結(jié)合：儲能在日間吸收光伏的剩余能量并在晚上用電高峰時(shí)段釋放，配合需求響應(yīng)策略，可節(jié)省用戶的用電開支。但如前文所述，目前常見的單用戶單儲能的配置與運(yùn)營模式面臨著成本高、安裝空間受限等問題。

在負(fù)荷側(cè)部署共享儲能以服務(wù)多方用戶的方式，使得用戶無須安裝自有儲能也可享受同樣的儲能服務(wù)。文獻(xiàn)［14］指出，共享儲能在方便服務(wù)用戶、發(fā)揮儲能效益、降低投資成本等方面具有巨大的潛力。文獻(xiàn)［27］對比了用戶側(cè)使用共享儲能服務(wù)與獨(dú)立配置儲能2 種方式的差異，指出引入共享儲能可以顯著降低用戶群的日運(yùn)行成本。文獻(xiàn)［28］以社區(qū)綜合運(yùn)營商為研究對象，通過實(shí)施共享儲能降低了社區(qū)用戶的用能費(fèi)用。

此外，在故障或應(yīng)急場景下，大容量共享儲能可以與可再生能源場站或用戶組成微電網(wǎng)。此時(shí)，共享儲能有能力提供事故備用電源、黑啟動等故障和應(yīng)急場景服務(wù)。文獻(xiàn)［29］提出在線路故障情況下，通過儲能可保障區(qū)內(nèi)重要負(fù)荷的供電、緩解線路短時(shí)擁塞。文獻(xiàn)［30］研究了在停電時(shí)利用多類型儲能協(xié)同配合，實(shí)現(xiàn)負(fù)荷恢復(fù)。文獻(xiàn)［31］提出了通過風(fēng)電場中配置的大容量儲能系統(tǒng)為附近電廠熱電機(jī)組進(jìn)行黑啟動的方案。以上方案可在共享儲能設(shè)計(jì)中加以借鑒。但相比一般儲能而言，共享儲能還涉及多方參與者的交互和博弈，這也是在第3 章定價(jià)機(jī)制中所重點(diǎn)討論的問題。

1.4 國內(nèi)外共享儲能典型工程實(shí)踐

中國于2019 年在青海省開展了電源側(cè)共享儲能的示范工程項(xiàng)目，國網(wǎng)青海省電力公司組織3 家新能源發(fā)電商開展共享儲能調(diào)峰輔助服務(wù)試點(diǎn)交易［20］。2019 年，在中國湖南省長沙市進(jìn)行了電網(wǎng)側(cè)電池儲能電站的共享商業(yè)模式試點(diǎn)。據(jù)測算，儲能商每天收益可達(dá)1.2 萬元，每年可獲利近367.2 萬元［4，25］。此外，英國、歐盟、美國和澳洲等都相繼開展了共享儲能的工程試點(diǎn)和應(yīng)用［12］。英國在2012年啟動的SoLa BRISTOL 項(xiàng)目［32］，旨在通過在用戶側(cè)部署儲能裝置并共享儲能的方式，克服配電網(wǎng)側(cè)線路的過熱、過負(fù)荷問題，同時(shí)為用戶提供經(jīng)濟(jì)的電力服務(wù)。歐盟在2016 年資助的SHAR-Q 項(xiàng)目［33］通過連接部署在社區(qū)內(nèi)的分布式儲能來構(gòu)建一個(gè)儲能共享平臺，用于減少社區(qū)內(nèi)所需的儲能容量。美國加州公用事業(yè)公司SMUD 在2019 年推出了共享儲能項(xiàng)目［34］，允許參與項(xiàng)目的客戶共同投資一個(gè)戶外儲能系統(tǒng)，參與的客戶可以使用該戶外儲能節(jié)省用電開支，而無須投資建設(shè)自有儲能。2019 年，特斯拉啟動了Connected Solutions 項(xiàng)目［35］，該計(jì)劃擬通過向客戶提供激勵，將美國馬薩諸塞州的電池連接起來。在電力需求高峰期，電力供應(yīng)商可以利用這些并網(wǎng)電池中存儲的能量，減少峰值負(fù)荷時(shí)期的電力供應(yīng)。澳大利亞公用事業(yè)公司ShinHub 在2020年開展了儲能共享項(xiàng)目［36］，將分布式儲能集成到虛擬電廠中向電網(wǎng)提供電力輔助服務(wù)。

共享儲能在以上場景中的成功應(yīng)用需要行之有效的商業(yè)模式支撐。共享儲能參與者的所屬關(guān)系不同，所采用的商業(yè)模式也將有所區(qū)別。第2 章將對共享儲能商業(yè)模式的研究現(xiàn)狀進(jìn)行梳理。

2 共享儲能的商業(yè)模式

本章根據(jù)公共儲能與用戶參與者的所屬關(guān)系不同將共享儲能的商業(yè)模式劃分為3 類：用戶投資和共享公共儲能、用戶共享運(yùn)營商投資的公共儲能、用戶共享自有儲能。

2.1 用戶投資和共享公共儲能

該方式下所有用戶共同投資一個(gè)公共儲能設(shè)備，以一個(gè)公共儲能設(shè)備滿足多個(gè)用戶的儲能需求，結(jié)構(gòu)如圖2 所示。通過對已有研究進(jìn)行綜述，此方式下的運(yùn)行策略可分為基于容量分配和基于能量統(tǒng)一匯聚2 類。

圖2 用戶共同投資運(yùn)營的共享儲能架構(gòu)Fig.2 Architecture of shared energy storage with joint investment and operation by users

2.1.1 基于容量分配的方式

基于容量分配的方式要求預(yù)先分配好各用戶可使用的儲能容量，然后各用戶根據(jù)分配好的容量獨(dú)自制定儲能充放電計(jì)劃。

文獻(xiàn)［10］提出了一種基于平均容量的分配方式。首先，每個(gè)用戶從共享儲能處獲得相等的容量；然后，各用戶可再對分配的容量進(jìn)行微調(diào)以降低自身的用電成本。但是，用戶可使用的儲能容量受限于預(yù)先的分配值，可能存在某一時(shí)刻其中一方用戶具有閑置的儲能容量，而另一方用戶恰好出現(xiàn)儲能容量不足的情況。由于儲能容量分配已確定，無法進(jìn)行能量交換，導(dǎo)致儲能無法被充分利用。文獻(xiàn)［37］針對一個(gè)共享儲能系統(tǒng)同時(shí)服務(wù)居民用戶和小型商業(yè)用戶的情景，提出了一種用戶內(nèi)部基于協(xié)商流程確定儲能容量份額的優(yōu)化方法。在初始容量分配方案的基礎(chǔ)上，不同用戶之間通過協(xié)商的方式逐步改進(jìn)分配方案。相比于固定不變的容量份額分配方式，該變?nèi)萘康姆椒呻S時(shí)間動態(tài)調(diào)整分配給不同用戶的儲能容量份額，有效提高了共享儲能的使用率，但隨著參與者數(shù)量的增長，計(jì)算也將變得更復(fù)雜。另外，考慮到儲能具有運(yùn)行靈活、響應(yīng)快的優(yōu)點(diǎn)，除服務(wù)負(fù)荷用戶以降低其用電成本外，儲能還可參與到多種電力服務(wù)市場之中。文獻(xiàn)［38］旨在將儲能容量份額合理地分配到3 種電力市場（能量套利市場、輔助服務(wù)市場、配電網(wǎng)絡(luò)市場）中，分別用于峰谷套利、提供調(diào)頻服務(wù)、緩解線路阻塞，不同時(shí)間段的容量份額不同，可采用投資組合理論最大化儲能收益并降低可能的風(fēng)險(xiǎn)成本。

除儲能容量分配方式外，用戶與共享儲能系統(tǒng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行與控制也受到了很多研究的關(guān)注。由于負(fù)荷、可再生能源發(fā)電存在不確定性，難以準(zhǔn)確預(yù)測，文獻(xiàn)［39］提出了一種基于李雅普諾夫優(yōu)化的、以時(shí)間平均成本最小化為目標(biāo)的在線控制方法。另外，考慮到用戶的隱私保護(hù)問題，相比于需要知悉用戶私有信息的集中式解決方案，分布式優(yōu)化方法被廣泛采用［40］。分布式優(yōu)化方法只需要多主體之間交互少量的信息即可實(shí)現(xiàn)全局最優(yōu)［41］，但其實(shí)施需要用戶之間的多次通信交互與迭代，這離不開信息通信技術(shù)的有效支撐［42］。

2.1.2 基于能量統(tǒng)一匯聚的方式

基于能量統(tǒng)一匯聚的方式是指共享儲能匯集所有用戶與儲能的能量交互曲線，然后確定共享儲能的整體充電和放電計(jì)劃，而不是拆分容量的方式。文獻(xiàn)［13］以住宅用戶共同投資運(yùn)營公共儲能為例，研究結(jié)果顯示，相比于用戶單獨(dú)投資儲能，用戶共同投資運(yùn)營共享儲能可以使總成本降低2.4%。文獻(xiàn)［43］研究了住宅區(qū)部署共享儲能的典型場景，各用戶通過輸電線路與共享儲能設(shè)備以及電網(wǎng)相連，共享儲能統(tǒng)一匯集用戶的充放電需求，省去了將儲能容量預(yù)先分配給各用戶的步驟。文獻(xiàn)［44］進(jìn)一步針對住宅用戶部署共享儲能的場景，構(gòu)建了最小化用電成本和碳排放的多目標(biāo)優(yōu)化問題，利用共享儲能充當(dāng)集中的能量緩沖裝置，應(yīng)對可再生能源發(fā)電和負(fù)荷的波動，間接實(shí)現(xiàn)了用戶間的用能互補(bǔ)。由于屬于集中調(diào)控，該方式下用戶對儲能使用的獨(dú)立自主性有所下降。

2.2 用戶共享運(yùn)營商投資的公共儲能

家庭用戶、小規(guī)模商業(yè)用戶等所需儲能容量往往較小，且對儲能設(shè)備的價(jià)格較為敏感，難以從市面上買到恰好符合其容量需求的儲能模塊。因此，由第三方負(fù)責(zé)投資建設(shè)并運(yùn)營的共享儲能模式（見圖3）不失為一種有效的解決方案。在此方式下，共享儲能由獨(dú)立于各用戶的第三方機(jī)構(gòu)即共享儲能運(yùn)營商負(fù)責(zé)投資建設(shè)、運(yùn)行和維護(hù)。運(yùn)營商為用戶提供儲能服務(wù)，服務(wù)方式大致可分為2 類：一是向用戶提供儲能使用容量；二是向用戶提供充放電服務(wù)。由于用戶眾多，共享儲能的使用率得以提高。同時(shí)，用戶用電負(fù)荷的多樣性和用戶之間用電行為的互補(bǔ)性為共享儲能運(yùn)營商選擇儲能投資容量、充放電功率和時(shí)機(jī)提供了優(yōu)化空間。

圖3 運(yùn)營商管理共享儲能的架構(gòu)Fig.3 Architecture of shared energy storage managed by operator

2.2.1 向用戶租賃儲能使用容量的方式

文獻(xiàn)［9］提出了一種基于價(jià)格的兩階段方法。共享儲能運(yùn)營商在第1 階段以投資運(yùn)行總成本最小化為目標(biāo)設(shè)定其投資容量和用戶購買儲能使用容量的價(jià)格，用戶在第2 階段根據(jù)發(fā)布的價(jià)格策略性地調(diào)整其所需要購買的儲能使用容量。文獻(xiàn)［45-46］站在共享儲能運(yùn)營商的角度，提出了云儲能的概念、運(yùn)營機(jī)制及其容量優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。用戶使用云儲能運(yùn)營商提供的虛擬儲能來代替用戶側(cè)的實(shí)體儲能，并根據(jù)自身儲能使用需求確定儲能充放電功率及時(shí)機(jī)，以達(dá)到使用云端虛擬儲能就如同使用實(shí)體自安裝儲能一樣的效果。在這種方式下，云儲能運(yùn)營商主要向用戶提供虛擬儲能容量，不干涉用戶對虛擬儲能的充放電行為，用戶使用儲能的充放電功率由用戶自身的需求決定。

在文獻(xiàn)［45］的研究中，共享儲能運(yùn)營商將所有用戶的儲能充放電策略聚合起來，根據(jù)聚合的結(jié)果，以總成本（共享儲能的年投資成本加上通過電網(wǎng)為共享儲能充放電的年運(yùn)行成本，減去提供充電服務(wù)所獲得的收益）最小化為目標(biāo)，統(tǒng)籌進(jìn)行共享儲能容量的優(yōu)化設(shè)計(jì)。該研究側(cè)重于證明投資建設(shè)共享儲能相比于單獨(dú)為用戶配置儲能可以節(jié)約更多的運(yùn)行成本。文獻(xiàn)［47］提出了一種在線儲能容量分配方法，允許用戶每天改變租賃的儲能容量，與文獻(xiàn)［45-46］相比更為靈活。總體上，共享儲能模式優(yōu)于分散式的儲能模式，用戶決定所使用的儲能容量并向儲能運(yùn)營商購買，但該方式下的用戶可能進(jìn)行頻繁的充放電，會對電池壽命造成一定的影響。2.2.2 節(jié)中租賃充放電服務(wù)的方式可以對用戶的儲能充放電行為加以約束。

基于容量分配的方式（2.1.1 節(jié)）和向用戶租售儲能使用容量的方式（2.2.1 節(jié)）的相同之處在于：都是用戶從共享儲能獲得一部分儲能使用容量；不同之處在于，2 種方式中共享儲能的所有者主體不同，2.1.1 節(jié)中共享儲能由用戶共同投資和享有，用戶的容量分配更關(guān)注公平性，如文獻(xiàn)［11］提出的基于平均容量的分配方式及其改進(jìn)，而2.2.1 節(jié)中的共享儲能由第三方獨(dú)立運(yùn)營商投資和運(yùn)營，運(yùn)營商旨在最大化自身收益或最小化成本，用戶的儲能使用容量受到實(shí)際使用需求和獨(dú)立運(yùn)營商的共同影響。因此，2 種方式雖有相似之處，但存在本質(zhì)區(qū)別。

2.2.2 向用戶租賃充放電服務(wù)的方式

在該方式下，共享儲能運(yùn)營商根據(jù)用戶實(shí)際產(chǎn)生的充放電行為進(jìn)行收費(fèi)。文獻(xiàn)［48］以配有儲能和光伏設(shè)施的公寓住宅樓為研究對象，將儲能等設(shè)施的運(yùn)營商與用戶之間的交互作用建模為雙層優(yōu)化問題。其中，儲能等分布式能源設(shè)施為第三方所有，住宅樓內(nèi)的用戶可以選擇從儲能等設(shè)施或電網(wǎng)購電以滿足其日常用電需求?？紤]到投資建設(shè)一個(gè)規(guī)模化的共享儲能設(shè)施的費(fèi)用較為昂貴，共享儲能運(yùn)營商通過調(diào)整儲能充放電服務(wù)價(jià)格可以間接影響用戶的儲能需求，從而在減少投資成本與保證用戶效益之間尋求最佳的平衡?？紤]到多個(gè)用戶之間的策略性交互關(guān)系及其對實(shí)時(shí)電價(jià)的影響，文獻(xiàn)［49］進(jìn)一步將雙層Stackelberg 模型中的下層建模為一個(gè)非合作博弈問題，其納什均衡解作為用戶最終的策略。此時(shí)，運(yùn)營商和用戶、用戶內(nèi)部都存在利益沖突，使該方式與租賃容量的方式相比更為復(fù)雜。文獻(xiàn)［50］指出，可以利用價(jià)格機(jī)制調(diào)動用戶參與共享儲能交易的積極性，并提出了一種基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)的方法求解共享儲能服務(wù)的價(jià)格。但相比于優(yōu)化的方法，其需要花費(fèi)較多的訓(xùn)練時(shí)間和訓(xùn)練次數(shù)方能得到一個(gè)收斂的解。

2.3 用戶共享自有儲能

此方式下，每個(gè)用戶安裝有單獨(dú)的儲能設(shè)備，用戶之間可以進(jìn)行能量交易，如圖4 所示。

圖4 用戶自有儲能共享的架構(gòu)Fig.4 Architecture of shared energy storage owned by each user

用戶共享自有儲能可分為自有儲能用戶群體內(nèi)部共享儲能、自有儲能用戶群體向外部（如電網(wǎng)）共享儲能2 種方式。在前者中，用戶既可能將自有的儲能共享給其他用戶使用，又可能共享使用其他用戶的儲能，即共享是雙向的；在后者中，用戶將自有儲能共享給電網(wǎng)等使用，而電網(wǎng)側(cè)的儲能則一般不會共享給用戶使用，即共享是單向的。

2.3.1 自有儲能用戶群體內(nèi)部共享儲能

出于對電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性的考慮，在某些情況下（如電壓、頻率超過允許的范圍），來自用戶側(cè)的分布式可再生能源發(fā)電被禁止并網(wǎng)。此時(shí)，用戶過剩的發(fā)電量只能被削減或棄用，導(dǎo)致能量利用率變低。通過用戶之間共享儲能，結(jié)合合理的運(yùn)營方式，可以有效降低所有用戶的用電成本，提高分布式可再生能源發(fā)電的就地消納水平，而不是將過剩的電能直接反饋給電網(wǎng)端，減少了對電網(wǎng)的沖擊。

文獻(xiàn)［15］針對工業(yè)園區(qū)內(nèi)多個(gè)負(fù)荷用戶進(jìn)行儲能投資決策的場景，比較了有儲能共享與沒有儲能共享2 種情況下的總成本。結(jié)果顯示，用戶之間儲能共享可以有效減少儲能的安裝容量，并提高用戶的平均收益。但是，該研究對分時(shí)電價(jià)曲線進(jìn)行了簡化處理，可能使得該研究結(jié)果無法適應(yīng)真實(shí)的情況。文獻(xiàn)［51］基于實(shí)際分時(shí)電價(jià)數(shù)據(jù)，研究了微電網(wǎng)之間的能量共享問題，其中每個(gè)微電網(wǎng)可看作是一個(gè)配置有儲能裝置的參與者。相比于各微電網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行即無儲能共享的場景，微電網(wǎng)之間通過儲能共享的方式有效降低了所有用戶的總成本。

2.3.2 自有儲能用戶群體向外部共享儲能

用戶與外部共享儲能是指用戶將自身的一部分儲能容量供外部設(shè)施使用，從而實(shí)現(xiàn)儲能的多功能利用。文獻(xiàn)［52-53］研究了單一用戶將自有的部分儲能容量共享給配電網(wǎng)側(cè)使用的場景，屬于“一對一”的情況。其中，文獻(xiàn)［52］提出一種基于比例的方式將儲能容量一分為二，一部分儲能容量用于負(fù)荷側(cè)需求響應(yīng)，另一部分儲能容量供配電網(wǎng)用于變壓器端的削峰填谷。通過容量共享有效地減少了用戶的購電成本并緩解了電網(wǎng)側(cè)的調(diào)峰壓力，實(shí)現(xiàn)了用戶側(cè)和電網(wǎng)側(cè)的雙贏?？紤]到配電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)和電網(wǎng)價(jià)格的時(shí)變特性，文獻(xiàn)［53］進(jìn)一步提出一種動態(tài)儲能容量分配方法。研究結(jié)果顯示，在典型冬季日下，結(jié)合共享儲能的靈活運(yùn)行方式，可以為用戶多節(jié)省16.11 歐元的用電開支。

隨著儲能的不斷普及和在用戶側(cè)的持續(xù)滲透，出現(xiàn)多個(gè)家庭用戶都配有儲能的情況。因此，多個(gè)用戶共享自有儲能給公共設(shè)施利用的這種“多對一”的情況成為可能。文獻(xiàn)［54］針對社區(qū)內(nèi)多個(gè)家庭用戶共用公共用電設(shè)施的場景，提出一種社區(qū)用戶將自身儲能共享給公共設(shè)施使用的拍賣機(jī)制，用于確定各家庭用戶愿意與社區(qū)公共設(shè)施共享儲能容量的比例。以此類推，目前針對“多對多”場景，即多用戶與多外部設(shè)施共享儲能研究的相關(guān)文獻(xiàn)較少。

表1 總結(jié)了以上3 類方式的優(yōu)缺點(diǎn)。此分類方式的優(yōu)勢在于，可體現(xiàn)共享儲能所有權(quán)和使用權(quán)的主體歸屬關(guān)系及物理特征的不同，而這正是導(dǎo)致共享儲能參與者的利益訴求和采用的策略有所區(qū)別的關(guān)鍵。進(jìn)一步，針對三大類中的每一類，結(jié)合不同的利益訴求，又進(jìn)行了策略層面上的細(xì)分，從而更全面地反映各類共享儲能方式的特點(diǎn)。

表1 3 類共享儲能商業(yè)模式的對比與總結(jié)Table 1 Comparison and summary of three kinds of business modes for shared energy storage

3 共享儲能的定價(jià)機(jī)制

在上述共享儲能的諸多商業(yè)模式下，用戶之間、用戶與共享儲能運(yùn)營商之間通過儲能共享，提升了儲能的利用率，降低了用戶的用電成本，提高了系統(tǒng)的總運(yùn)行效益?？紤]到用戶和共享儲能運(yùn)營商作為獨(dú)立的決策主體，追求自身成本最小化或收益最大化，彼此間存在利益沖突，因此，如何設(shè)計(jì)有效的激勵機(jī)制以調(diào)動參與共享儲能的積極性是關(guān)鍵。共享儲能的定價(jià)機(jī)制或成本分配方案的相關(guān)研究大致可以分為以下3 類，劃分依據(jù)如下：

1）基于邊際價(jià)格的方式。首先，求解一個(gè)集中優(yōu)化問題，并將相關(guān)約束對偶變量的值作為價(jià)格。為實(shí)現(xiàn)此定價(jià)，需要收集所有用戶的負(fù)荷、儲能需求等信息?？紤]到用戶隱私保護(hù)和通信、計(jì)算復(fù)雜度等，此方式適用于小型系統(tǒng)，如共享儲能社區(qū)。

2）基于博弈論的方式。這類方式側(cè)重于考慮參與者之間的競爭關(guān)系，期望通過合適的機(jī)制協(xié)調(diào)參與者的行為。此方法不一定能實(shí)現(xiàn)社會最優(yōu)，但一般可實(shí)現(xiàn)隱私保護(hù)。

3）其他基于經(jīng)驗(yàn)規(guī)則的定價(jià)機(jī)制。與上述兩種方式具有成熟、普適的方法/理論相比，這類方法的特點(diǎn)是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)規(guī)則或?qū)＜业闹R，針對共享儲能特定場景的特點(diǎn)，構(gòu)造適用于特例的定價(jià)機(jī)制。

3.1 基于邊際價(jià)格的定價(jià)機(jī)制

邊際定價(jià)方案因其公平性和對擁堵定價(jià)的能力而被廣泛應(yīng)用于電力市場中［55］。包含用戶和共享儲能系統(tǒng)的社區(qū)可看作一個(gè)小型的電力市場，該市場旨在通過優(yōu)化資源分配最大限度地提高整個(gè)社區(qū)的效益。類似地，市場內(nèi)部交易的電價(jià)可通過負(fù)荷分配問題最優(yōu)解對應(yīng)的對偶變量值決定，此對偶變量的值反映了邊際成本。文獻(xiàn)［43］以最小化社區(qū)的總用電成本為目標(biāo)，對共享儲能社區(qū)按照邊際成本定價(jià)，并通過不動點(diǎn)方法交替固定電價(jià)和負(fù)荷需求2 個(gè)變量進(jìn)行迭代求解。但是，該方法需要較多的迭代次數(shù)，當(dāng)參數(shù)選擇不合理時(shí)面臨求解不收斂的風(fēng)險(xiǎn)。

3.2 基于博弈論的定價(jià)機(jī)制

在共享儲能的研究中，存在用戶與共享儲能運(yùn)營商等多個(gè)利益主體，如何分析多方利益主體在使用共享儲能時(shí)的策略性行為，提出合適的成本利益分配或定價(jià)協(xié)調(diào)機(jī)制，是共享儲能場景中需要解決的關(guān)鍵問題之一。目前，利用博弈論進(jìn)行共享儲能定價(jià)的研究可按照博弈的類型分為基于非合作博弈和基于合作博弈的方式兩大類。

3.2.1 基于非合作博弈的方式

1）基于拍賣理論的定價(jià)機(jī)制

拍賣本質(zhì)上是一個(gè)不完全信息條件下的非合作博弈的納什均衡。拍賣理論已經(jīng)廣泛應(yīng)用于智能電網(wǎng)的能源管理中，特別是電力市場交易和需求側(cè)管理之中［56］。根據(jù)拍賣物品的類型，拍賣可以分為單一類型拍賣和組合拍賣。在單一類型拍賣中，拍賣物品單一如只有儲能容量，而在組合拍賣中，可拍賣物品更多樣，可包括儲能容量、充電功率、放電功率等［57］。按照賣方和買方的對應(yīng)關(guān)系，拍賣又可以分為單向拍賣和雙向拍賣。單向拍賣即單一賣家、多方買家的“一對多”結(jié)構(gòu)，雙向拍賣則具有“多對多”的市場結(jié)構(gòu)。因此，單向拍賣常面臨著賣家壟斷問題，而雙向拍賣盡管可避免壟斷問題，但需要統(tǒng)一調(diào)控平臺協(xié)調(diào)，當(dāng)參與者眾多時(shí)計(jì)算量大［58］。

在進(jìn)行拍賣前，將參與者劃分為買方和賣方，如可以根據(jù)參與者的凈負(fù)荷的正負(fù)確定。然后，投標(biāo)人進(jìn)行密封投標(biāo)，這保證了其他投標(biāo)參與者的出價(jià)情況對投標(biāo)者保密。投標(biāo)上標(biāo)注有買方和賣方各自的報(bào)價(jià)和對應(yīng)的需求電量或發(fā)電量信息，這些投標(biāo)被第三方拍賣商或平臺集中收集和管理，并利用預(yù)先定好的交易規(guī)則匹配交易雙方，決定最終的交易價(jià)格和交易數(shù)量。上述過程中交易規(guī)則是關(guān)鍵，文獻(xiàn)［54］利用Vickrey 拍賣規(guī)則確定共享儲能價(jià)格，文獻(xiàn)［59］則根據(jù)匹配好的買賣雙方價(jià)格差的絕對值大小順序進(jìn)行交易價(jià)格的確定。文獻(xiàn)［60］將雙向拍賣理論應(yīng)用于儲能共享中，儲能運(yùn)營商和用戶在拍賣商的組織下進(jìn)行組合雙向拍賣，并提出了在買賣雙方之間均分社會福利的定價(jià)機(jī)制。由于參與者的市場地位（作為買方或賣方）需事先確定，基于拍賣的方式限制了參與者的靈活性［61］。

2）基于Stackelberg 博弈的方式

Stackelberg 博弈是非合作博弈中的典型代表。將Stackelberg 博弈應(yīng)用于共享儲能中，可研究用戶與共享儲能運(yùn)營商之間的相互作用和雙方的最優(yōu)策略。具體來說，共享儲能運(yùn)營商作為先行者，通過制定價(jià)格以最大化運(yùn)營收益；用戶作為跟隨者，通過調(diào)整儲能的充放電策略，以最小化用電成本。運(yùn)營商定價(jià)的高低將會影響用戶對儲能的使用，運(yùn)營商和用戶之間構(gòu)成Stackelberg 博弈關(guān)系。Stackelberg 博弈的求解可通過：

（1）將下層問題以其KKT 條件替代，將雙層問題轉(zhuǎn)換為單層問題求解。

（2）通過上下兩層交互迭代的方式求解：

步驟1：初始化共享儲能使用價(jià)格；

步驟2：跟隨者根據(jù)先行者發(fā)布的價(jià)格，優(yōu)化決策儲能的充放電策略，并反饋給先行者；

步驟3：先行者根據(jù)跟隨者反饋的充放電策略，在考慮自身決策調(diào)整可能會對跟隨者策略的影響的情況下，調(diào)整優(yōu)化共享儲能價(jià)格，以最大化自身收益；

步驟4：若在相鄰2 次迭代中價(jià)格或策略變化很小，則退出迭代并報(bào)告最優(yōu)策略，否則返回步驟2。

值得注意的是，與求解納什均衡不同，在求解Stackelberg 均衡時(shí)，先行者更新策略時(shí)需考慮跟隨者可能的反應(yīng)。步驟3 可通過遺傳算法［62］等實(shí)現(xiàn)。

文獻(xiàn)［48］研究了在住宅樓內(nèi)實(shí)施共享儲能的問題，其中，提供共享儲能服務(wù)的第三方作為Stackelberg 博弈模型中的先行者，期望通過調(diào)整價(jià)格實(shí)現(xiàn)收益最大化；用戶作為跟隨者以用電成本最小化為目標(biāo)，策略性地調(diào)整自身對儲能和電網(wǎng)的購電計(jì)劃，并通過基于拍賣理論的定價(jià)機(jī)制求解該問題。文獻(xiàn)［63］將電力零售商視為用戶與社區(qū)共享儲能系統(tǒng)的接口，由電力零售商集中代表用戶作為跟隨者進(jìn)行需求響應(yīng)決策，并提出通過基于Stackelberg 博弈的方式，即上下層迭代的方式，求解該博弈問題。需要注意的是，在基于非合作博弈的定價(jià)機(jī)制下，各參與者獨(dú)立決策，以自身成本最小化為目標(biāo)，彼此間存在利益沖突，可能導(dǎo)致博弈均衡偏離社會最優(yōu)點(diǎn)［64］，即調(diào)度決策無法實(shí)現(xiàn)社會福利最大化，或者難以保證資源配置的公平性。

3.2.2 基于合作博弈的方式

基于合作博弈的定價(jià)機(jī)制能夠促使共享儲能參與者合作，從而以更低的社會總成本實(shí)現(xiàn)儲能資源的高效分配。為此，需設(shè)計(jì)公平、有效的再分配機(jī)制，合理地衡量每個(gè)參與者的貢獻(xiàn)。

1）基于Shapley 值的分配方法

Shapley 值法是根據(jù)博弈參與者對其所參與的聯(lián)盟的邊際貢獻(xiàn)，對所得合作收益進(jìn)行分配的方式，可兼顧分配的合理性和公平性。文獻(xiàn)［65］將Shapley 值法應(yīng)用于社區(qū)共享儲能的功率分配和定價(jià)機(jī)制中。文獻(xiàn)［66］在研究多微電網(wǎng)共享儲能的優(yōu)化配置及其成本分?jǐn)倖栴}時(shí)，提出了基于線路功率損耗的改進(jìn)Shapley 值法，考慮了各微電網(wǎng)由于地理位置差異而導(dǎo)致向共享儲能充放電的線路損耗不同。常規(guī)的Shapley 值法只考慮了邊際成本因素，而假設(shè)所有參與者的風(fēng)險(xiǎn)偏好是相同的，文獻(xiàn)［67］提出一種改進(jìn)的Shapley 值法，將參與者的不同風(fēng)險(xiǎn)偏好類型納入分配模型中?；赟hapley 值的分配方式存在且唯一，但其計(jì)算復(fù)雜度隨著參與者數(shù)量的增加而迅速增長。Shapley 值法側(cè)重于分配的公平性，但不一定是穩(wěn)定的分配。事實(shí)上，某些空核博弈不存在穩(wěn)定分配方式，但仍可計(jì)算其Shapley值。此時(shí)，某些成員通過組成的小聯(lián)盟可以獲得比在大聯(lián)盟中更多的收益，因此，小聯(lián)盟對某些成員來說可能更具吸引力，而大聯(lián)盟不穩(wěn)定。文獻(xiàn)［68］證明，當(dāng)博弈為凸博弈時(shí)，Shapley 值法的分配是穩(wěn)定分配。

2）基于核仁（nucleolus）的分配方法

Shapley 值法得到的分配方案不能保證用戶不會背離聯(lián)盟，即不能保證聯(lián)盟的穩(wěn)定性，另一種可行的分配方法是核仁法。核仁法是一種旨在最小化合作博弈中聯(lián)盟的最大不滿意程度的分配方法。文獻(xiàn)［69］提出一種基于合作博弈的模型研究風(fēng)電和光伏電站的共享儲能容量分配問題，并利用核仁法進(jìn)行利益分配。文獻(xiàn)［70］綜合考慮共享儲能的規(guī)劃、運(yùn)行與成本分配問題，構(gòu)建了合作博弈模型并基于核仁法進(jìn)行事后成本分配，以解決各參與者的分配公平問題。核仁法可以避免利益分配上的平均主義，能保證分配結(jié)果的存在性、唯一性和穩(wěn)定性，但隨著參與者數(shù)量的增加，核仁法同樣面臨著計(jì)算量大的問題。

3）基于納什討價(jià)還價(jià)的分配方法

納什討價(jià)還價(jià)（Nash bargaining）是一種博弈參與者期望通過達(dá)成一致協(xié)議，在最大化個(gè)人利益的同時(shí)避免談判破裂的方法。該方法可提高每個(gè)參與者的經(jīng)濟(jì)效益［71-72］，同時(shí)限制每個(gè)人的受益程度，保證了結(jié)果的公平性。文獻(xiàn)［71］指出，納什討價(jià)還價(jià)方法可以產(chǎn)生帕累托有效且公平的結(jié)果。針對光伏產(chǎn)消者和社區(qū)共享儲能的場景，文獻(xiàn)［72］提出了基于納什討價(jià)還價(jià)的利益共享模型，鼓勵用戶和社區(qū)共享儲能參與合作。由于納什討價(jià)還價(jià)旨在提升所有參與者的收益，該方法可以有效激勵和引導(dǎo)參與者合作，但該方法要求已知每個(gè)參與者談判破裂點(diǎn)的收益值，在現(xiàn)實(shí)中較難實(shí)施。

3.3 其他基于經(jīng)驗(yàn)規(guī)則的定價(jià)機(jī)制

1）中間市場價(jià)格

區(qū)別于從電網(wǎng)買賣電量的價(jià)格，該方式用于確定共享儲能參與者內(nèi)部交易即買賣儲能充放電量的價(jià)格?；谥虚g市場價(jià)格的方式直接將從電網(wǎng)購電的價(jià)格和向電網(wǎng)售電的價(jià)格的平均值確定為內(nèi)部電量交易價(jià)格［73］。因此，參與者可以以低于從電網(wǎng)買電的價(jià)格從其他參與者處購電，以高于向電網(wǎng)售電的價(jià)格賣電給其他參與者，實(shí)現(xiàn)了用電成本的減少。該方式較為直接，而且由于不同時(shí)間段從電網(wǎng)的購電價(jià)格不同，該方法得到的共享價(jià)格自然也是隨時(shí)間變化的，可以歸納為一種分時(shí)定價(jià)機(jī)制。

2）賬單分?jǐn)偡绞?/p>

賬單分?jǐn)倷C(jī)制根據(jù)用戶消耗（生產(chǎn)）的電量來分擔(dān)總成本（收益）［59］。首先，分別計(jì)算出有儲能共享和沒有儲能共享2 種情況下的電網(wǎng)購售電量；然后，根據(jù)兩者的比例對電網(wǎng)的購售電價(jià)進(jìn)行一定的修正；最后，每個(gè)用戶依據(jù)修正后的電價(jià)進(jìn)行用電成本的核算，故計(jì)算上較為滯后。

3）供需比率動態(tài)定價(jià)機(jī)制

供需比率動態(tài)定價(jià)（supply demand ratio dynamic pricing，SDRDP）機(jī)制是一種根據(jù)社區(qū)內(nèi)在不同時(shí)間段的能源供需情況決定內(nèi)部交易價(jià)格的方式。與中間市場價(jià)格類似，SDRDP 機(jī)制的內(nèi)部交易價(jià)格同樣被限制在從電網(wǎng)購電價(jià)格和向電網(wǎng)售電價(jià)格之間，但同時(shí)考慮了用戶之間供需比的差異性［74］。若用戶的供需比率小于1，則說明該用戶需要從其他用戶處購買電量。用戶供需比率越低，說明其購電意愿越強(qiáng)烈，可承受的購電價(jià)格越高。若用戶的供需比率大于1，則供需比率越高的用戶在當(dāng)前時(shí)段的發(fā)電量更為過剩，該用戶出售這部分過剩能量的意愿也更為強(qiáng)烈。因此，其售電價(jià)格可以比供需比率稍低的用戶更低一些。從以上分析可以看出，SDRDP 機(jī)制相比于中間市場價(jià)格機(jī)制能夠進(jìn)行更細(xì)致的利益分配。

文獻(xiàn)［75］對以上3 種基于經(jīng)驗(yàn)規(guī)則的定價(jià)機(jī)制進(jìn)行效益比較，得出SDRDP 機(jī)制總體上最優(yōu)，其次是基于中間市場價(jià)格的方式，最后是賬單分?jǐn)偡绞?。基于供需比率和中間市場價(jià)格的方式都能保證參與者的收益增加和成本下降。

4 研究展望

共享儲能為提高儲能設(shè)備利用效率、應(yīng)對分布式可再生能源接入所帶來的挑戰(zhàn)開辟了新途徑，相關(guān)研究方興未艾。未來研究可針對多共享儲能運(yùn)營商參與、電動汽車聚合作為移動共享儲能2 個(gè)場景深入挖掘。

1）多共享儲能運(yùn)營商參與的運(yùn)營機(jī)制

目前的研究大多針對多個(gè)用戶與單個(gè)共享儲能運(yùn)營商的情形，但考慮到當(dāng)前儲能成本仍然較高，單一共享儲能運(yùn)營商的情況需要較大投資，對儲能投資者而言經(jīng)濟(jì)上不友好，不利于共享儲能模式的推廣。因此，多個(gè)儲能運(yùn)營商分別投資運(yùn)營多個(gè)小共享儲能設(shè)施并共同服務(wù)一群用戶的方案有望成為應(yīng)對該問題的思路之一。目前，關(guān)于多共享儲能運(yùn)營商的研究尚不多見。

針對上述問題及其衍生出來的相關(guān)問題，給出以下可行的研究方向和具體措施。

（1）由于每個(gè)儲能運(yùn)營商都可以為用戶提供儲能服務(wù)，而儲能運(yùn)營商的目的是最大化自己的收益，多個(gè)儲能運(yùn)營商之間無形中存在競爭關(guān)系，故不同儲能運(yùn)營商之間的策略可以利用非合作博弈理論進(jìn)行建模與分析。

（2）對于多個(gè)共享儲能運(yùn)營商的情形，用戶的選擇必將多樣化，每個(gè)用戶可選擇一個(gè)或多個(gè)運(yùn)營商，由每個(gè)運(yùn)營商滿足用戶的一部分需求。因此，用戶與儲能運(yùn)營商之間的優(yōu)化匹配問題需要進(jìn)行詳細(xì)研究，而這種優(yōu)化匹配可以通過建立指派問題進(jìn)行研究。

（3）考慮到用戶的負(fù)荷類型不同，對于爬坡大的負(fù)荷需要儲能快速響應(yīng)，對儲能沖擊大，有損儲能的壽命，而波動小的負(fù)荷對儲能相對友好，故對于不同類型的負(fù)荷，共享儲能運(yùn)營商可選擇提供差異化的儲能服務(wù)收費(fèi)，而不是目前一視同仁的收費(fèi)模式。

2）電動汽車作為移動共享儲能

隨著純電動汽車的普及和性能提升，除去交通工具屬性以外，電動汽車的移動儲能屬性得到重視。一方面，電動汽車的車載電池包容量不斷提升，如特斯拉的電動汽車電池包容量已達(dá)到100 kW·h；另一方面，電動汽車一天內(nèi)大部分時(shí)間處于停車狀態(tài)，而停車場所在的商業(yè)建筑、工業(yè)園區(qū)等又恰好屬于大用電負(fù)荷用戶。此時(shí)，若利用閑置的處于停車狀態(tài)的電動汽車群為這類用戶提供需求響應(yīng)服務(wù)，可在降低用戶用電支出的同時(shí)為電動汽車賺取額外收益。

電動汽車聚合作為共享儲能可視為一種具有前景的方案，不僅提高了電動汽車的利用效率，為電動汽車創(chuàng)造了額外收益，而且商業(yè)建筑也無須再額外購置儲能或減少購買儲能的容量，實(shí)現(xiàn)商業(yè)建筑與電動汽車用戶的雙贏。在這一特定場景下可能的研究方向包括：

（1）電動汽車作為共享儲能的運(yùn)營機(jī)制，特別是如何在運(yùn)營機(jī)制中考慮電動汽車充電和出行相關(guān)的時(shí)空關(guān)聯(lián)型的不確定性因素，是亟待研究的問題。因此，需要對與電動汽車相關(guān)的不確定性因素進(jìn)行詳細(xì)的研究，建立電動汽車的隨機(jī)出行模型，進(jìn)而利用處理不確定性的技術(shù)手段如隨機(jī)優(yōu)化、魯棒優(yōu)化指導(dǎo)電動汽車聚合作為共享儲能的優(yōu)化運(yùn)行。

（2）電池頻繁充放電會加速電池的老化，影響電池的性能，對電動汽車用戶不利。因此，需要融合精確的電池衰減模型將電池容量衰減因素納入考慮，進(jìn)行詳細(xì)的成本效益分析，為電動汽車用戶參與共享儲能提供決策參考。

此外，當(dāng)前的大多數(shù)文獻(xiàn)集中在共享儲能商業(yè)模式層面的研究，更深入地討論共享儲能導(dǎo)致的額外潮流損耗、擁塞及其導(dǎo)致的額外成本分?jǐn)偟葐栴}的文獻(xiàn)較少，隨著共享儲能的發(fā)展和實(shí)際部署，上述問題同樣值得深入研究。

共享儲能的蓬勃發(fā)展離不開先進(jìn)的技術(shù)支撐和政策保障。所需依賴的技術(shù)支撐包括：一是先進(jìn)信息通信技術(shù)。作為信息流動的載體，共享儲能系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、決策計(jì)算和控制執(zhí)行中的數(shù)據(jù)流需要信息通信技術(shù)的支撐；二是儲能技術(shù)本身。儲能技術(shù)的不斷發(fā)展與突破可進(jìn)一步提升儲能的性能、降低儲能的成本、促進(jìn)儲能的普及，進(jìn)而帶動共享儲能的發(fā)展；三是隱私保護(hù)技術(shù)。共享儲能參與者眾多，若采用集中式管理，各用戶的私有數(shù)據(jù)面臨泄漏的風(fēng)險(xiǎn)，隨著隱私保護(hù)逐漸受到社會的關(guān)注，亟需相應(yīng)的隱私保護(hù)技術(shù)作為支撐。共享儲能的發(fā)展需要依賴的政策保障包括：首先，分時(shí)電價(jià)是用戶側(cè)儲能得以進(jìn)行峰谷套利的基礎(chǔ)，因此需要有實(shí)時(shí)電價(jià)或峰谷電價(jià)等電價(jià)機(jī)制的支持；其次，持續(xù)推進(jìn)分布式可再生能源發(fā)展的相關(guān)政策，也可帶動共享儲能的發(fā)展，這是因?yàn)閼?yīng)對可再生能源發(fā)電的間歇性、波動性、不確定性需要儲能的配合。此外，為使用戶較好地理解與接納共享儲能，也需要制定相關(guān)政策提高對用戶的宣傳力度。

5 結(jié)語

共享儲能為降低用戶用電成本、提高儲能設(shè)備的利用率、促進(jìn)可再生能源消納、保障電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行提供了可行方案。本文給出了共享儲能的概念，分析了其可能帶來的機(jī)遇，介紹了共享儲能的應(yīng)用場景與工程實(shí)踐，并對共享儲能商業(yè)模式和定價(jià)機(jī)制方面的相關(guān)研究進(jìn)行了綜述。在此基礎(chǔ)上，對共享儲能未來的研究方向進(jìn)行了展望。所提共享儲能商業(yè)模式，通過用戶之間的供需互補(bǔ)和運(yùn)營商的協(xié)調(diào)運(yùn)行，可實(shí)現(xiàn)參與者雙贏的局面，具有廣闊的發(fā)展前景。

本文研究受香港中文大學(xué)科研啟動基金、香港中文大學(xué)科研直接資助基金(4055169)資助,特此感謝！