中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：1.研究背景
近年來，應(yīng)用梯次電池儲(chǔ)能已成為研究熱點(diǎn)， 但成本仍是制約電池儲(chǔ)能大規(guī)模應(yīng)用的主要因素。對(duì)于退役動(dòng)力電池，直接報(bào)廢回收處理會(huì)對(duì)環(huán)境造成極大的危害，同時(shí)也是對(duì)電池價(jià)值的巨大浪費(fèi)。退役動(dòng)力電池雖然無法滿足在電動(dòng)汽車應(yīng)用領(lǐng)域的性能要求，但仍可在其他場(chǎng)合發(fā)揮其作用，一個(gè)最主要的用途就是用于儲(chǔ)能領(lǐng)域。對(duì)退役動(dòng)力電池進(jìn)行梯次利用，可充分發(fā)揮動(dòng)力電池的容量?jī)r(jià)值、延長(zhǎng)使用壽命。研究動(dòng)力電池的梯次利用技術(shù)，對(duì)于推動(dòng)電力行業(yè)的健康綠色發(fā)展、 儲(chǔ)能系統(tǒng)的推廣應(yīng)用以及節(jié)能環(huán)保具有重要的社會(huì)意義和巨大的經(jīng)濟(jì)效益。大規(guī)?？稍偕茉床⒕W(wǎng)時(shí)，通過配置儲(chǔ)能系統(tǒng)平抑功率波動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)能量的平穩(wěn)轉(zhuǎn)移。以某光伏電站為應(yīng)用場(chǎng)景，分析梯次電池儲(chǔ)能在平抑光伏功率波動(dòng)這一應(yīng)用模式下的優(yōu)化規(guī)劃并評(píng)估其經(jīng)濟(jì)性。建立光伏電站儲(chǔ)能系統(tǒng)優(yōu)化規(guī)劃和經(jīng)濟(jì)性評(píng)估模型，以滿足并網(wǎng)波動(dòng)率限制下儲(chǔ)能容量成本最小為目標(biāo)函數(shù)，采用人工魚群算法進(jìn)行優(yōu)化求解，并通過對(duì)比常規(guī)儲(chǔ)能系統(tǒng)評(píng)估梯次電池的經(jīng)濟(jì)性。選取相關(guān)算例進(jìn)行分析，結(jié)果表明模型具有一 定的合理性和有效性。
2.梯次電池儲(chǔ)能用于光伏電站的規(guī)劃模型
在可計(jì)算得到梯次電池的循環(huán)壽命和日歷壽命的基礎(chǔ)上，本節(jié)提出以梯次電池儲(chǔ)能系統(tǒng)所能產(chǎn)生的使用價(jià)值為依據(jù)的配置梯次電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的成本估算方法。梯次電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的成本由初始購買成本和運(yùn)行維護(hù)成本構(gòu)成。初始購買成本（折算到等年值）由容量成本（梯次儲(chǔ)能電池成本）和功率成本（儲(chǔ)能變流器成本）組成，可下由式計(jì)算：
采用AFSA能夠具有較快的收斂速度，可以用于解決有實(shí)時(shí)性要求的問題，在本文中對(duì)求解精度要求不高，可以通過AFSA快速得出解。采用AFSA進(jìn)行光伏電站儲(chǔ)能優(yōu)化配置和經(jīng)濟(jì)性評(píng)估模型的優(yōu)化求解步驟如圖1所示。
圖1 人工魚群算法流程
針對(duì)梯次儲(chǔ)能電池單位容量的購買費(fèi)用CE_sec，從梯次電池用于儲(chǔ)能所能產(chǎn)生的使用價(jià)值角度出發(fā)來進(jìn)行評(píng)估，與常規(guī)儲(chǔ)能電池的使用價(jià)值相比較，梯次電池用于儲(chǔ)能系統(tǒng)產(chǎn)生的使用價(jià)值可由下式估計(jì)其單位容量購買費(fèi)用CE_sec。
單位容量梯次儲(chǔ)能電池運(yùn)行維護(hù)費(fèi)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(duì)應(yīng)的運(yùn)行維護(hù)單價(jià)如表1所示。
表1 不同容量保持率的鋰電池對(duì)應(yīng)的運(yùn)行維護(hù)單價(jià)
3.算例分析
在本文中選取河北張家口風(fēng)光儲(chǔ)能電站的數(shù)據(jù)進(jìn)行算例分析，其裝機(jī)容量Pins為40MW，功率數(shù)據(jù)采樣間隔Δt=1min，即一個(gè)典型日內(nèi)共采1440個(gè)點(diǎn)。由于光伏發(fā)電夜間出力為0，因此只考慮每天從6:00時(shí)至19:00時(shí)的出力數(shù)據(jù)。模型所需各參數(shù)如表2所示。
表2 模型所需各參數(shù)
采用人工魚群算法對(duì)所建模型進(jìn)行優(yōu)化求解，AFSA算法參數(shù)設(shè)置如下：最大迭代次數(shù)為100；魚群規(guī)模為30；視野范圍為6-12；最大步長(zhǎng)為3-5；擁擠度因子為0.628；T為4-8；安全度系數(shù)為0.9；則求解得到該光伏電站配置儲(chǔ)能系統(tǒng)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(shí)測(cè)功率、馬爾可夫預(yù)測(cè)功率以及光伏并網(wǎng)功率曲線。圖3為儲(chǔ)能電池充放電功率及荷電狀態(tài)變化曲線。
圖2 光伏實(shí)測(cè)功率和預(yù)測(cè)功率以及并網(wǎng)功率曲線
圖3 儲(chǔ)能電池充放電功率以及荷電狀態(tài)變化曲線
由所述計(jì)算梯次電池等效循環(huán)壽命的方法， 根據(jù)儲(chǔ)能電池的荷電狀態(tài)計(jì)算得到電池在該典型日內(nèi)的等效完全充放電次數(shù)Nday=3.3502次。通過計(jì)算得到配置常規(guī)儲(chǔ)能系統(tǒng)和梯次儲(chǔ)能系統(tǒng)的成本，同時(shí)對(duì)比梯次儲(chǔ)能系統(tǒng)單位容量分別為990.8元/（kW·h）、800元/（kW·h）、600元/（kW·h）時(shí)的情況，得到如表3所示的經(jīng)濟(jì)性對(duì)比結(jié)果。
表3 配置常規(guī)儲(chǔ)能和梯次儲(chǔ)能系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性對(duì)比
從表3中可以看出，當(dāng)梯次儲(chǔ)能系統(tǒng)單位容量的購買價(jià)格CE取1270元/（kW·h）時(shí)，梯次儲(chǔ)能系統(tǒng)的購買成本和運(yùn)維成本均高于常規(guī)儲(chǔ)能系統(tǒng)，說明該情況下配置梯次儲(chǔ)能系統(tǒng)相較于常規(guī)儲(chǔ)能并不具有優(yōu)勢(shì)；當(dāng)CE取990.8元/（kW·h）時(shí)，配置梯次儲(chǔ)能與配置常規(guī)儲(chǔ)能的總成本相同；當(dāng)CE取800元/（kW·h）和600元/（kW·h）時(shí)，配置梯次儲(chǔ)能的成本低于常規(guī)儲(chǔ)能系統(tǒng)。由以上分析可說明，在光伏電站應(yīng)用場(chǎng)景中，考慮經(jīng)濟(jì)性的前提下，當(dāng)梯次儲(chǔ)能單位容量購買價(jià)格CE小于990.8元/（kW·h）時(shí)，該模型能夠帶來一定的經(jīng)濟(jì)效益。
4.結(jié)束語
本文以某光伏電站為應(yīng)用場(chǎng)景，建立光伏電站儲(chǔ)能系統(tǒng)優(yōu)化規(guī)劃和經(jīng)濟(jì)性評(píng)估模型，以滿足并網(wǎng)波動(dòng)率限制下儲(chǔ)能容量成本最小為目標(biāo)函數(shù)，分析梯次電池儲(chǔ)能在平抑光伏功率波動(dòng)這一應(yīng)用模式下的優(yōu)化規(guī)劃并對(duì)其進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性評(píng)估。采用AFSA進(jìn)行優(yōu)化求解，并對(duì)比常規(guī)儲(chǔ)能系統(tǒng)，以此來評(píng)價(jià)梯次電池儲(chǔ)能的經(jīng)濟(jì)性，算例分析結(jié)果表明了模型的合理性和有效性。
作者介紹
劉大賀1, 韓曉娟1, 李建林2
1.華北電力大學(xué) 2.中國(guó)電力科學(xué)研究院
