技术领域
[0001] 本发明属于能源领域，涉及新能源园区储能配置，具体涉及一种计及储能可用容量衰减的园区储能配置方法
相关背景技术
[0002] 随着“碳达峰、碳中和”战略的提出，新能源发电成为未来发展的重要方向，为促进新能源就地消纳，提高新能源发电的利用率，各级政府及机构也在积极制定相关政策措施着力构建低排放绿色的新能源园区，因此，为新能源园区准确配置储能是当下的研究重点之一。
[0003] 当前有关园区储能配置的研究，在储能全生命周期配置成本的计算过程中，对于储能使用寿命，通常是采用储能的日历寿命或者循环寿命，较少有研究结合储能使用过程中的寿命衰减情况来进行计算。
[0004] 其次，对于储能在使用过程中的寿命衰减，通常是采用固定的容量衰减率或确定的日充放电次数进行衡量，并没有考虑储能在实际运行中的寿命衰减并不是固定的。
[0005] 此外，在计算配置储能为园区带来的收益时，没有考虑随储能可用容量下降，其全生命周期内的收益也在下降的情况。上述问题都会降低园区配置储能的准确性。
具体实施方式
[0056] 下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
[0057] 本发明提出了一种计及储能可用容量衰减的园区储能配置方法，包括如下步骤：
[0058] S1：根据园区运行需求建立园区配置储能的园区运行成本模型；
[0059] S2：基于储能的剩余寿命与循环寿命的拟合函数，结合储能在运行过程中的荷电状态变化，构建储能的寿命衰减计算模型，根据寿命衰减计算模型计算储能的寿命衰减以及储能的使用寿命周期；
[0060] S3：基于储能的寿命衰减、使用寿命周期和全生命周期成本，建立考虑储能可用容量衰减的增加成本计算模型，通过定期更新储能可用容量的方式，计算储能可用容量衰减带来的增加成本；
[0061] S4：以园区日运行成本最低为目标函数，采用遗传算法求解储能配置结果。
[0062] 步骤S1的园区运行机制具体为：
[0063] 园区运行成本模型包括风光发电成本、园区向电网的购电成本、储能配置成本及考虑储能可用容量衰减的增加成本；
[0064] 新能源园区优先使用园区内的风光发电为园区内的负荷供电，若负荷大于新能源发电，则新能源发电加储能放电向园区负荷供电，若仍不满足，则园区向电网购电以满足负荷需求；若负荷小于新能源发电，则园区自身发电可满足负荷需求，不需向电网购电，新能源超发电电量由储能进行消纳，储能不能消纳的部分进行弃电处理，园区的运行成本包括，风光发电成本、园区向购电成本、储能配置成本及考虑储能可用容量衰减的增加成本，园区运行成本模型的表达式为：
[0065]
[0066] 式中，F为运营周期T内园区的运行成本；Pw(t),Pp(t),Pg(t)分别为t时刻园区的风电发电功率、光伏发电功率、向电网的购电功率；cw,cp,cg分别为风电成本电价，光伏发电成T T本电价、园区t时刻购电电价；Cs为运行周期T内储能折算后的配置成本；Cadd为折算到为运行周期T内的增加成本。
[0067] 储能的配置成本包括储能初期投资成本、运营维护成本、更换成本、残余价值，计算模型如下：
[0068] CS＝CI+COP+CRE+CEND (2)
[0069] 式中，CI为储能的初期投资成本；COP为储能全生命周期的运营维护成本的现值；CRE为更换成本；CEND为残余价值。
[0070] 初期成本：储能的初期成本包括相关设备的购买安装等成本，与储能的配置容量及配置功率有关，可分为容量成本与功率成本，计算模型如下：
[0071] CI＝CE×ce+CP×cp (3)
[0072] 式中，CE为储能的额定容量；ce为储能单位容量初期投资成本；CP为储能的额定功率；cp为储能单位功率初期投资成本。
[0073] 运营维护成本：储能系统的运行维护成本是指储能建成后在日常运行中产生的成本，包括检修、维护以及相关人工成本，与储能的容量及功率有关，储能全生命周期的运行维护成本现值计算模型为：
[0074]
[0075] 式中，Y,y分别表示储能项目的寿命周期以及所处的年份；ce,op为储能的单位容量年维护成本；cp,op为储能单位功率的年维护成本；r为资金折现率。
[0076] 更换成本：组成储能系统的电池单体的寿命较储能系统本身的使用周期较短，在储能的寿命周期内需要对达到寿命终点的电池进行更换，对于电化学储能来说，当储能可用容量低于80％时，需要对其进行更换，储能的更换成本计算模型如下：
[0077]
[0078] 式中，α为电池容量成本年均下降比例；k为电池的更换次数，k＝Y/n‑1。当Y/n‑1为非整数时，k进一取整，Y为储能项目寿命周期；n为电池更换周期；β表示电池第β次更换；N为第β次更换时所处的项目周期的年数。
[0079] 残余价值：在储能项目到达寿命终结时，需要对系统进行拆除回收，拆除成本与报废的收益之差即残余价值，储能项目的残余价值现值计算模型如下：
[0080]
[0081] 式中，λ为储能系统的残值回收率；
[0082] 本发明在计算储能全生命周期配置成本时，根据储能在实际使用过程中的充放电循环计算储能的等效循环次数，进而计算储能的使用周期，用以计算储能全生命周期配置成本模型中的更换成本。
[0083] 步骤S2中的储能寿命衰减计算模型如下：
[0084] 储能的循环寿命与储能的充放电深度有关，其在不同充放电深度下的剩余可循环次数不同，储能可用容量衰减到80％时的剩余循环寿命与其充放电深度的关系为：
[0085]
[0086] 式中，Li为第i次放电后储能的循环寿命；Di为第i次的放电深度；a、b为拟合系数，本实施例中分别为21870、‑1.957。
[0087] 储能在实际运行中的工况状态通常是在充电、放电、静置中不断切换，并不是连续的充放电过程。本发明基于储能充放电过程中的荷电状态变化，计算出储能不同的充放电深度及对应的充放电次数，然后采用等效循环寿命法计算储能在运行周期内的寿命衰减，储能在运行周期T内的寿命衰减计算公式如下：
[0088]
[0089] 式中，Lloss为储能在运行周期T内的寿命衰减；L1为储能充放电深度为1时的剩余循环寿命；I为周期T内的充放电循环次数。
[0090] 在为园区配置梯次储能时，往往采用园区典型日或者稍长时间跨度的历史数据作为储能在某种场景下的响应背景，并以此时间尺度下储能系统所带来的效益计算其全生命周期内的收益。但由于没有考虑储能的寿命衰减，在此时的计算过程中，储能的可用容量最大，对园区的需求响应效果最好、效益最大。这种计算方式下，储能系统在其全生命周期时间尺度上带来的收益变大，间接造成了造成储能全生命周期成本的计算偏低，从而影响配置结果的准确性。
[0091] 步骤S3中包括：
[0092] 通过定期更新储能寿命的方式，计算随储能寿命衰减下降的收益，并将此部分作为园区的增加成本，计算公式如下：
[0093]
[0094] 式中，ΔCv为第v次更新后运行周期T内的增加成本；l为一次更新周内包含运行周期T的数量；ΔPvw(t)、ΔPvp(t)、ΔPvg(t)为储能可用容量更新后园区风、光及向电网的购电功率相比与储能最初配置时的变化大小。
[0095] 考虑储能全生命周期内可用容量衰减的增加成本现值计算公式如下：
[0096]
[0097] 式中，Cadd为储能项目全生命周期内增加成本现值；V为一年中储能可用容量的更新次数。
[0098] 步骤S4中以园区日运行成本最小为目标函数，对园区运行成本模型进行求解时，采用遗传算法求解园区储能的配置容量及配置功率。
[0099] 为了验证本发明方法的有效性以及效果，本实施例中进行仿真分析，具体如下：
[0100] 本实施例中以某园区风光发电及负荷数据为例对本发明所提储能配置方法进行验证，该园区风电额定容量为800kW、光伏额定容量为250kW，当新能源发电不能满足园区负荷需求时，需向电网进行购电，算例以园区运行成本最小为目标来配置储能，采用遗传算法对模型进行求解，种群大小设置为100，遗传代数为50，代沟为0.9。变异率为0.02，交叉概率为0.7。相关参数设置如表1所示，图1为园区典型日的负荷及风光发电功率曲线，图2为遗传算法的迭代过程，横轴为遗传代数，纵轴为每一代种群中最优个体对应的目标函数值。
[0101] 表1算例参数设置
[0102]
[0103] 表2园区有无储能相关指标对比
[0104]
[0105] 表2为园区在最优储能配置容量及未配置储能时的对比情况。由表2可知，此时求解所得储能最优配置规格为121.69kW/383.83kWh。园区对应的日运行成本为8583.38元，其中，园区风光发电成本为4672.12元，因发电不能满足负荷向电网的购电成本为3772.28元，储能全生命周期配置成本折算后的日运行成本现值为138.98元，其中考虑储能可用容量衰减的增加成本占比7.83％，由此可见若不考虑此部分成本，则会对储能的准确配置产生影响。此时园区风光日发电量为12041.54kWh，总负荷为15126.11kWh，风光总弃电量0，风光消纳率为100％，向电网购电量为3143.57kWh。园区内风光的消纳与向电网购电量之和大于总负荷，主要是因为储能充放电过程中的损耗。若园区不配置储能，此时的日运行成本为9073.46元，发电成本不变，向电网的购电成本为4401.34元，风光总弃电量为583.21kWh,风光消纳率为95.16％，向电网的购电量为3667.79kWh。
[0106] 图3为园区配置储能后与配置储能前的发电功率与负荷功率的对比图，图中蓝色实线为风光发电功率，绿色虚线为风光储发电功率，红色实线为负荷功率。绿色虚线和红色重合表示此时园区发电功率等于负荷功率，发电可以满足自身需求，不需要向电网购电，绿色虚线与蓝色实线重合表示，此时储能无法动作，园区发电功率等于风光发电功率之和。从图中可以看出，未配置储能时，园区风光发电与负荷需求差异较大，存在弃风弃光以及需要大量购电的情况，在为园区配置储能后，存在多个时段园区可以自给自足，且不存在弃风弃光现象。
[0107] 以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内；本发明未涉及的技术均可通过现有技术加以实现。
