中國儲能網(wǎng)訊：1.研究背景
近年來，應(yīng)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(guī)模應(yīng)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(huán)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(yīng)用領(lǐng)域的性能要求，但仍可在其他場合發(fā)揮其作用，一個最主要的用途就是用于儲能領(lǐng)域。對退役動力電池進行梯次利用，可充分發(fā)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(shù)，對于推動電力行業(yè)的健康綠色發(fā)展、 儲能系統(tǒng)的推廣應(yīng)用以及節(jié)能環(huán)保具有重要的社會意義和巨大的經(jīng)濟效益。大規(guī)?？稍偕茉床⒕W(wǎng)時，通過配置儲能系統(tǒng)平抑功率波動，可以實現(xiàn)能量的平穩(wěn)轉(zhuǎn)移。以某光伏電站為應(yīng)用場景，分析梯次電池儲能在平抑光伏功率波動這一應(yīng)用模式下的優(yōu)化規(guī)劃并評估其經(jīng)濟性。建立光伏電站儲能系統(tǒng)優(yōu)化規(guī)劃和經(jīng)濟性評估模型，以滿足并網(wǎng)波動率限制下儲能容量成本最小為目標函數(shù)，采用人工魚群算法進行優(yōu)化求解，并通過對比常規(guī)儲能系統(tǒng)評估梯次電池的經(jīng)濟性。選取相關(guān)算例進行分析，結(jié)果表明模型具有一 定的合理性和有效性。
2.梯次電池儲能用于光伏電站的規(guī)劃模型
在可計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)提出以梯次電池儲能系統(tǒng)所能產(chǎn)生的使用價值為依據(jù)的配置梯次電池儲能系統(tǒng)的成本估算方法。梯次電池儲能系統(tǒng)的成本由初始購買成本和運行維護成本構(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(yōu)化配置和經(jīng)濟性評估模型的優(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(chǎn)生的使用價值角度出發(fā)來進行評估，與常規(guī)儲能電池的使用價值相比較，梯次電池用于儲能系統(tǒng)產(chǎn)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(yīng)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(yīng)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(shù)據(jù)進行算例分析，其裝機容量Pins為40MW，功率數(shù)據(jù)采樣間隔Δt=1min，即一個典型日內(nèi)共采1440個點。由于光伏發(fā)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(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所建模型進行優(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測功率、馬爾可夫預(yù)測功率以及光伏并網(wǎng)功率曲線。圖3為儲能電池充放電功率及荷電狀態(tài)變化曲線。
圖2 光伏實測功率和預(yù)測功率以及并網(wǎng)功率曲線
圖3 儲能電池充放電功率以及荷電狀態(tài)變化曲線
由所述計算梯次電池等效循環(huán)壽命的方法， 根據(jù)儲能電池的荷電狀態(tài)計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。通過計算得到配置常規(guī)儲能系統(tǒng)和梯次儲能系統(tǒng)的成本，同時對比梯次儲能系統(tǒng)單位容量分別為990.8元/（kW·h）、800元/（kW·h）、600元/（kW·h）時的情況，得到如表3所示的經(jīng)濟性對比結(jié)果。
表3 配置常規(guī)儲能和梯次儲能系統(tǒng)的經(jīng)濟性對比
從表3中可以看出，當梯次儲能系統(tǒng)單位容量的購買價格CE取1270元/（kW·h）時，梯次儲能系統(tǒng)的購買成本和運維成本均高于常規(guī)儲能系統(tǒng)，說明該情況下配置梯次儲能系統(tǒng)相較于常規(guī)儲能并不具有優(yōu)勢；當CE取990.8元/（kW·h）時，配置梯次儲能與配置常規(guī)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(guī)儲能系統(tǒng)。由以上分析可說明，在光伏電站應(yīng)用場景中，考慮經(jīng)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(jīng)濟效益。
4.結(jié)束語
本文以某光伏電站為應(yīng)用場景，建立光伏電站儲能系統(tǒng)優(yōu)化規(guī)劃和經(jīng)濟性評估模型，以滿足并網(wǎng)波動率限制下儲能容量成本最小為目標函數(shù)，分析梯次電池儲能在平抑光伏功率波動這一應(yīng)用模式下的優(yōu)化規(guī)劃并對其進行經(jīng)濟性評估。采用AFSA進行優(yōu)化求解，并對比常規(guī)儲能系統(tǒng)，以此來評價梯次電池儲能的經(jīng)濟性，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 2.中國電力科學研究院
