CN113642988B - 一种多工况多类型储能电站成本效益分析方法及定型系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于储能在电力系统中应用技术领域，具体公开一种多工况多类型储能电站成本效益分析方法及定型系统；所述方法包括：采集基础数据；根据所述基础数据评估储能电站运营期；根据基础数据和储能电站运营期，计算多类型储能电站广义成本和储能电站全生命周期放电电量；计算多类型储能电站平准化电力成本；评估多类型储能电站典型日单位电量运营效益；根据多类型储能电站平准化电力成本和多类型储能电站典型日单位电量运营效益计算成本效益值，比较多类型储能技术经济指标；输出满足条件的储能技术类型及信息。本发明可快速分选出符合不同应用场景需求的储能技术类型与信息。
Description
技术领域
本发明属于储能在电力系统中应用技术领域，具体涉及一种多工况多类型储能电站成本效益分析方法及定型系统。
背景技术
储能技术作为灵活性调节手段之一，在未来能源体系建设中发挥重要作用，可实现多功能应用需求，主要体现在：提升新能源消纳、提升电网安全稳定运行水平、延缓线路扩容、调峰调频调压、以及降低网损等，不同应用需求下的储能运行工况存在差异性。
截至2020年底，全球已投运电力储能项目(含物理储能、电化学储能以及熔融盐储热)累计装机规模189.8GW，同比增长2.8％；中国累计装机规模35.1GW，同比增长8.3％，储能技术类型以抽水蓄能、锂离子电池储能、熔融盐储热、铅蓄电池储能、液流电池储能为主，不同类型储能的响应特性、建设要求、建设周期、成本及寿命等等方面存在差异。不同应用需求下的储能技术定型需综合考虑技术与经济多重因素，缺少相关的快速成本效益分析方法及定型系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多工况多类型储能电站成本效益分析方法及定型系统，该方法考虑不同应用场景的多工况运行需求、储能技术类型及其技术经济信息，提出了储能电站平准化电力成本与单位电量运营效益计算方法，通过比较建设场地条件、建设期、投资成本、成本效益等指标，形成了多工况多类型储能电站的快速定型方法及系统，有利于实现不同应用场景下的储能电站快速定型。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种多工况多类型储能电站成本效益分析方法，包括以下步骤：
采集基础数据，所述基础数据包括：储能技术类型、技术经济特征、储能定型边界条件、工况区间、储能容量衰减特性曲线、多类型储能电站及多工况运行信息；根据所述基础数据评估储能电站运营期；
根据基础数据和储能电站运营期，计算多类型储能电站广义成本和储能电站全生命周期放电电量；
计算多类型储能电站平准化电力成本；评估多类型储能电站典型日单位电量运营效益；根据多类型储能电站平准化电力成本和多类型储能电站典型日单位电量运营效益计算成本效益值，比较多类型储能技术经济指标；
输出满足条件的储能技术类型及信息。
本发明进一步的改进在于：所述储能技术类型包括：抽水蓄能、锂离子电池储能、铅炭电池储能、液流电池储能中一种或多种；
所述技术经济特征包括：不同DOD下的充放电循环次数、服务年限、退役时储能电池健康状态边界值、建设期、能量转换效率、折现率中一种或多种；
所述储能定型边界条件包括：建设场地面积、建设期、投资成本和成本效益值中一种或多种；
所述多类型储能电站信息包括：储能电站功率、容量、初始投资成本、追加投资成本、年运维成本、年替换成本、回收成本、残值中一种或多种；
所述多类型储能多工况运行信息包括：储能电站应用场景、不同场景下不同类型储能的典型日运行工况、以年为周期的典型日天数、典型日运营效益中一种或多种。
本发明进一步的改进在于：所述工况区间包括：将[0,1]区间划分为多个DOD运行区间；输入不同类型储能在所划分的不同区间内的储能容量衰减特性曲线。
本发明进一步的改进在于：所述评估储能电站运营期的步骤中：
对于容量衰减储能技术类型，储能电站运营期取储能容量衰减至设定的退役时储能电池健康状态边界值时的年数与服务年限的最小值，其中，储能容量衰减至设定的退役时储能电池健康状态边界值时的年数通过储能电池健康状态评估计算；
对于容量衰减储能技术类型以外储能技术类型，储能电站运营期取服务年限值。
本发明进一步的改进在于：计算多类型储能电站广义成本的步骤中，广义成本计算方法为：初始投资成本、全生命周期追加投资成本折现值、全生命周期运维成本折现值、全生命周期替换成本折现值、回收成本折现值之和减去残值折现值；
计算储能电站全生命周期放电电量的步骤中，储能电站全生命周期放电电量计算方法为储能电站各年放电电量的折现值之和。
本发明进一步的改进在于：计算多类型储能电站平准化电力成本的步骤中，多类型储能电站平准化电力成本的计算公式为各类型储能电站广义成本除以全生命周期放电电量；
评估多类型储能电站典型日单位电量运营效益的步骤中，多类型储能电站典型日单位电量运营效益评估方法为不同类型储能电站典型日充放电效益除以放电电量。
本发明进一步的改进在于：计算成本效益值，比较多类型储能技术经济指标的步骤中，成本效益值的计算方法为储能电站平准化电力成本除以储能电站典型日单位电量运营效益；
多类型储能技术经济指标比较指标包括：建设场地面积、建设期、投资成本、成本效益值中一种或多种，均不大于所设定的储能定型边界条件。
本发明进一步的改进在于：输出满足条件的储能技术类型及信息的步骤中，若存在满足储能定型边界条件的储能技术类型，输出符合条件的储能技术类型及其规模、平准化电力成本、单位电量运营效等指标。
本发明进一步的改进在于：输出满足条件的储能技术类型及信息的步骤中，若不存在满足条件的储能技术类型，重新调整基础数据，重复进行计算评估。
一种多工况多类型储能电站成本效益分析定型系统，包括：
储能电站运营期评估模块，用于采集基础数据；所述基础数据包括：储能技术类型、技术经济特征、储能定型边界条件、工况区间、储能容量衰减特性曲线、多类型储能电站及多工况运行信息；根据所述基础数据评估储能电站运营期；
计算模块，用于根据基础数据和储能电站运营期，计算多类型储能电站广义成本和储能电站全生命周期放电电量；
比较模块，用于计算多类型储能电站平准化电力成本；评估多类型储能电站典型日单位电量运营效益；根据多类型储能电站平准化电力成本和多类型储能电站典型日单位电量运营效益计算成本效益值，比较多类型储能技术经济指标；
输出模块，用于输出满足条件的储能技术类型及信息。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明考虑不同类型储能的技术经济特征、不同应用场景的工况需求，提出了基于建设场地条件、建设期、投资成本、成本效益值等多指标的适应多工况多类型的储能电站定型方法及系统；首先，结合不同类型储能电站建设期、储能容量衰减特性、退役边界条件、服务期等参量，对储能电站运营期进行客观评估；其次，提出了多类型储能电站平准化电力成本与多类型储能电站典型日单位电量运营效益的计算方法；最后，确立了储能电站定型的技术经济指标，输出满足条件的储能技术类型及信息。所提出的多工况多类型储能电站定型方法及系统可快速分选出符合不同应用场景需求的储能技术类型与信息。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明一种多工况多类型储能电站成本效益分析方法的流程图；
图2为本发明一种多工况多类型储能电站成本效益分析定型系统的结构框图。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明，本发明所采用的所有技术术语与本发明所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。
如图1所示，本发明提供的一种多工况多类型储能电站成本效益分析方法，包括以下步骤：
输入基本信息，设定储能定型边界条件，所述基本信息包括：储能技术类型、技术经济特征；储能定型边界条件包括：建设场地面积、建设期、投资成本、成本效益值；设定工况区间与储能容量衰减特性曲线；
其次，输入待定型的多类型储能电站及多工况运行信息，进而评估储能电站运营期；
然后，计算多类型储能电站广义成本与全寿命周期放电电量，得出不同类型储能电站的平准化电力成本；
最后，评估多类型储能电站典型日电量运营效益，并与对应类型储能电站的平准化电力成本进行比较，通过综合比较多类型储能技术经济指标，输出满足条件的储能技术类型及信息。
实施例1
本发明提供一种多工况多类型储能电站成本效益分析方法，包括以下步骤：
步骤1：输入储能技术类型及技术经济特征，设定储能定型边界条件；
步骤2：设定工况区间与储能容量衰减特性曲线；
步骤3：输入多类型储能电站及多工况运行信息；
步骤4：评估储能电站运营期；
步骤5：计算多类型储能电站广义成本；
步骤6：计算储能电站全生命周期放电电量；
步骤7：计算多类型储能电站平准化电力成本；
步骤8：评估多类型储能电站典型日单位电量运营效益；
步骤9：计算成本效益值，比较多类型储能技术经济指标；
步骤10：输出满足条件的储能技术类型及信息。
其中，输入储能技术类型及技术经济特征，设定储能定型边界条件的步骤中，储能技术类型包括但不限于抽水蓄能、锂离子电池储能、铅炭电池储能、液流电池储能；所述技术经济特征包括但不限于不同DOD下的充放电循环次数、服务年限、退役时储能电池健康状态边界值、建设期、能量转换效率、折现率。
储能定型边界条件包括但不限于建设场地面积、建设期、投资成本、成本效益值。
设定工况区间与储能容量衰减特性曲线的步骤中，工况区间包括但不限于容量衰减储能技术类型，如锂离子电池储能、铅炭电池储能，将[0,1]区间划分为多个DOD运行区间，一个区间对应一条储能容量衰减特性曲线，输入不同类型储能在所划分的不同区间内的储能容量衰减特性曲线。
输入多类型储能电站及多工况运行信息的步骤中，多类型储能电站信息包括但不限于储能电站功率、容量、初始投资成本、追加投资成本、年运维成本、年替换成本、回收成本、残值。
多类型储能多工况运行信息包括但不限于储能电站应用场景、不同场景下不同类型储能的典型日运行工况、以年为周期的典型日天数、典型日运营效益。
评估储能电站运营期的步骤中，对于容量衰减储能技术类型，储能电站运营期取储能容量衰减至设定的退役时储能电池健康状态边界值时的年数与服务年限的最小值，其中，储能容量衰减至设定的退役时储能电池健康状态边界值时的年数通过储能电池健康状态评估计算；
对于其它储能技术类型，储能电站运营期取服务年限值。
计算多类型储能电站广义成本的步骤中，广义成本计算方法为初始投资成本、全生命周期追加投资成本折现值、全生命周期运维成本折现值、全生命周期替换成本折现值、回收成本折现值之和减去残值折现值。
全生命周期追加投资成本折现值为各年追加投资成本折现值之和，以第n1年追加投资为例，第n1年追加投资成本折现值为当年追加投资成本除以(1+折现率)n1。
全生命周期运维成本折现值为各年运维成本折现值之和，以运营期第n2年的运维成本为例，运维成本折现值为当年运维成本除以(1+折现率)建设期+n2。
全生命周期替换成本折现值为各年替换成本折现值之和，以运营期第n3年的运维成本为例，替换成本折现值为当年替换成本除以(1+折现率)建设期+n3。
回收成本折现值计算方法为回收成本除以(1+折现率)建设期+运营期。
残值折现值计算方法为残值除以(1+折现率)建设期+运营期。
计算储能电站全生命周期放电电量的步骤中，储能电站全生命周期放电电量计算方法为储能电站各年放电电量的折现值之和，以运营期第n4年的放电电量折现值为例：运营期第n4年的放电电量折现值等于当年储能电站放电电量除以(1+折现率)建设期+n4，其中当年储能电站电量为典型日放电电量、以年为周期的典型日天数、第n4年初与年末的储能电池健康状态均值三个参量的乘积。
计算多类型储能电站平准化电力成本的步骤中，多类型储能电站平准化电力成本的计算公式为各类型储能电站广义成本除以全生命周期放电电量。
评估多类型储能电站典型日单位电量运营效益的步骤中，多类型储能电站典型日单位电量运营效益评估方法为不同类型储能电站典型日充放电效益除以放电电量，其中，典型日充放电效益为放电收益减去充电成本，放电电量依据工况曲线计算得出。
计算成本效益值，比较多类型储能技术经济指标的步骤中，成本效益值的计算方法为储能电站平准化电力成本除以储能电站典型日单位电量运营效益。
多类型储能技术经济指标比较指标包括但不限于建设场地面积、建设期、投资成本、成本效益值，均不能大于所设定的边界条件。
输出满足条件的储能技术类型及信息的步骤中，若存在满足储能定型边界条件的储能技术类型，输出符合条件的储能技术类型及其规模、平准化电力成本、单位电量运营效等指标；若不存在满足条件的储能技术类型，返回步骤3，重新输入储能电站规模及运行工况曲线等信息，开展计算评估。
实施例2
请参阅图2所示，本实施例提供一种多工况多类型储能电站成本效益分析定型系统，包括：
储能电站运营期评估模块，用于采集基础数据；所述基础数据包括：储能技术类型、技术经济特征、储能定型边界条件、工况区间、储能容量衰减特性曲线、多类型储能电站及多工况运行信息；根据所述基础数据评估储能电站运营期；
计算模块，用于根据基础数据和储能电站运营期，计算多类型储能电站广义成本和储能电站全生命周期放电电量；
比较模块，用于计算多类型储能电站平准化电力成本；评估多类型储能电站典型日单位电量运营效益；根据多类型储能电站平准化电力成本和多类型储能电站典型日单位电量运营效益计算成本效益值，比较多类型储能技术经济指标；
输出模块，用于输出满足条件的储能技术类型及信息。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (6)
1.一种多工况多类型储能电站成本效益分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
采集基础数据，所述基础数据包括：储能技术类型、技术经济特征、储能定型边界条件、工况区间、储能容量衰减特性曲线、多类型储能电站信息及多类型储能多工况运行信息；根据所述基础数据评估储能电站运营期；
根据基础数据和储能电站运营期，计算多类型储能电站广义成本和储能电站全生命周期放电电量；
计算多类型储能电站平准化电力成本；评估多类型储能电站典型日单位电量运营效益；根据多类型储能电站平准化电力成本和多类型储能电站典型日单位电量运营效益计算成本效益值，比较多类型储能技术经济指标；
输出满足条件的储能技术类型及信息；
所述评估储能电站运营期的步骤中：
对于容量衰减储能技术类型，储能电站运营期取储能容量衰减至设定的退役时储能电池健康状态边界值时的年数与服务年限的最小值，其中，储能容量衰减至设定的退役时储能电池健康状态边界值时的年数通过储能电池健康状态评估计算；
对于容量衰减储能技术类型以外储能技术类型，储能电站运营期取服务年限值；
计算多类型储能电站广义成本的步骤中，广义成本计算方法为：初始投资成本、全生命周期追加投资成本折现值、全生命周期运维成本折现值、全生命周期替换成本折现值、回收成本折现值之和减去残值折现值；
计算储能电站全生命周期放电电量的步骤中，储能电站全生命周期放电电量计算方法为储能电站各年放电电量的折现值之和；
计算多类型储能电站平准化电力成本的步骤中，多类型储能电站平准化电力成本的计算公式为各类型储能电站广义成本除以全生命周期放电电量；
评估多类型储能电站典型日单位电量运营效益的步骤中，多类型储能电站典型日单位电量运营效益评估方法为不同类型储能电站典型日充放电效益除以放电电量；
计算成本效益值，比较多类型储能技术经济指标的步骤中，成本效益值的计算方法为储能电站平准化电力成本除以储能电站典型日单位电量运营效益；
多类型储能技术经济指标比较指标包括：建设场地面积、建设期、投资成本、成本效益值中一种或多种，均不大于所设定的储能定型边界条件。
2.根据权利要求1所述的一种多工况多类型储能电站成本效益分析方法，其特征在于，所述储能技术类型包括：抽水蓄能、锂离子电池储能、铅炭电池储能、液流电池储能中一种或多种；
所述技术经济特征包括：不同DOD下的充放电循环次数、服务年限、退役时储能电池健康状态边界值、建设期、能量转换效率、折现率中一种或多种；
所述储能定型边界条件包括：建设场地面积、建设期、投资成本和成本效益值中一种或多种；
所述多类型储能电站信息包括：储能电站功率、容量、初始投资成本、追加投资成本、年运维成本、年替换成本、回收成本、残值中一种或多种；
所述多类型储能多工况运行信息包括：储能电站应用场景、不同场景下不同类型储能的典型日运行工况、以年为周期的典型日天数、典型日运营效益中一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种多工况多类型储能电站成本效益分析方法，其特征在于，所述工况区间包括：将[0,1]区间划分为多个DOD运行区间；输入不同类型储能在所划分的不同区间内的储能容量衰减特性曲线。
4.根据权利要求1所述的一种多工况多类型储能电站成本效益分析方法，其特征在于，输出满足条件的储能技术类型及信息的步骤中，若存在满足储能定型边界条件的储能技术类型，输出符合条件的储能技术类型及其规模、平准化电力成本、单位电量运营效指标。
5.根据权利要求1所述的一种多工况多类型储能电站成本效益分析方法，其特征在于，输出满足条件的储能技术类型及信息的步骤中，若不存在满足条件的储能技术类型，重新调整基础数据，重复进行计算评估。
6.一种多工况多类型储能电站成本效益分析定型系统，其特征在于，包括：
储能电站运营期评估模块，用于采集基础数据；所述基础数据包括：储能技术类型、技术经济特征、储能定型边界条件、工况区间、储能容量衰减特性曲线、多类型储能电站信息及多类型储能多工况运行信息；根据所述基础数据评估储能电站运营期；
计算模块，用于根据基础数据和储能电站运营期，计算多类型储能电站广义成本和储能电站全生命周期放电电量；
比较模块，用于计算多类型储能电站平准化电力成本；评估多类型储能电站典型日单位电量运营效益；根据多类型储能电站平准化电力成本和多类型储能电站典型日单位电量运营效益计算成本效益值，比较多类型储能技术经济指标；
输出模块，用于输出满足条件的储能技术类型及信息；
所述评估储能电站运营期的步骤中：
对于容量衰减储能技术类型，储能电站运营期取储能容量衰减至设定的退役时储能电池健康状态边界值时的年数与服务年限的最小值，其中，储能容量衰减至设定的退役时储能电池健康状态边界值时的年数通过储能电池健康状态评估计算；
对于容量衰减储能技术类型以外储能技术类型，储能电站运营期取服务年限值；
计算多类型储能电站广义成本的步骤中，广义成本计算方法为：初始投资成本、全生命周期追加投资成本折现值、全生命周期运维成本折现值、全生命周期替换成本折现值、回收成本折现值之和减去残值折现值；
计算储能电站全生命周期放电电量的步骤中，储能电站全生命周期放电电量计算方法为储能电站各年放电电量的折现值之和；
计算多类型储能电站平准化电力成本的步骤中，多类型储能电站平准化电力成本的计算公式为各类型储能电站广义成本除以全生命周期放电电量；
评估多类型储能电站典型日单位电量运营效益的步骤中，多类型储能电站典型日单位电量运营效益评估方法为不同类型储能电站典型日充放电效益除以放电电量；
计算成本效益值，比较多类型储能技术经济指标的步骤中，成本效益值的计算方法为储能电站平准化电力成本除以储能电站典型日单位电量运营效益；
多类型储能技术经济指标比较指标包括：建设场地面积、建设期、投资成本、成本效益值中一种或多种，均不大于所设定的储能定型边界条件。
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