电池储能平抑可再生能源电源出力波动研究

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电池储能平抑可再生能源电源出力波动研究

　　【摘要】：随着社会的发展进步以及生态环境保护的需求，可再生清洁型能源备受关注，且其需求量呈现明显的升高态势，由此推动了新型电池储能技术的高速发展。电池储能电站（BESS）作为新型电池储能技术的产物在这一过程中具有十分重要的研究意义。本文考虑电池制作成本以及电池自身性能前提下，构建新型BESS评价模型体系，以此为重点进行相关研究分析。
　　【关键词】：电池储能；平抑；可再生能源电源；出力波动
　　1 新型BESS综合评价模型体系的建立
　　1.1新型BESS综合评价模型体系的建立
　　人们对于可再生能源需求日益旺盛的同时，可再生能源在各行各业中的应用比重也在不断的增加，在电网的运行中也是如此，由此也推动了电池储能技术的迅猛发展，这种新型的电池储能技术有着不同的介质，常见的有钠硫电池、锂电池以及液流电池这三种介质。实验研究表明，虽然不同的介质在BESS中有着不少的相似之处，但是总体来说不同介质在参数以及一些特性也会存在差别，因此需要建立一个新型的BESS综合评价模型体系，针对新型电池的相关性能以及成本，来对实际运行中BESS选用何种类型的介质进行更深层次的研究分析。受到储能技术高成本的影响，其尚无法在短时间内取代传统技术，实现蓄能抽水电站的削峰填谷功能。因此，本次研究在选取实验场景时，倾向于对电池储能介质能量要求低、符合高功率要求场景的选取。
　　1.1.1平抑目标的数学模型建立
　　新型BESS综合评价模型体系的建立首先是建立一个平抑目标的数学模型，
　　上式平抑目标的数学模型所描述的是新型电池储能技术在单位成本内的平抑效果。总体分析，平抑效果的判定主要依赖于单位成本BESS在限定时间内对于发电计划外不平衡电量的下降控制幅度。结果就是下降越多的时候也就表明这种介质的平抑效果越好，可参见平抑目标数学模型的分子部分。
　　1.1.2电池储能电站的相关成本分析
　　本文研究中所采用的BESS研究成本是一次性的投资费用，这个一次性的投资费用则是基于电池储能电站的研究时间比较短，并且电网的运行以及维护在以此性的投资费用中所占的比例很小，同时不考虑通货膨胀的影响以及设备的折旧、技术的更新等因素带来的成本上的变大或是变小。在本文的研究中，电池储能电站的一次性的投资费用相关成本主要有这么几方面，一是能量成本、二是功率成本、三是辅助设备的成本，并且我们可以得知，BESS的额定容量正相关于一次性投资费用中的能量成本，BESS中的最大输出功率正相关于设备成本以及功率成本。
　　2.2电池储能电站的充放电功率约束
　　电池储能电站的充电电功率约束指的是，BESS的荷电状态以及充放电倍数可明显制约BESS的充放电功率值。此外，BESS每一时刻都只能够呈现出放电、充电以及浮充这三种形式中的一种。下面将就三种不同介质下的电池储能电站充放电功率约束进行分析探索：
　　2.2.1以钒流电池作为介质的BESS
　　放电倍数一方面与荷电的状态有关，另一方面也跟放电时间的长短有关，有一点需要注意的是，虽然按照常理来说钒流电池具有1.6倍的最大充电倍数，但是在现实情况中，钒流电池BESS具有额定充电功率1.2倍到2.0倍的额定放电功率，所以从这方面来看，以钒流电池作为介质的BESS并不具备高倍率的放电能力。
　　2.2.2以铁锂电池作为介质的BESS
　　铁锂电池BESS具有极高的放电功率，能够在瞬间释放完全部的容量，也就是几秒钟的时间长短，除此之外，这种以帖锂电池作为介质的BESS在充放电方面都不会受到额外的限制，并且如果在容量允许的条件下，它的充放电倍数也能一直维持不变，也就是一个固定常数。
　　2.2.3以钠硫电池作为介质的BESS
　　以钠硫电池作为介质的BESS同样具有比较高的放电倍数，但钠硫电池BESS具有反向充放电过程，BESS充电中属于降温过程，而放电过程是一个不断升温的过程，因此虽然从理论的角度?硭嫡庵忠阅屏虻绯刈魑?介质的BESS具备高充电倍率的功能特点，但是在实际的场合应用中并不能得到体现。
　　2.3电池储能电站的电量约束
　　电池储能电站的电量约束也是对于电池储能电站荷电状态的一种约束，用数理公式表示如下：
　　从上式可以表明，BESS的电量约束在前后时间段中的一种递推关系，且与BESS放电以及出力情况相结合。本次研究对BESS单位时间荷电状态进行限制分析的同时，也对BESS的平均荷电状态进行了限制，用以确保BESS的持久运行【10】。有一点需要注意的是，BESS电量约束的平均值必须大于或是等于运行的初始值，才能够在一定意义上保障无论研究时间段选取的长短有多少，在这个选取时间段结束之后，剩余电量的充足性限制了充电行为，或者剩余电量过少，限制放电，进而影响BESS动态性能。
　　3、 新型BESS模型体系的算例分析
　　通过对所建立的新型BESS模型体系的综合算例分析在本文中得出，在成本相差不大并且数量相等的情况下，以铁锂为介质的BESS对于可再生能源电力出力波动的平抑效果要优于以钒流电池或是以钠硫电池为介质的BESS，之所以会是这个结果，主要是因为以铁锂电池为介质的BESS虽然额定功率比较小，但是它充放电的倍数要远高于以钒流电池或是钠硫电池作为介质的BESS，因此，总体来说以铁锂电池作为介质的BESS更容易实现可再生能源电源出力波动的平抑。
　　结语
　　综上所述，在电力系统对于借助大规模的电池储能技术平抑可再生能源电源的波动功率需求日益迫切的当下，加强对于电池储能技术的相关研究有着十分重要的促进意义。本文从电池储能技术的介质选用入手，分析了三种不同介质的储能电池对于可再生能源电源出力波动的平抑效果，来进一步探索了如何建了一个更加完善有效的新型BESS综合评价的模型体系，希望能够通过本文的研究，能够为今后可再生能源电源在电网中的稳定运用提供一点借鉴意义。
　　【参考文献】
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