PDF《液态金属电池储能系统在光氢耦合微电网中的优化配置》

液态金属电池储能系统在光氢耦合微电网中的优化配置 梁芷睿,宋政湘,王建华,王贤,张国钢 ( 电力设备与电气绝缘国家重点实验室( 西安交通大学) ,陕西省西安市

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4 9 ) 摘要:液态金属电池是一种新型电池, 其与氢储能共同构成的综合储能系统可以很好地满足微电 网的需求.

首先为该综合储能系统设计了一套以经济性最优为原则的调度方案, 使两种储能装置 协调配合, 共同平抑并网光伏电能的功率波动.其次, 仿真计算该调度方案下的液态金属电池配置 成本、 微电网年利润、 电池预期使用寿命、 电池容量不足的天数等指标, 并利用这4项指标构建液态 金属电池储能系统性能的综合评价模型.最后, 以某光氢耦合微电网为例, 利用上述模型对不同容 量液态金属电池的性能进行评价, 得出了电池的最优配置容量. 关键词:液态金属电池;

氢储能;

调度方案;

储能容量优化;

微电网( 微网) ;

光伏发电 收稿日期:

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1 7. 中央高校基本 科研业务费专项资金资助项目;

国家能源局 互联网+ 智慧能源( 能源互联网) 示范项目.

0 引言 随着全球经济的高速发展, 能源与环境问题日 趋严重, 分布式发电技术成为世界各国研究和发展 的热点.为减小分布式电源对电网的冲击, 人们提 出了微电网的概念[ 1] .微电网既可以并网运行, 也 可以孤立运行, 它能够促进分布式电源的大规模接 入, 是消纳可再生能源的重要方式.多能互补是智 能微电网的重要发展方向, 也是提高可再生能源渗 透率的有效手段. 在微电网中, 风能和太阳能等可再生能源发电 具有间歇性和波动性, 将其直接接入电网会降低电 能质量.借助大规模储能技术可以有效解决这一问 题.目前主要的储能手段( 如铅酸电 池、 锂离子电 池、 超级电容器等) 普遍存在如存储能量少、 释放效 率低、 占地面积大、 充放电寿命有限和环境污染等问 题, 达不到电力系统对储能设备的容量和成本要求. 液态金属电池是由美国麻 省理工大学的Sadoway教授团队提出的一种新型储能电池[

2 ] , 具有过载能 力强、 运行寿命长、 经济环保等优点, 非常适合电力 系统储能[

3 ] , 但其大规模配置成本较高.氢储能具 有能量密度高、 运行维护成本低、 储能过程无污染等 优点, 是一种廉价的大规模储能技术[

4 ] .然而氢电 转换速度受到燃气轮机、 燃料电池等设备响应速度 的制约, 无法快速响应负荷变化[

5 ] .因此, 可以为微 电网设计一种液态金属电池储能与氢储能相结合的 综合储能系统, 从而更好地发挥两种储能方式的优 点, 提高微电网的性能. 与单一种类的储能装置不同, 综合储能系统的 运行涉及两种储能方式的协调配合, 需要设计更复 杂的调度方案.文献[

6 ] 以系统效率最优为目标, 设 计了一种维持蓄电池、 电解槽和燃料电池协调配合 的双滞环控制策略.文献[ 7] 提出了一种模糊控制 策略, 根据光伏发电量与用电负荷的不匹配程度, 以 及蓄电池的荷电状态( S O C) 来选择不同的调度方 案.然而, 液态金属电池的某些特性与传统储能电 池不同, 上述文献中的调度方案不完全适用于液态 金属电池储能系统.另外, 上述调度方案中没有考 虑对微电网经济效益的优化, 难以满足微电网系统 的经济性要求. 恰当的储能配置容量可以提高微电网的经济 性, 同时保证对分布式电能的充分利用. 文献[8G10]中以系统总成本最低为优化目标, 利用规划 模型求解最优储能容量.微电网系统的总成本一般 包括设备投资成本和运行维护成本, 再减去政府对 新能源发电的补贴[ 8] .当微电网并网运行时, 分布 式电源发出的电能可以售给电网或后级用户, 此时 还需考虑微电网的售电收入[