《Electricity》：Techno-Economic and Reliability Assessment of Grid-Connected PV/Wind/Battery Hybrid Configurations for a Domestic District Under Unreliable Grid Conditions
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电网不可靠性会损害发展中地区的电力供应，然而在一致的停电假设下，关于住宅区混合系统的比较证据仍然有限。本研究比较了埃及某住宅区的四种并网架构：风电/蓄电池/电网、光伏(PV)/风电/蓄电池/电网、光伏/蓄电池/电网和光伏/风电/电网，使用以净现成本(NPC)为
电网不可靠性会损害发展中地区的电力供应，然而在一致的停电假设下，关于住宅区混合系统的比较证据仍然有限。本研究比较了埃及某住宅区的四种并网架构：风电/蓄电池/电网、光伏(PV)/风电/蓄电池/电网、光伏/蓄电池/电网和光伏/风电/电网，使用以净现成本(NPC)为唯一优化目标的模拟-优化框架。随后评估了供应充足度、可再生能源比例、电网交互以及与电网相关的运行CO2排放。在基准条件下，光伏/风电/蓄电池/电网是最低NPC混合配置，NPC为481,851美元，平准化度电成本(LCOE)为0.0711美元/kWh，可再生能源比例为73.8%，未供电能为0.306 MWh/年，运行CO2排放为139,533 kg/年。相对于仅电网供电，它将未供电能减少了98.5%，排放减少了65.0%，尽管仅电网供电具有较低的369,414美元NPC。为了区分固定设计退化与自适应重设计，在通用的严重电网可用性曲线下评估了未更改的基准最优容量，并与重新优化的对应方案进行比较。对于具有完整自适应结果的三个含蓄电池架构，重优化将未供电能减少了73.2–97.2%，而重新调整大小的差异显著。在这些架构中，风电/蓄电池/电网具有最低的严重条件NPC，仅比光伏/风电/蓄电池/电网低0.63%。确定性±10%敏感性分析保留了光伏/风电/蓄电池/电网作为最低NPC架构。总体而言，基准成本最优性、固定设计可转移性和适应需求是截然不同的、依赖于架构的规划考量。
随着全球向低碳电力系统过渡，结合了互补能源、储能与电网交互的混合可再生能源系统(HRESs)日益受到关注。混合化能够缓解单一可再生能源的易变性，并在各组成技术表现出互补运行特性时提高供应充足度与资源利用率。然而，混合可再生能源系统的最优设计高度依赖于当地资源可用性、需求模式、储能行为、组件成本和运行策略。尽管已有大量研究，但在电网存在但不可靠的条件下，针对住宅区并网混合系统的比较研究仍然有限，现有文献往往只评估单一配置，难以在相同边界条件下对比包含或排除光伏、风电或蓄电池的影响，且未充分探讨最低NPC与运行排放之间的权衡。基于埃及丰富的太阳能、可行的风能资源以及在电网中断时维持供电的需求，开展此项研究，以在一致的停电假设下评估住宅区并网配置的性能。该研究成果发表在《Electricity》期刊上。
在研究方法上，研究人员选取了包含100户家庭的埃及住宅区作为样本队列来源。采用基于仿真的单目标优化框架，以净现成本(NPC)为唯一优化目标，对风电/蓄电池/电网、光伏/风电/蓄电池/电网、光伏/蓄电池/电网和光伏/风电/电网四种架构进行了仿真优化。系统采用了Suntech 325光伏组件、Eocycle EO20风力发电机和铅酸蓄电池。研究方法包括基准条件下的8760小时时序仿真与优化、经济性与可靠性指标的事后比较评估、关键参数的确定性敏感性分析，以及区分固定设计与自适应重设计的受控严重停电评估。
在基准情景优化与性能比较研究中，发现光伏/风电/蓄电池/电网配置实现了最低的NPC（481,851美元）和LCOE（0.0711美元/kWh），其可再生能源比例为73.8%。风电/蓄电池/电网配置虽然实现了零未供电能，但由于需要842个蓄电池单元，其NPC较高。光伏/蓄电池/电网配置在生命周期和运行指标中表现最差。而光伏/风电/电网配置虽然实现了99.4%的最高可再生能源比例和最低的CO2排放，但需要庞大的发电装机容量，导致其NPC是其他配置的十二倍。
在基准停电情景的可靠性评估研究中，结果表明所有配置都维持了较高的供应充足度。风电/蓄电池/电网达到了100%的能源供应可用性；光伏/风电/电网通过大规模扩大发电装机实现了99.9891%的可用性；最低NPC的光伏/风电/蓄电池/电网配置在具有较低生命周期成本的同时也保持了99.9665%的高可用性。
在生命周期成本、可再生能源比例与电网相关运行CO2排放的权衡研究中，证明了实现极高的可再生能源比例需要支付高昂的成本溢价。光伏/风电/电网虽然在减排上效果显著，但其生命周期成本大幅增加。这表明在以NPC为唯一优化目标时，诸项指标间存在明显的权衡。
在配置与仅电网供电的基准比较研究中，发现仅电网供电是货币成本最低的选项，其NPC为369,414美元。而最优混合配置虽然NPC溢价了30.4%，但将年度未供电能降低了98.5%，并将运行CO2排放减少了65.0%。这表明混合配置应被视为对改善供应充足度和降低排放的投资。
在严重电网停电条件下的受控固定设计与自适应评估研究中，通过比较固定设计（S-FIX）和自适应重优化设计（S-OPT），发现不同架构在电网条件恶化时的表现差异显著。固定设计评估表明，基准性能优异的配置在严重条件下未必表现最好。自适应重优化研究表明，对于含蓄电池的三个架构，重优化将未供电能降低了73.2%至97.2%，但所需的物理调整截然不同。风电/蓄电池/电网在固定设计下退化最严重，但自适应调整所需的蓄电池和转换器容量增幅很小；光伏/风电/蓄电池/电网固定设计性能较强，但重优化需要大幅增加约47%的储能容量；光伏/蓄电池/电网则需要同时扩大发电、储能和转换容量。
在讨论部分，研究总结指出，基准条件下的成本最优性、固定设计在条件恶化时的可转移性以及条件变化后的适应需求，是三个独立的且高度依赖于系统架构的规划考量因素。固定设计退化的严重程度并不直接决定后续适应需求的大小或组成。在确定性±10%敏感性分析中，光伏/风电/蓄电池/电网始终保持着最低NPC架构的地位，表明该排名具有局部稳定性。综合研究结果来看，为了进行可靠的系统规划，必须明确区分原始条件下的最优设计、该设计在电网可靠性下降时的性能维持能力，以及为适应新条件所需的物理与经济调整要求。未来的研究应扩展至概率性多年条件、动态电价、替代储能技术以及全生命周期环境评估等领域。
