CN113554272B - 一种电化学储能电站全生命周期内增补方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种应用于电化学储能电站全生命周期内的增补方法，包括以下步骤：1)根据电池使用年限确定电池储能系统的所有增补年份方案；2)根据电化学储能电站电池衰减特性、最低输出容量需求、功率和容量配比需求测定在不同增补年份方案A下，需要增补年份的电池和PCS的增补量
Figure DDA0003121247000000011
和
Figure DDA0003121247000000012
从而确定不同的增补方案；3)根据电池和PCS设备价格
Figure DDA0003121247000000013
和
Figure DDA0003121247000000014
土建价格
Figure DDA0003121247000000015
和
Figure DDA0003121247000000016
以及施工成本
Figure DDA0003121247000000017
和
Figure DDA0003121247000000018
增补改造带来的影响成本
Figure DDA0003121247000000019
等确定不同增补方案下的全生命周期内的经济性。4)通过比较得到最优的增补方案。本发明的优点为：所需参数少，计算准确度好，可通过编程或excel快速计算，能在电化学电站建设初期计算全生命周期内增补成本从而节省电站总体投资。

Description

一种电化学储能电站全生命周期内增补方法
技术领域
本发明涉及电化学储能规划和配置领域，具体涉及一种电化学储能电站增补方法。
背景技术
目前电化学储能发展迅猛，尤其是在海外市场上正在开展大量大规模的电化学储能系统的项目，项目多以锂离子电池为主的电化学储能系统。
但是，目前对于锂离子电池经济性配置的研究多从初始安装的角度展开，即确定在新能源、电网侧等储能场景下储能容量的合理配置，但是并没有考虑到随着运行时间的增长储能系统存在着较大程度的衰减，以通过运维期的增补保证运行的稳定性和全生命周期的经济性。
发明内容
本发明的目的是提供一种保证生命周期内储能的容量以及确保整个储能系统在全生命周期内成本最低的储能系统增补配置方案。为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现：
一种电化学储能电站全生命周期内增补方法，包括如下步骤：
S1)假设储能系统的增补年份，如果第i年储能系统会增补，则ai＝1，如果不增补，则ai＝0，建立储能增补年份方案集
Figure BDA0003121246980000011
其中，T为储能系统的运行生命年限；A0等为储能增补年份方案集中元素为储能系统增补年份方案，不同的储能系统增补年份方案Ak可以通过计算k的二进制数得到具体的增补年份方案，即对于增补年份方案Ak满足
Figure BDA0003121246980000012
S2)计算在不同增补年份方案Ak下，储能系统电池的增补量：
若ai＝0，电池增补量
Figure BDA0003121246980000021
若ai＝1，电池增补量
Figure BDA0003121246980000022
满足
Figure BDA0003121246980000023
其中，t满足at＝1且
Figure BDA0003121246980000024
i＜τ＜t，或者当满足
Figure BDA0003121246980000025
i＜τ＜T时，t＝T，Mre为电化学储能系统在整个生命周期内要求的最低输出功率，Mi为第i年电池的衰减系数；
S3)计算在不同增补年份方案Ak下，储能系统PCS的增补量：
若ai＝0，电池增补量
Figure BDA0003121246980000026
若ai＝1，电池增补量
Figure BDA0003121246980000027
满足
Figure BDA0003121246980000028
S4)根据储能设备成本P、土建成本Q以及施工成本R，计算不同增补年份方案Ak的储能成本，计算方式为：
Figure BDA0003121246980000029
其中，Pi、Qi和Ri分别为储能系统在运行第i年的设备成本、土建成本以及施工成本；
S5)对比不同储能不同增补年份方案Ak下的储能系统全生命周期成本Fk，从而选择最小成本的储能增补方案。
进一步的，根据运行情况，假设初始安装为第0年运行，则运行第i年的设备成本Pi为：
Figure BDA00031212469800000210
其中，
Figure BDA00031212469800000211
和
Figure BDA00031212469800000212
分别为初始和第i年的电池设备价格，
Figure BDA00031212469800000213
和
Figure BDA00031212469800000214
分别为初始和第i年的PCS设备价格，
Figure BDA00031212469800000215
为电缆、开关柜等辅助设备的价格。
进一步的，根据运行情况，假设初始安装为第0年运行，则运行第i年的土建成本Qi为：
Figure BDA0003121246980000031
其中，
Figure BDA0003121246980000032
和
Figure BDA0003121246980000033
分别为初始和第i年的电池土建成本，
Figure BDA0003121246980000034
和
Figure BDA0003121246980000035
分别为初始和第i年的PCS土建成本。
Figure BDA0003121246980000036
和
Figure BDA0003121246980000037
分别为辅助设备的土建成本和固定土建成本。
进一步的，根据运行情况，假设初始安装为第0年运行，则运行第i年的土建成本Ri为：
Figure BDA0003121246980000038
其中，
Figure BDA0003121246980000039
和
Figure BDA00031212469800000310
分别为初始和第i年的电池施工成本，
Figure BDA00031212469800000311
和
Figure BDA00031212469800000312
分别为初始和第i年的PCS施工成本，
Figure BDA00031212469800000313
为储能系统增补所带来的电厂停电损失等。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
本发明的电化学储能电站增补方法，能够保证生命周期内储能的容量以及确保整个储能系统在全生命周期内成本最低，可通过编程或excel快速计算预估，能在电站建设初期即预估出电化学储能系统配置方案。
附图说明
图1为本发明实施例中的某电化学储能项目增补配置方案对比图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的实施例作进一步详细的描述。
本发明提供的一种电化学储能电站全生命周期内增补方法，包括如下步骤：
S1)根据电池使用年限确定电池储能系统的所有增补年份方案。
假设储能系统的增补年份，如果第i年储能系统会增补，则ai＝1，如果不增补ai＝0，建立储能增补年份方案集
Figure BDA00031212469800000314
其中，T为储能系统的运行生命年限；A0等为储能增补年份方案集中元素为储能系统增补年份方案，不同的储能系统增补年份方案Ak可以通过计算k的二进制数得到具体的增补年份方案。即对于增补年份方案Ak满足
Figure BDA0003121246980000041
S2)计算在不同增补年份方案Ak下，储能系统电池的增补量：
若ai＝0，电池增补量
Figure BDA0003121246980000042
若ai＝1，电池增补量
Figure BDA0003121246980000043
满足
Figure BDA0003121246980000044
其中，t满足at＝1且
Figure BDA0003121246980000045
i＜τ＜t，或者当满足
Figure BDA0003121246980000046
i＜τ＜T时，t＝T。Mre为电化学储能系统在整个生命周期内要求的最低输出功率，Mi为第i年电池的衰减系数。
S3)计算在不同增补年份方案Ak下，储能系统PCS的增补量：
若ai＝0，电池增补量
Figure BDA0003121246980000047
若ai＝1，电池增补量
Figure BDA0003121246980000048
满足
Figure BDA0003121246980000049
这样，根据电化学储能电站电池衰减特性、最低输出容量需求、功率和容量配比需求测定在不同增补年份方案A下，需要增补年份的电池和PCS的增补量
Figure BDA00031212469800000410
和
Figure BDA00031212469800000411
从而确定不同的增补方案；
S4)根据储能设备成本P、土建成本Q以及施工成本R，计算不同增补年份方案Ak的储能成本，计算方式为：
Figure BDA00031212469800000412
其中，Pi、Qi和Ri分别为储能系统在运行第i年的设备成本、土建成本以及施工成本。
S5)对比不同储能不同增补年份方案Ak下的储能系统全生命周期成本Fk，从而选择最小成本的储能增补方案。
所述的，根据运行情况，假设初始安装为第0年运行，则运行第i年的设备成本Pi为：
Figure BDA0003121246980000051
其中，
Figure BDA0003121246980000052
和
Figure BDA0003121246980000053
分别为初始和第i年的电池设备价格，
Figure BDA0003121246980000054
和
Figure BDA0003121246980000055
分别为初始和第i年的PCS设备价格，
Figure BDA0003121246980000056
为电缆、开关柜等辅助设备的价格。
所述的，根据运行情况，假设初始安装为第0年运行，则运行第i年的土建成本Qi为：
Figure BDA0003121246980000057
其中，
Figure BDA0003121246980000058
和
Figure BDA0003121246980000059
分别为初始和第i年的电池土建成本，
Figure BDA00031212469800000510
和
Figure BDA00031212469800000511
分别为初始和第i年的PCS土建成本。
Figure BDA00031212469800000512
和
Figure BDA00031212469800000513
分别为辅助设备的土建成本和固定土建成本。
所述的，根据运行情况，假设初始安装为第0年运行，则运行第i年的土建成本Ri为：
Figure BDA00031212469800000514
其中，
Figure BDA00031212469800000515
和
Figure BDA00031212469800000516
分别为初始和第i年的电池施工成本，
Figure BDA00031212469800000517
和
Figure BDA00031212469800000518
分别为初始和第i年的PCS施工成本，
Figure BDA00031212469800000519
为储能系统增补所带来的电厂停电损失等。
以下通过电化学储能电站的设备增补，验证本发明全生命周期内增补方案的可行性和效果。
S1)根据系统运行生命年限为10年，假设储能系统的增补年份，如果第i年储能系统会增补，则ai＝1，如果不增补ai＝0，建立储能增补年份方案集
Figure BDA0003121246980000061
A0等为储能增补年份方案集中元素为储能系统增补年份方案，不同的储能系统增补年份方案Ak可以通过计算k的二进制数得到具体的增补年份方案。即对于增补年份方案Ak满足
Figure BDA0003121246980000062
S2)计算在不同增补年份方案Ak下，根据系统要求，电池储能系统输出功率和容量要满足大于等于600MW/300MWh，储能系统电池的增补量：
若ai＝0，电池增补量
Figure BDA0003121246980000063
若ai＝1，电池增补量
Figure BDA0003121246980000064
满足
Figure BDA0003121246980000065
其中，t满足at＝1且
Figure BDA0003121246980000066
i＜τ＜t，或者当满足
Figure BDA0003121246980000067
i＜τ＜T时，t＝T。Mre为电化学储能系统在整个生命周期内要求的最低输出功率。Mi为第i年电池的衰减系数，根据循环测试，在年均360次循环下，电池的衰减率为：
Figure BDA0003121246980000068
S3)计算在不同增补年份方案Ak下，储能系统PCS的增补量：
若ai＝0，电池增补量
Figure BDA0003121246980000069
若ai＝1，电池增补量
Figure BDA00031212469800000610
满足
Figure BDA00031212469800000611
S4)根据储能设备成本P、土建成本Q以及施工成本R，计算不同增补年份方案Ak的储能成本，计算方式为：
Figure BDA00031212469800000612
其中，Pi、Qi和Ri分别为储能系统在运行第i年的设备成本、土建成本以及施工成本。
所述的，根据运行情况，假设初始安装为第0年运行，则运行第i年的设备成本Pi为：
Figure BDA0003121246980000071
其中，
Figure BDA0003121246980000072
和
Figure BDA0003121246980000073
分别为初始和第i年的电池设备价格，根据厂家调研资料和工程经验，
Figure BDA0003121246980000074
分别为100,75,60万元/MWh，其余
Figure BDA0003121246980000075
为50万元/MWh。
Figure BDA0003121246980000076
和
Figure BDA0003121246980000077
分别为初始和第i年的PCS设备价格，由于PCS设备比较成熟，价格基本没有变化，按照60万元/MW，
Figure BDA0003121246980000078
为电缆、开关柜等辅助设备的价格，由于
Figure BDA0003121246980000079
为固定值，对不同方案下设备成本的比较并不产生影响，因此不作考虑。
所述的，根据运行情况，假设初始安装为第0年运行，则运行第i年的土建成本Qi为：
Figure BDA00031212469800000710
其中，
Figure BDA00031212469800000711
和
Figure BDA00031212469800000712
分别为初始和第i年的电池土建成本，根据工程实际情况，按照20万元/MWh计算，
Figure BDA00031212469800000713
和
Figure BDA00031212469800000714
分别为初始和第i年的PCS土建成本，按照15万元/MW计算。
Figure BDA00031212469800000715
和
Figure BDA00031212469800000716
分别为辅助设备的土建成本和固定土建成本，可以不作考虑。
所述的，根据运行情况，假设初始安装为第0年运行，则运行第i年的土建成本Ri为：
Figure BDA00031212469800000717
其中，
Figure BDA00031212469800000718
和
Figure BDA00031212469800000719
分别为初始和第i年的电池施工成本，按照10万/MWh计算，
Figure BDA00031212469800000720
和
Figure BDA00031212469800000721
分别为初始和第i年的PCS施工成本，按照5万/MW计算，
Figure BDA00031212469800000722
为储能系统增补所带来的电厂停电损失等，按照200万计算。
表1为按照本发明提出的增补方案下各个年份的增补方案。
Figure BDA0003121246980000081
图1为各类主要方案的经济性对比，可以看出不增补方案下经济性最差，约需要146264万元，每年增补方案约需要133682万元，而按照本发明计算出的最优增补方案需要133326万元，可以看出本发明所提出的增补方法能够有效的减少工程成本，相比较每年增补方案减少了月350万元成本，极高的提升了经济效益。

Claims (4)

1.一种电化学储能电站全生命周期内增补方法，其特征在于包括如下步骤：
S1)假设储能系统的增补年份，如果第i年储能系统会增补，则ai＝1，如果不增补，则ai＝0，建立储能增补年份方案集
Figure FDA00031212469700000111
其中，T为储能系统的运行生命年限；A0等为储能增补年份方案集中元素为储能系统增补年份方案，不同的储能系统增补年份方案Ak可以通过计算k的二进制数得到具体的增补年份方案，即对于增补年份方案Ak满足
Figure FDA0003121246970000011
S2)计算在不同增补年份方案Ak下，储能系统电池的增补量：
若ai＝0，电池增补量
Figure FDA0003121246970000012
若ai＝1，电池增补量
Figure FDA0003121246970000013
满足
Figure FDA0003121246970000014
其中，t满足at＝1且
Figure FDA0003121246970000015
或者当满足
Figure FDA0003121246970000016
时，t＝T，Mre为电化学储能系统在整个生命周期内要求的最低输出功率；
S3)计算在不同增补年份方案Ak下，储能系统PCS的增补量：
若ai＝0，电池增补量
Figure FDA0003121246970000017
若ai＝1，电池增补量
Figure FDA0003121246970000018
满足
Figure FDA0003121246970000019
S4)根据储能设备成本P、土建成本Q以及施工成本R，计算不同增补年份方案Ak的储能成本，计算方式为：
Figure FDA00031212469700000110
其中，Pi、Qi和Ri分别为储能系统在运行第i年的设备成本、土建成本以及施工成本；
S5)对比不同储能不同增补年份方案Ak下的储能系统全生命周期成本Fk，从而选择最小成本的储能增补方案。
2.根据权利要求1所述的一种电化学储能电站全生命周期内增补方法，其特征在于：
根据运行情况，假设初始安装为第0年运行，则运行第i年的设备成本Pi为：
Figure FDA0003121246970000021
其中，P0 battery和Pi battery分别为初始和第i年的电池设备价格，P0 PCS和Pi PCS分别为初始和第i年的PCS设备价格，
Figure FDA0003121246970000022
为辅助设备的价格。
3.根据权利要求1所述的一种电化学储能电站全生命周期内增补方法，其特征在于：
根据运行情况，假设初始安装为第0年运行，则运行第i年的土建成本Qi为：
Figure FDA0003121246970000023
其中，
Figure FDA0003121246970000024
和
Figure FDA0003121246970000025
分别为初始和第i年的电池土建成本，
Figure FDA0003121246970000026
和
Figure FDA0003121246970000027
分别为初始和第i年的PCS土建成本，
Figure FDA0003121246970000028
和
Figure FDA0003121246970000029
分别为辅助设备的土建成本和固定土建成本。
4.根据权利要求1所述的一种电化学储能电站全生命周期内增补方法，其特征在于：
根据运行情况，假设初始安装为第0年运行，则运行第i年的土建成本Ri为：
Figure FDA00031212469700000210
其中，
Figure FDA00031212469700000211
和
Figure FDA00031212469700000212
分别为初始和第i年的电池施工成本，
Figure FDA00031212469700000213
和
Figure FDA00031212469700000214
分别为初始和第i年的PCS施工成本。
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