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麻省理工研究人员使用高级建模评估海上风电场的电池收入

图片说明:麻省理工学院的研究人员研究了六个数学表示形式,以评估将电池存储与海上风电场配对的能源系统中电池的潜在附加值。

图片由Morning Brew on Unsplash提供

锂离子电池技术目前在先进的储能市场上占主导地位-随着人们越来越关注可变的可再生能源发电和可靠性,以帮助全球能源系统脱碳,该领域的重要性日益提高。但是据麻省理工学院的研究人员称,目前流行的电池模型实际上可以将电池在储能系统中的收入高估35%。

麻省理工学院能源倡议(MITEI)的研究科学家Apurba Sakti说:“当前的模型不能很好地说明这些电池的实际运行方式。” “这些模型通常不考虑电池的退化或寿命,而电池的寿命或寿命直接影响能量存储系统的成本和附加值。”

为了解决这一差距,Sakti与麻省理工学院信息与决策系统实验室(LIDS)的同事合作,研究了六种数学表示法,其中包括越来越多的详细程度和电池退化表示法,以评估由电池产生的能源和容量市场收入电池储能系统(BESS)(在本例中为锂离子电池)与海上风电场的配对。

他们的发现最近发表在《主要能源》杂志的《应用能源》杂志上。Mehdi Jafari,MIT LIDS的主要作者和博士后;麻省理工学院LIDS的首席研究科学家Audun Botterud曾在阿贡国家实验室任职。

研究人员首先分析了当前的主要建模方法,该方法假定电池性能要素的固定量(例如往返效率和额定功率容量)为固定值,而忽略了由于电池容量衰减(电荷减少而导致的退化)电池可以容纳的电池)随着时间的流逝并循环。然后,研究人员开发并评估了五个增强模型,这些模型通过考虑这种容量下降以及由于其充电状态和效率而定的功率限制以及放电效率的函数,可以更好地反映电池在物理空间中的实际运行方式。他们的研究表明,电池的潜在价值与电池循环和放电的方式直接相关。

在比较了五个先进模型之后,研究人员确定“ SUM”方法是评估其案例研究的最佳选择:纽约的海上风电场。该特定模型的重要特征在于,它是由于循环(由于对电池充电和放电而导致)和日历老化(随时间变化而发生,与使用无关)而导致的电池单元容量下降的总和而导致的退化。)。通过这种方法,给定的电池只有在收入涵盖容量衰减成本的情况下才循环。

研究人员使用SUM模型以及2010-13年纽约的价格和风能数据,评估了四种电池存储和海上风能系统设计-无BESS的海上风电场,陆上的BESS,近海的BESS以及混合动力系统利用海上和海上的BESS评估电池系统位置对其整体盈利能力的影响。在结合了其他决策因素(例如减少风速,电缆尺寸和BESS的调度)之后,他们发现将电池系统放置在岸上并在其完整的充电状态窗口内运行时,可以产生最高的收益潜力,并且可以补偿部分与退化相关的成本。

储能通常被认为是电网中可再生能源大规模扩展的关键推动力。但是,电池仍然是电力系统中的一种新型资产,如何使用电池存在很多问题,” Botterud说。“我们对电力系统优化模型中改进的电池表示方式的研究,使我们可以更现实地评估通往脱碳能源系统的有效途径。”

为此,他们的分析表明,当使用研究人员当前用来评估给定储能系统中电池的附加值的先进程度较低的模型时,电池收入可能会被大大高估。研究人员使用解释电池效率变化的高级模型,证明了该测试用例在能源和容量市场中的电池收入不足以弥补电池的投资成本。兆瓦小时(MWh)的能量存储附加值从2美元到4.50美元/兆瓦时风能变化,导致电池系统的收支平衡成本从50美元到115美元/千瓦时不等。

Jafari说:“通过我们先进的电池建模方法,可以更准确地估算储能资产的价值,这将有助于未来的投资和运营决策。” “此外,考虑电池储能器的动态性能和退化行为,可以改变我们对其经济价值的评估,并通过更精确的比较为其他新兴技术提供机会,例如液流电池或氢基储能器。”

Sakti补充说:“考虑到锂离子电池技术的锁定问题(本质上,这意味着该主导技术将驱赶其竞争对手,这一点在电池行业的多次破产中得到了证明),我们的分析可以帮助投资者和政策制定者更好地了解了取舍,并为研究水平的决策提供了依据。除了主要使用这些电池以外,还可以改善跨多个应用程序的生命周期成本和收益的计算方法,例如,一旦电池使用寿命终止,将电池用于二次电网级服务,也可以从我们的工作中受益。”

在未来的研究中,研究人员计划研究与锂离子电池相比更广泛的电池化学及其潜在价值。他们还将在当前工作的基础上,考虑可能会影响储能价值的其他时空变化,例如地理位置,电池使用情况和替代性收入来源。

“总的来说,我们有兴趣为低碳能源系统开发改进的分析,” Botterud说。“这包括计算效率高的算法,可以解决可再生资源的可变性和不确定性,还可以建模公式化,可以回答有关影响全球能源持续转型的电力市场设计和能源环境政策的关键问题。”

这项研究得到了Equinor ASA通过MITEI的低碳储能能源中心的支持。

来源:工程技术交流平台

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