CN112583036B - 一种多能源船舶分布式储能容量配置方式 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及新能源船舶技术领域，具体地说，是一种多能源船舶分布式储能容量配置方式，包括如下步骤：根据具体船型确定负荷需求，并对柴油发电机，光伏发电系统，风电系统的出力情况进行分析；利用贪婪算法确定储能装置数量；根据各电源的出力情况对各电源所需的储能装置数量进行分配；根据船体重心对各电源配置的储能装置进行位置的选取。本发明采用贪婪算法对不同单位重量价值的储能装置进行容量配置，保证了船舶储能系统容量的合理配置，增强了船舶运行的经济性和可靠性。对新能源采用分布式储能部署，保证了新能源的充分参与，提高新能源的利用效率，降低传统燃料损耗。

Description

一种多能源船舶分布式储能容量配置方式
技术领域
本发明涉及新能源船舶技术领域，具体地说，是一种多能源船舶分布式储能容量配置方式。
背景技术
《2017年全球可再生能源现状报告》指出，中国可再生能源(不含水电)装机容量已居世界之首。但是船舶电网不同于陆地大电网，分布式新能源的接入使得电力系统安全稳定问题也随之增加。储能技术为解决这些问题提供了新的方法，电力储能技术己被公认是未来电力系统中的重要组成部分，对电力安全、新能源发电的规模化应用都有着重要的意义。目前已经有很多学者对其进行了研究。由于目前储能的成本还比较高，大容量的储能装置实施还不太现实，所以储能的容量配置就成为了一个必须解决的问题。
目前多能源船舶的分布式储能容量配置研究还处于开始阶段，大部分学者只是简单的根据特定船舶的负荷需求和各电源出力情况来确定储能系统的容量，没有考虑储能装置自身重量带来的损耗问题以及光电，风电等分布式新能源接入后也需要分布式储能来针对各电源进行能量储存的问题。
现行船舶在储能容量配置上多以经济性为目标，以初始安装成本和运行老化折旧成本为参考，利用粒子群算法对船舶储能系统进行容量配置，在一定程度上可以实现储能装置在船舶上的应用。
目前船舶储能容量配置以经济性为目标，忽略了储能装置本身重量可能带来的损耗，而且功率型储能装置和能量型储能装置在能量密度，容量，响应时间等方面都不相同，即它们的单位重量价值不同，在对储能系统进行容量配置时应考虑这点。
新能源，比如光伏，风电本身存在着不稳定，发电不可调度性缺点，在这些新能源加入的船舶中进行储能容量配置时需要进行分布式储能，目前的储能容量配置方法没有考虑到。
发明内容
本发明的目的是提供一种多能源船舶分布式储能容量配置方式，在现有的储能容量配置基础上，考虑储能装置本身重量带来的能量损耗以及储能装置DOD带来的容量折算变化，优化储能系统容量配置方法。同时，根据新能源的不可调度性，建立分布式储能系统，提高船舶对新能源的利用，降低传统燃料损耗，提高船舶运行经济性和可靠性。
本发明采用的具体技术方案如下：
一种多能源船舶分布式储能容量配置方式，包括如下步骤：
S1：根据具体船型确定负荷需求，并对柴油发电机，光伏发电系统，风电系统的出力情况进行分析；
S2：利用贪婪算法确定储能装置数量；
S3：根据各电源的出力情况对各电源所需的储能装置数量进行分配；
S4：根据船体重心对各电源配置的储能装置进行位置的选取。
本发明的进一步改进，上述贪婪算法在应用时需考虑下列约束条件：
重量约束：
Figure BDA0002809858350000021
上式中，
Figure BDA0002809858350000022
表示因储能装置重量增加而造成的额外需要消耗的能量
ER表示船舶电力系统的最大负载能量的变化量；
储能数量约束：
Nmin≤NESS≤Nmax
上式中，NESS为储能系统安装数量，Nmin、Nmax为储能最大，最小安装数量；
DOD放电深度约束：
Figure BDA0002809858350000023
功率平衡约束：
Pd(t)+PPv(t)+PESS(t)＝PLoad(t)
上式中，Pd(t)为柴油机功率，PPv(t)为新能源发电功率，PESS(t)为储能系统功率，PLoad(t)为负荷功率。
本发明的进一步改进，贪婪算法在配置能量型储能装置和功率型储能装置时，需要计算两种储能装置的单位重量价值，并以此为指标，选择单位重量价值比较高的储能装置，并尽可能多的将该储能装置配置进船舶电力系统；最后，在得到船舶总的储能装置数量后，根据柴油发电机，光伏发电系统，风电系统的出力情况对储能装置进行分配，并根据油轮重心对各电源配置的储能装置进行位置的选取，保证油轮整体的稳定性和可靠性。
本发明的有益效果：本发明采用贪婪算法对不同单位重量价值的储能装置进行容量配置，保证了船舶储能系统容量的合理配置，增强了船舶运行的经济性和可靠性。对新能源采用分布式储能部署，保证了新能源的充分参与，提高新能源的利用效率，降低传统燃料损耗。
附图说明
图1是本发明多能源船舶分布式储能容量配置流程图。
图2是本发明多能源船舶系统结构简图。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述，该实施例仅用于解释本发明，并不对本发明的保护范围构成限定。
实施例：如图1和图2所示，一种多能源船舶分布式储能容量配置方式，包括如下步骤：
S1：根据具体船型确定负荷需求，并对柴油发电机，光伏发电系统，风电系统的出力情况进行分析；
S2：利用贪婪算法确定储能装置数量；
S3：根据各电源的出力情况对各电源所需的储能装置数量进行分配；
S4：根据船体重心对各电源配置的储能装置进行位置的选取。
以一艘远洋油轮为例，该船型已被研究证明适合安装光伏发电系统以及风电系统，其航线也已知，光伏出力情况和风电出力情况已被统计出来。该船航行时负荷最大时达到1790KW，负荷最小时有490KW；配置太阳能电池板2000块，转筒风帆8组。以其运行10h为一段实验时间，需要消耗约9050KWh的能量。
光伏发电系统最大功率212KW，风电系统最大83KW，四台柴油发电机最大功率1800KW，在船舶航行时将柴油机的运行效率稳定在85％，即1530KW。
储能装置厂商从储能装置的寿命角度考虑，将储能装置的SOC范围定义在15％-65％，即放电深度在50％。
根据目前学者对锂电池的研究，每增加一个锂电池单元，重量增加76g，需要多其能量的1％(约0.01KWh)来提供这个重量带来的额外消耗。但是船舶上一般采用混合储能，即能量型储能装置和功率型储能装置进行搭配，这两种类型的储能装置单位重量价值都不同，本实施例中仅考虑锂电池。
因此，贪婪算法在应用时需考虑下列约束条件：
重量约束：
NB，sNB，P(EB，cell-0.01)≥9050
上式中，
Figure BDA0002809858350000041
表示因储能装置重量增加而造成的额外需要消耗的能量ER表示船舶电力系统的最大负载能量的变化量；
储能数量约束：
Nmin≤NESS≤Nmax
上式中，NESS为储能系统安装数量，Nmin、Nmax为储能最大，最小安装数量；
DOD放电深度约束：
15％≤SOCi≤65％
功率平衡约束：
Pd(t)+PPv(t)+PESS(t)＝PLoad(t)
上式中，Pd(t)为柴油机功率，PPv(t)为新能源发电功率，PESS(t)为储能系统功率，PLoad(t)为负荷功率。
然后，贪婪算法在配置能量型储能装置和功率型储能装置时，需要计算两种储能装置的单位重量价值，并以此为指标，选择单位重量价值比较高的储能装置，并尽可能多的将该储能装置配置进船舶电力系统。
最后，在得到船舶总的储能装置数量后，根据柴油发电机，光伏发电系统，风电系统的出力情况对储能装置进行分配，并根据油轮重心对各电源配置的储能装置进行位置的选取，保证油轮整体的稳定性和可靠性。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种多能源船舶分布式储能容量配置方式，其特征在于，包括如下步骤：
S1：根据具体船型确定负荷需求，并对柴油发电机，光伏发电系统，风电系统的出力情况进行分析；
S2：利用贪婪算法确定储能装置数量；
S3：根据各电源的出力情况对各电源所需的储能装置数量进行分配；
S4：根据船体重心对各电源配置的储能装置进行位置的选取；
所述S2中贪婪算法中，首先，在配置能量型储能装置和功率型储能装置时，计算两种储能装置的单位重量价值，并以此为指标，然后，选择单位重量价值比较高的储能装置，将该储能装置配置进船舶电力系统，最后，在得到船舶总的储能装置数量后，根据柴油发电机，光伏发电系统，风电系统的出力情况对储能装置进行分配，并根据油轮重心对各电源配置的储能装置进行位置的选取，保证油轮整体的稳定性和可靠性。
2.根据权利要求1所述的多能源船舶分布式储能容量配置方式，其特征在于，所述S2中贪婪算法考虑下列约束条件：
重量约束：
Figure FDA0004133671400000011
上式中，
Figure FDA0004133671400000012
表示因储能装置重量增加而造成的额外需要消耗的能量，ER表示船舶电力系统的最大负载能量的变化量。
3.根据权利要求2所述的多能源船舶分布式储能容量配置方式，其特征在于，所述S2中贪婪算法考虑下列约束条件：
储能数量约束：
Nmin≤NESS≤Nmax
上式中，NESS为储能系统安装数量，Nmin、Nmax为储能最大，最小安装数量。
4.根据权利要求3所述的多能源船舶分布式储能容量配置方式，其特征在于，所述S2中贪婪算法考虑下列约束条件：
DOD放电深度约束：
Figure FDA0004133671400000021
5.根据权利要求4所述的多能源船舶分布式储能容量配置方式，其特征在于，所述S2中贪婪算法考虑下列约束条件：
功率平衡约束：
Pd(t)+PPv(t)+PESS(t)＝PLoad(t)
上式中，Pd(t)为柴油机功率，PPv(t)为新能源发电功率，PESS(t)为储能系统功率，PLoad(t)为负荷功率。
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