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使用先进建模评估海上风电场电池收入

麻省理工学院的研究人员揭示了当前电池模型的不足之处

凯利特拉弗斯 · 7月28日,2020年7月28日 · Mitei.

锂离子电池技术目前主导了先进的储能市场 - 越来越重要的部门,因为更多的重点是可变可再生能源产生和可靠性,以帮助脱碳全球能源系统。但根据麻省理工学院的研究人员,普遍电池模型实际上可以将电池的收入高估为35%。

“目前的建模并不是这些电池如何实际运作的代表性,”麻省理工学院能源倡议(MITEI)研究科学家58必威苹果apurba sakti。“这些模型通常没有考虑电池的退化或寿命,这直接影响了成本和能量存储系统的附加值。”

为了解决这一差距,Sakti与同事在信息和决策系统的麻省理工学院实验室(LIDS)研究了六种数学表示方法,结合了电池退化程度的增加和表示,以评估电池能量存储系统(BESS)(在本例中是锂离子电池)与海上风电场的配对所产生的能源和容量市场收入。

他们的研究结果最近发表在该杂志上应用能量在Sakti,主要调查员纸;Mehdi Jafari.,领先作者和麻省理工学院盖子的博士后助理;和拍完Botterud是一位MIT LIDS的主要研究科学家,有共同任命阿贡国家实验室

他们首先分析当前主要建模方法,它假定固定数量的元素电池的性能,如往返效率和额定功率能力,忽略了退化,由于电池的容量将会发生褪色(或者,减少负责),电池将随着时间的推移和骑自行车。研究人员随后开发并评估了五种增强模型,这些模型通过考虑容量退化、充电状态导致的功率限制以及放电功率的效率,更好地反映了电池在物理空间中的实际运行情况。他们的调查显示,电池的潜在价值与它的循环和放电方式直接相关。

在比较了五个先进的模型之后,研究人员认为“SUM”方法是评估他们的案例研究的最佳选择:纽约的一个海上风电场。这个特殊模型的一个重要特点是,它将电池容量的退化归结为循环(由电池充放电引起)和日历老化(作为时间的函数,不管使用与否)所导致的电池容量衰减的总和。采用这种方法,一个给定的电池只有在收入抵销容量成本的情况下才会循环。

在2010-2013期间使用纽约价格和风数据的Sum型号,研究人员评估了四个电池储存和海上风系统设计 - 一个海上风电场,没有贝塞尔,位于海上的北岸,位于近海,以及一个杂交system utilizing BESSs both on- and off-shore—to evaluate the impacts of the battery system’s location on its overall profitability. After incorporating other decision factors, such as wind curtailment, cable sizing, and dispatch of the BESS, they found that locating the battery system onshore while operating within its full state-of-charge window yields the highest revenue potential and can compensate for some of the degradation-related costs.

“能源存储经常被认为是可再生能源在电网中大规模扩张的关键促成因素。然而,电池在电力系统中仍然是一种新的资产类型,关于如何最好地使用它们还有许多问题。“我们在电力系统优化模型中改进电池表现的研究,使我们能够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,如果使用研究人员目前使用的不太先进的模型来评估给定储能系统中电池的附加价值,电池收入可能会被严重高估。使用先进的模型,考虑到电池效率的变化,研究人员证明,电池收入在能源和容量市场的测试案例,不足以收回电池的投资成本。每兆瓦时(MWh)的储能增值从2美元到4.5美元不等,导致电池系统的盈亏平衡成本从每千瓦时50美元到115美元不等。

“通过我们先进的电池建模方法,可以更准确地估计能量存储资产值,这将有助于未来的投资和运行决策,”Jafari说。“此外,核对电池能量存储的动态性能和降级行为可以改变我们对其经济价值的评估,并通过更准确的比较为其他新兴技术提供其他新兴技术的机会,例如流量电池或基于氢气的存储。”

Sakti补充说:“关于锂离子电池技术锁定的担忧[这实质上意味着这种主导技术将推出其竞争对手,如电池行业的多次破产所证明的,我们的分析可以帮助投资者和投资者政策制定者更好地了解权衡,以及通知研究级决定。在超出这些电池的主要使用超出这些电池的主要应用中,改进了生命周期成本和益处的核算 - 例如,一旦它达到了汽车终身级服务,使用电池即可达到汽车 - 也可以从我们的工作中受益。“

在未来的研究中,与锂离子电池相比,研究人员计划研究更广泛的电池化学物质及其潜在价值。他们还将通过考虑可能影响能量存储价值,例如地理位置,电池应用以及替代收入流的其他时空变化来构建目前的工作。

“总的来说,我们有兴趣开发改进的低碳能源系统的分析,”Botterud说。“这包括可以解决可再生资源的变异性和不确定性的计算上有效的算法,以及可以回答有关电力市场设计和能源环境政策的关键问题的模型配方,这些政策会影响全球持续的能源过渡。”

该研究由Equinor ASA通过Mitei的低碳能源中心进行储能。


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记者调查:miteimedia@mit.edu