基于光伏電站場景下的梯次電池儲能經濟性分析
光伏產業網訊
發布日期：2017-12-20
核心提示：
近年來，應用梯次電池儲能已成為研究熱點，但成本仍是制約電池儲能大規模應用的主要因素。對于退役動力電池，直接報廢回收處理會對環境造成極大的危害，同時也是對電池價值的巨大浪費。
1.研究背景
近年來，應用梯次電池儲能已成為研究熱點，但成本仍是制約電池儲能大規模應用的主要因素。對于退役動力電池，直接報廢回收處理會對環境造成極大的危害，同時也是對電池價值的巨大浪費。退役動力電池雖然無法滿足在電動汽車應用領域的性能要求，但仍可在其他場合發揮其作用，一個最主要的用途就是用于儲能領域。對退役動力電池進行梯次利用，可充分發揮動力電池的容量價值、延長使用壽命。研究動力電池的梯次利用技術，對于推動電力行業的健康綠色發展、儲能系統的推廣應用以及節能環保具有重要的社會意義和巨大的經濟效益。大規模可再生能源并網時，通過配置儲能系統平抑功率波動，可以實現能量的平穩轉移。以某光伏電站為應用場景，分析梯次電池儲能在平抑光伏功率波動這一應用模式下的優化規劃并評估其經濟性。建立光伏電站儲能系統優化規劃和經濟性評估模型，以滿足并網波動率限制下儲能容量成本最小為目標函數，采用人工魚群算法進行優化求解，并通過對比常規儲能系統評估梯次電池的經濟性。選取相關算例進行分析，結果表明模型具有一定的合理性和有效性。
2.梯次電池儲能用于光伏電站的規劃模型
在可計算得到梯次電池的循環壽命和日歷壽命的基礎上，本節提出以梯次電池儲能系統所能產生的使用價值為依據的配置梯次電池儲能系統的成本估算方法。梯次電池儲能系統的成本由初始購買成本和運行維護成本構成。初始購買成本(折算到等年值)由容量成本(梯次儲能電池成本)和功率成本(儲能變流器成本)組成，可下由式計算：
采用AFSA能夠具有較快的收斂速度，可以用于解決有實時性要求的問題，在本文中對求解精度要求不高，可以通過AFSA快速得出解。采用AFSA進行光伏電站儲能優化配置和經濟性評估模型的優化求解步驟如圖1所示。
圖1人工魚群算法流程
針對梯次儲能電池單位容量的購買費用CE_sec，從梯次電池用于儲能所能產生的使用價值角度出發來進行評估，與常規儲能電池的使用價值相比較，梯次電池用于儲能系統產生的使用價值可由下式估計其單位容量購買費用CE_sec。
單位容量梯次儲能電池運行維護費用KE_sec隨梯次電池初始容量保持率變化，以鋰離子電池為例，不同初始容量保持率的梯次電池對應的運行維護單價如表1所示。
表1不同容量保持率的鋰電池對應的運行維護單價
3.算例分析
在本文中選取河北張家口風光儲能電站的數據進行算例分析，其裝機容量Pins為40MW，功率數據采樣間隔Δt=1min，即一個典型日內共采1440個點。由于光伏發電夜間出力為0，因此只考慮每天從6:00時至19:00時的出力數據。模型所需各參數如表2所示。
表2模型所需各參數
采用人工魚群算法對所建模型進行優化求解，AFSA算法參數設置如下：最大迭代次數為100;魚群規模為30;視野范圍為6-12;最大步長為3-5;擁擠度因子為0.628;T為4-8;安全度系數為0.9;則求解得到該光伏電站配置儲能系統的額定容量為2.2189MW˙h，額定功率為3.9259MW。圖2為典型日光伏電站實測功率、馬爾可夫預測功率以及光伏并網功率曲線。圖3為儲能電池充放電功率及荷電狀態變化曲線。
圖2光伏實測功率和預測功率以及并網功率曲線
圖3儲能電池充放電功率以及荷電狀態變化曲線
由所述計算梯次電池等效循環壽命的方法，根據儲能電池的荷電狀態計算得到電池在該典型日內的等效完全充放電次數Nday=3.3502次。通過計算得到配置常規儲能系統和梯次儲能系統的成本，同時對比梯次儲能系統單位容量分別為990.8元/(kW˙h)、800元/(kW˙h)、600元/(kW˙h)時的情況，得到如表3所示的經濟性對比結果。
表3配置常規儲能和梯次儲能系統的經濟性對比
從表3中可以看出，當梯次儲能系統單位容量的購買價格CE取1270元/(kW˙h)時，梯次儲能系統的購買成本和運維成本均高于常規儲能系統，說明該情況下配置梯次儲能系統相較于常規儲能并不具有優勢;當CE取990.8元/(kW˙h)時，配置梯次儲能與配置常規儲能的總成本相同;當CE取800元/(kW˙h)和600元/(kW˙h)時，配置梯次儲能的成本低于常規儲能系統。由以上分析可說明，在光伏電站應用場景中，考慮經濟性的前提下，當梯次儲能單位容量購買價格CE小于990.8元/(kW˙h)時，該模型能夠帶來一定的經濟效益。
4.結束語
本文以某光伏電站為應用場景，建立光伏電站儲能系統優化規劃和經濟性評估模型，以滿足并網波動率限制下儲能容量成本最小為目標函數，分析梯次電池儲能在平抑光伏功率波動這一應用模式下的優化規劃并對其進行經濟性評估。采用AFSA進行優化求解，并對比常規儲能系統，以此來評價梯次電池儲能的經濟性，算例分析結果表明了模型的合理性和有效性。