电化学储能电站综合能效提升关键技术及经济性分析

重点分析了影响电化学储能综合能效的关键因素,指出电池一致性、电池荷电状态估算准确性、电池故障预警性能、储能系统拓扑结构合理性及能量管理多目标优化程度均对电化学储能综合能效有重要影响。从电池诊断预警、电池热管理、高压级联、能量管理多目标优化4个方面,提出电站综合能效提升关键技术。以具体的工程案例对技术经济性进行分析,为电化学储能电站建设和运行提供理论和实践依据。     

电网侧电化学储能经济性分析方法

随着可再生能源装机规模的不断提高,储能成为保证风电、光伏等间歇性可再生能源大规模、平稳接入电网的关键技术。利用电化学储能可灵活配置、响应速度快、适合规模化应用等优势,在电网侧不仅可提供调峰、调频、电压调节、旋转备用等辅助服务,还能产生延缓设备投资、降低电网损耗、回收退役电池等间接价值。辅助服务是目前电网侧储能最直接可靠的收益来源,其中调峰收益是单位电量补偿标准与充放电电量的乘积;调频收益由储能系统接受自动发电控制调度指令的响应容量和时间,以及单次调用调频性能指标和补偿标准决定;电压调节与电站容量、投运时间、自动电压控制投运率和调节合格率有关;旋转备用收益是单位补偿标准与备用容量、备用时间的乘积。从全生命周期看,储能成本主要包括设备成本、购电成本和运维成本。结合电网侧储能价值收益和成本计算方法,提出储能经济性的简易判据,即储能系统各项收益总和以及成本总和的年化数值之差。以安徽省为例,基于华东和安徽现有储能政策,分析电网侧电化学储能的经济性,分析思路和方法在其他省区也具备适用性。     

电化学储能电池技术主题识别、演化及风险分析北大核心CSCD

电化学储能电池技术作为发展潜力极大的一类储能技术,其研发态势受到全球各国关注。然而由于电化学储能电池技术本身的复杂性和广泛性,其关键技术主题、未来研发趋势及技术发展的风险水平尚未得到全面综合的科学分析。基于专利数据,宏观分析专利数据申请特征,使用LDA主题模型识别技术主题并基于后离散方法分析主题演化趋势,通过贝叶斯网络模型对热门研发领域技术发展进行风险分析。结果显示:电化学储能电池技术领域共存在15个技术主题,主题演化趋势分为上升型、平稳型和衰退型。从专利数量、产业链和电池类型3个角度进行分析,发现电化学储能电池技术全球研发呈持续增长态势,产业链上游原材料相关技术是研发的关键领域,但可能存在技术饱和现象或遭遇瓶颈,中游加工领域相关技术正逐渐成为研发热门方向。在产业链视角下对中游加工领域技术发展的风险评估为中等水平,关键风险因子有关键技术垄断、上游原材料价格上涨、行业标准滞后、产业链协作不充分。本研究将为电化学储能电池技术的发展规划及研发决策提供有益的参考。     

数据驱动的机器学习在电化学储能材料研究中的应用北大核心CSCD

储能电池的关键是材料。继实验观测、理论研究和计算模拟之后,数据驱动的机器学习具有快速捕捉材料成分-结构-工艺-性能间复杂构效关系的优势,有望为电化学储能材料的研发提供新的范式。本文从结构化和非结构化数据驱动两方面,系统评述了机器学习在电化学储能材料研究中的最新进展。全面概括了可用于电化学储能材料机器学习的国内外材料数据库,分析了其数据的收集、共享和质量检测存在的问题;重点阐述了电化学储能材料中机器学习的工作流程和应用,包括结构化数据驱动下数据收集、特征工程和机器学习建模以及图形、表征图像和文献文本这类非结构化数据驱动下的模型构建和应用。进一步,厘清电化学储能材料领域机器学习面临的三大矛盾且给出对策,即高维度与小样本数据的矛盾与协调、模型复杂性与易用性的矛盾与统一、模型学习结果与专家经验的矛盾与融合,并提出构建“领域知识嵌入的机器学习方法”有望调和这些矛盾。本文将为机器学习在电化学储能材料设计和性能优化中的应用提供参考。     

新能源侧储能优化配置技术研究进展北大核心CSCD

储能作为提升新能源消纳量的一种重要手段,在“碳达峰、碳中和”要求大力发展风光等新能源背景下,“新能源+储能”模式将成为国家“十四五”期间新能源发展主流趋势。已有的储能相关综述文章主要归纳总结了各种储能本体技术的发展和储能在电力系统中的应用场景,对储能优化配置技术研究综述尚少,特别是新能源侧储能,因此了解储能在新能源侧的优化配置技术十分必要。本文首先介绍和分析了新能源侧配置储能的发展现状,包括“十四五”期间各省份颁布的政策、国内典型示范工程和应用场景;其次探讨了储能优化配置技术中2个关键问题,储能系统选型和储能系统规划模型。在选型方面,对比和分析了各种电池类型的优缺点和适用场景,在构建储能系统规划模型方面,综合考虑风光出力不确定性、经济性、环保性和技术性等不同因素对规划模型的影响,列出了具体的数学表达式和相应的规划方法;最后,针对新能源侧配置储能的政策制定、储能本体技术的发展、系统选型、优化模型的建立和优化配置仿真软件平台的开发等关键性内容提出建设性意见,为未来新能源侧配置储能实际工程项目的建设提供借鉴和参考。     

独立或共享租赁模式下储能电站调峰的经济性分析

2021年,中国多个省市发布政策要求光伏发电项目需配置一定比例的储能,储能配置比例为10%～20%,配置时长在1～4 h之间。储能的配置方式既可以是与光伏发电系统配套设置,也可以是由独立或共享租赁模式的储能电站进行储能。针对中国各地区采用电化学储能的独立储能及共享租赁储能电站调峰的政策进行分析,并对储能电站投资关键边界条件(比如：调峰补贴、调峰保障小时数、租赁价格、储能成本等)变化对项目内部收益率的影响进行定量测算和分析。分析结果显示：共享租赁储能电站在采用租赁叠加调峰补贴方式后已具备投资价值,而独立储能电站仅依靠调峰补贴暂不具备投资价值。     

绿色发展视域下电化学储能技术在体育产业中的应用探索北大核心CSCD

从20世纪70年代开始,电化学储能技术(electrochemical energy storage technology)被认为是最有可能替代传统大规模储能技术的储能形式。随着电化学能源技术在各种应用领域中的不断发展,将电化学储能和其他多种技术相结合以解决分布式能源发电的波动性、随机性等问题,成为了储能领域最重要的研究方向之一。在国家大力支持科技创新的背景下,国内电化学储能市场快速发展,市场规模从2014年的2.6亿元增长至2019年的12.7亿元。     

电解水制氢厂站经济性分析北大核心CSCD

氢能是支撑智能电网和可再生能源发电规模化的最佳能源载体,发展电解水制氢是实现碳减排的重要技术路径。当前,电解水制氢成本较高,尚不具备在工业、交通、建筑等领域大规模应用的竞争力。本文对电解水制氢厂站的全生命周期成本进行研究,比较不同技术路线下电解水制氢的成本构成。结果表明,设备购置成本、电力成本和设备耐久性是影响电解水制氢综合成本的关键因素。碱性电解槽由于具有更低的设备购置成本,综合制氢成本低于质子交换膜电解槽。提高电解槽运行温度、开发高效率电解槽以及提高电解槽耐久性可显著降低电解制氢厂站的全生命周期电耗,从而降低制氢综合成本。分析表明,每降低制氢电耗1 k Wh/Nm^(3),可降低氢气平准化成本幅度为1.1 P元/Nm^(3)(P是电价,元/kWh);当电价更低时,氢气的平准化成本也相应降低,电价降低0.01元/kWh,氢气平准化成本的降幅为0.057元/Nm^(3)。     

大型储能电池短路故障分析与保护策略北大核心CSCD

由电池构成的大型储能在清洁能源占比高的电力系统里占有重要地位,电池的短路计算和保护配置十分重要。本文首先提出了单体电池短路模型,并用短路实验验证了模型有效性。在此基础上,推导了簇内和簇间短路的短路电流通用计算公式,计算公式可以广泛应用于任意电池数量的大型储能系统之中,全面地覆盖了各种极间及极地短路情况,在算例中验证理论计算公式与仿真误差在4%以内可以满足保护分析需要。分析了影响短路电流的因素和变化规律,发现了簇内短路时短路点内部电池越多则其他簇和短路点电流越大、簇间短路时模组差对短路电流影响等结论。根据理论计算公式,研究了大型储能电站各种保护方案的利弊,提出了基于熔断器的保护配置方案,并分析了最有利的熔断器安装位置,总结出在此方案下各个熔断器最大短路电流的计算方法。本文提出的保护配置方案覆盖了短路电流计算、器件选型等多个方面,可以广泛应用于各种电池储能电站前期方案设计之中。     

我国SPE制氢技术产业化经济性分析北大核心CSCD

本文以可再生能源SPE电解制氢工程为研究对象,绿电制氢产能选择1000 Nm^(3)/h,使用工程经济学的项目投融资分析理论,系统地研究了1000 Nm^(3)/h绿电制氢厂的总投资、总成本费用、经营成本、售氢收益等,获得了累计净现值(NPV)、内部收益率(IRR)和静态投资回收期(P_(t))等关键指标。结果表明,制氢厂总投资11176.94万元,占地面积10.47亩(1亩=666.67 m^(2)),经营成本中年电量消耗占比达86.4%,是制氢厂运营期间的最大成本。本文计算条件下,制氢厂有关财务指标为NPV=21732.1万元≥0,P_(t)=8.8年,IRR=11.63%。同时,研究还发现设备购置费、加氢站枪口价格、绿电电价和政府补贴对制氢厂的经济性非常敏感,投资者要根据地方社会条件因地制宜实施差别化决策。研究还指出,制氢厂产能达到308 Nm^(3)/h时,即生产能力利用率(EBP)为30.08%,开始达到盈亏平衡点,盈亏平衡点随着运营年份动态向上迁移,因此制氢厂要尽量满制,提高产能以获取更多经济收益。最后,研究还指出制氢厂寿期实施大修1次,投入按购置设备费20%择取,IRR为11.05%。政府补贴持续15年,IRR(寿期一次大修)为8.1%,NPV为7438.6万元。     

基于Markov链光伏储能模型的传输功率可用性评估北大核心CSCD

为了量化光伏发电传输功率的可用性,文章基于光伏储能系统能量状态的Markov链,建立了光伏组件与储能系统之间能量传递过程模型,并采用蒙特卡洛方法,根据实际太阳光入射功率和负荷分布的概率密度函数,生成日间光伏功率和负荷的随机值;再根据二者的差值直方图得到转移概率、一步转移概率矩阵和极限概率,建立了不同尺寸储能装置的储能容量与传输功率可用性的关系。此外,对不同工作温度引起的电池容量下降进行了可用性影响研究,结果表明,温度影响电池充放电效率,从而影响储能容量,并通过数值计算得到了不同储能装置效率下储能容量与传输功率可用性之间的关系。该模型也适用于储能装置老化导致的储能容量降低的情况。     

基于微电网储能控制系统的电能质量综合治理研究北大核心CSCD

针对微电网内分布式电源具有间歇性和波动性特征且其内部的不平衡、非线性负载易引起谐波污染等电能质量问题,文章提出了利用微电网电池储能系统平抑功率波动,同时实现无功谐波及不平衡电流的全频段范围补偿的多目标控制策略。采用计及有功电流计算功能的i_(p)-i_(q)电流检测与合成算法进行补偿功能指令电流的计算,在此基础上,设计了重复+PI复合控制器对检测出的指令电流进行跟踪控制,基于储能充放电原理,采用两段式双闭环充放电控制方法,引入功率前馈并结合中间直流侧电压,实现两级变换器之间的协同控制。最后,对储能电池充放电状态下以及电流内环控制器的动态响应能力进行仿真分析,验证所提全补偿控制策略的有效性。     

基于系统动力学的共享储能政策效应分析北大核心CSCD

共享储能采用统一规划、建设和调度,具有初始投资低、运营风险小、设备质量有保障、利于多重价值的实现等优点,未来有望成为储能和新能源协同发展的主流模式,该模式的持续、健康发展离不开合理、有效政策的支持。本工作分析了我国共享储能发展现状,应用系统动力学方法搭建了光伏和共享储能发展的系统动力学模型;基于某省实际及规划数据,确定模型参数,模拟仿真了在不同配储比例、配储时长、租赁费用、年调度次数等政策情景下的光伏及储能装机规模变化。研究结果表明,共享储能政策的制定需综合考虑新能源规划目标、储能规划目标、系统灵活性需求等因素,积极拓展储能收益来源,使源网荷合理分摊储能成本,才能实现新能源和储能的高质量协同发展。     

动态电价下分布式光伏-储能系统优化与经济性分析

基于无政策补贴和上网电价研究背景,该文采用提高光伏微网自用且兼顾系统经济性的储能控制策略,分析了不同动态电价定价方案、储能容量和单位容量成本对光伏-储能系统经济性的影响.以长沙某办公建筑为例,采用动态规划求解系统年最佳运行策略并计算系统生命周期经济性和光伏自消耗率,结果表明动态电价每提高41.5％,系统盈利可行域提高8...     

基于KL散度的储能电站分布鲁棒规划方法

电化学储能的循环寿命受到充放电次数和放电深度的影响,为了更加准确地在新能源电力系统中规划储能电站,提出基于Kullback-Leibler(KL)散度的储能电站分布鲁棒规划方法.根据电化学储能循环寿命的幂函数,建立基于等效全循环次数的储能电站寿命模型,考虑储能电站寿命模型约束和系统运行约束,以储能电站的全寿命周期成本和...     

独立新型储能电站价格形成机制及成本疏导优化方法北大核心CSCD

新型储能是支撑新型电力系统的重要技术和基础装备,合理有效的价格机制是新型储能发展的关键。针对独立新型储能电站的价格机制开展研究,总结了国外典型国家的实践和经验,分析了我国储能电站价格机制的相关探索,储能电站管制定价模式与独立参与电力市场均难以支撑其大规模商业化应用。在各相关方责权利对等的基础上,提出了基于传递因子的储能电站价格形成机制及成本疏导优化方法,最后通过案例进行说明。结果显示,传递因子可有效分配储能容量收益和电力市场收益,保障了各利益相关方的效益平衡。     

飞轮储能辅助风电一次调频仿真分析北大核心CSCD

随着风电比重的迅速增加,电力系统的频率稳定性问题也愈加严重。基于Matlab/simulink仿真研究在一定风电渗透率的区域电网中,采用飞轮储能辅助风电进行一次调频的作用和效果。首先,采用简化的线性频率控制建立飞轮储能辅助风电一次调频控制模型,根据传递函数分析飞轮储能参与一次调频的频率特性,然后在负荷功率发生阶跃扰动和连续扰动的情况下,通过时域仿真对区域电网频率特性进行仿真论证,通过对比得出结论,配置一定比例的飞轮储能系统可以迅速响应频率偏差信号,在一次调频仿真过程中系统最大频率偏差以及稳态偏差都得以减少,满足电力系统的性能指标要求,有效提高系统的频率质量。     

计及可靠性的含源配电网储能系统的优化配置北大核心CSCD

本工作研究了计及可靠性的含源配电网储能系统的优化配置问题。首先,提出了适用于含源配电网供电可靠率指标的计算方法,具体考虑了负荷时序、分布式光伏出力及储能系统运行特性。然后,基于上述计算方法,提出了计及可靠性的含源配电网储能系统的优化配置模型,综合考虑了配电网的可靠性和经济性指标,约束条件包括配电网潮流、系统功率平衡、光伏出力以及储能系统运行。最后,以17节点配电网为例,利用遗传算法对本研究模型进行求解,得到了含光伏配电系统中储能系统的最优安装位置和容量。并且,分析讨论了储能和分布式光伏同步配置、储能在系统侧集中配置等不同的安装方案以及子目标权重系数的设置对目标函数的影响。     

储能电池一次调频无模型自适应控制策略北大核心CSCD

为发挥储能电池对电网调频特性的改善功能,针对储能电池参与电网一次调频进行了深入研究。首先建立含储能电池的高渗透率新能源区域电网的频率特性模型,并对其进行幅频特性分析,结果表明储能的加入可以有效提高电网的频率稳定性;为保证储能电池荷电状态(state of charge,SOC)的保持效果、电网调频需求以及储能电池的精确数学模型无法确定因素,提出一种考虑电池SOC,基于储能系统输入输出数据驱动的无模型自适应的储能控制策略,并给出相应的调频效果和SOC保持效果指标;最后在Matlab/Simulink搭建典型高渗透率新能源区域电网调频模型进行仿真。结果表明,所提策略能提高电网的抗干扰及自适应能力;与其他传统控制策略比较,所提策略在阶跃负荷扰动情况下,调频效果指标较佳;在长时负荷扰动(连续)情况下,所提策略的SOC指标最优,调频效果指标最佳。仿真结果验证了所提策略的可行性及优势。本文采用数据驱动研究方法,并没有采用传统的模型法,摆脱了对受控系统数学模型的高度依赖,有助于推动储能电池参与电网调频的更高效应用,为加速双碳目标提供更多思路。     

退役动力电池回收及其在储能系统中梯次利用关键技术北大核心CSCD

新能源汽车产业迅速发展,动力电池将在更迭换代中迎来退役潮,梯次利用技术能够在最大化利用动力电池全寿命周期的同时缓解回收压力及环境污染问题。为进一步完善梯次利用绿色可持续发展体系,本文研究了当前梯次利用相关政策、标准及应用场景,并从电池回收与储能系统梯次利用两方面,分别对电池回收模式、老化原理、检测、筛选、状态估计、容量配置、控制策略等技术研究展开讨论。最后结合国内形势,探讨了退役动力电池梯次利用所面临的问题与挑战,并针对关键技术的突破与产业体系的形成提出建设性意见,以期为梯次利用产业布局提供助力。