近年來(lái)，應用梯次電池儲能已成為研究熱點(diǎn)，但成本仍是制約電池儲能大規模應用的主要因素。對于退役動(dòng)力電池，直接報廢回收處理會(huì )對環(huán)境造成極大的危害，同時(shí)也是對電池價(jià)值的巨大浪費。退役動(dòng)力電池雖然無(wú)法滿(mǎn)足在電動(dòng)汽車(chē)應用領(lǐng)域的性能要求，但仍可在其他場(chǎng)合發(fā)揮其作用，一個(gè)最主要的用途就是用于儲能領(lǐng)域。對退役動(dòng)力電池進(jìn)行梯次利用，可充分發(fā)揮動(dòng)力電池的容量?jì)r(jià)值、延長(cháng)使用壽命。研究動(dòng)力電池的梯次利用技術(shù)，對于推動(dòng)電力行業(yè)的健康綠色發(fā)展、儲能系統的推廣應用以及節能環(huán)保具有重要的社會(huì )意義和巨大的經(jīng)濟效益。大規?？稍偕茉床⒕W(wǎng)時(shí)，通過(guò)配置儲能系統平抑功率波動(dòng)，可以實(shí)現能量的平穩轉移。以某光伏電站為應用場(chǎng)景，分析梯次電池儲能在平抑光伏功率波動(dòng)這一應用模式下的優(yōu)化規劃并評估其經(jīng)濟性。建立光伏電站儲能系統優(yōu)化規劃和經(jīng)濟性評估模型，以滿(mǎn)足并網(wǎng)波動(dòng)率限制下儲能容量成本最小為目標函數，采用人工魚(yú)群算法進(jìn)行優(yōu)化求解，并通過(guò)對比常規儲能系統評估梯次電池的經(jīng)濟性。選取相關(guān)算例進(jìn)行分析，結果表明模型具有一定的合理性和有效性。

　　

　　2.梯次電池儲能用于光伏電站的規劃模型

　　

　　在可計算得到梯次電池的循環(huán)壽命和日歷壽命的基礎上，本節提出以梯次電池儲能系統所能產(chǎn)生的使用價(jià)值為依據的配置梯次電池儲能系統的成本估算方法。梯次電池儲能系統的成本由初始購買(mǎi)成本和運行維護成本構成。初始購買(mǎi)成本(折算到等年值)由容量成本(梯次儲能電池成本)和功率成本(儲能變流器成本)組成，可下由式計算：
 

　　
 

　　采用AFSA能夠具有較快的收斂速度，可以用于解決有實(shí)時(shí)性要求的問(wèn)題，在本文中對求解精度要求不高，可以通過(guò)AFSA快速得出解。采用AFSA進(jìn)行光伏電站儲能優(yōu)化配置和經(jīng)濟性評估模型的優(yōu)化求解步驟如圖1所示。
 

　　

　　圖1人工魚(yú)群算法流程

　　

　　針對梯次儲能電池單位容量的購買(mǎi)費用CE_sec，從梯次電池用于儲能所能產(chǎn)生的使用價(jià)值角度出發(fā)來(lái)進(jìn)行評估，與常規儲能電池的使用價(jià)值相比較，梯次電池用于儲能系統產(chǎn)生的使用價(jià)值可由下式估計其單位容量購買(mǎi)費用CE_sec。
 

　　
 

　　單位容量梯次儲能電池運行維護費用KE_sec隨梯次電池初始容量保持率變化，以鋰離子電池為例，不同初始容量保持率的梯次電池對應的運行維護單價(jià)如表1所示。

　　

　　表1不同容量保持率的鋰電池對應的運行維護單價(jià)
 

　　
 

　　3.算例分析

　　

　　在本文中選取河北張家口風(fēng)光儲能電站的數據進(jìn)行算例分析，其裝機容量Pins為40MW，功率數據采樣間隔Δt=1min，即一個(gè)典型日內共采1440個(gè)點(diǎn)。由于光伏發(fā)電夜間出力為0，因此只考慮每天從6:00時(shí)至19:00時(shí)的出力數據。模型所需各參數如表2所示。

　　

　　表2模型所需各參數
 

　　
 

　　采用人工魚(yú)群算法對所建模型進(jìn)行優(yōu)化求解，AFSA算法參數設置如下：最大迭代次數為100;魚(yú)群規模為30;視野范圍為6-12;最大步長(cháng)為3-5;擁擠度因子為0.628;T為4-8;安全度系數為0.9;則求解得到該光伏電站配置儲能系統的額定容量為2.2189MW˙h，額定功率為3.9259MW。圖2為典型日光伏電站實(shí)測功率、馬爾可夫預測功率以及光伏并網(wǎng)功率曲線(xiàn)。圖3為儲能電池充放電功率及荷電狀態(tài)變化曲線(xiàn)。
 

　　
 

　　圖2光伏實(shí)測功率和預測功率以及并網(wǎng)功率曲線(xiàn)
 

　　
 

　　圖3儲能電池充放電功率以及荷電狀態(tài)變化曲線(xiàn)

　　

　　由所述計算梯次電池等效循環(huán)壽命的方法，根據儲能電池的荷電狀態(tài)計算得到電池在該典型日內的等效完全充放電次數Nday=3.3502次。通過(guò)計算得到配置常規儲能系統和梯次儲能系統的成本，同時(shí)對比梯次儲能系統單位容量分別為990.8元/(kW˙h)、800元/(kW˙h)、600元/(kW˙h)時(shí)的情況，得到如表3所示的經(jīng)濟性對比結果。

　　

　　表3配置常規儲能和梯次儲能系統的經(jīng)濟性對比
 

　　
 

　　從表3中可以看出，當梯次儲能系統單位容量的購買(mǎi)價(jià)格CE取1270元/(kW˙h)時(shí)，梯次儲能系統的購買(mǎi)成本和運維成本均高于常規儲能系統，說(shuō)明該情況下配置梯次儲能系統相較于常規儲能并不具有優(yōu)勢;當CE取990.8元/(kW˙h)時(shí)，配置梯次儲能與配置常規儲能的總成本相同;當CE取800元/(kW˙h)和600元/(kW˙h)時(shí)，配置梯次儲能的成本低于常規儲能系統。由以上分析可說(shuō)明，在光伏電站應用場(chǎng)景中，考慮經(jīng)濟性的前提下，當梯次儲能單位容量購買(mǎi)價(jià)格CE小于990.8元/(kW˙h)時(shí)，該模型能夠帶來(lái)一定的經(jīng)濟效益。

　　

　　4.結束語(yǔ)

　　

　　本文以某光伏電站為應用場(chǎng)景，建立光伏電站儲能系統優(yōu)化規劃和經(jīng)濟性評估模型，以滿(mǎn)足并網(wǎng)波動(dòng)率限制下儲能容量成本最小為目標函數，分析梯次電池儲能在平抑光伏功率波動(dòng)這一應用模式下的優(yōu)化規劃并對其進(jìn)行經(jīng)濟性評估。采用AFSA進(jìn)行優(yōu)化求解，并對比常規儲能系統，以此來(lái)評價(jià)梯次電池儲能的經(jīng)濟性，算例分析結果表明了模型的合理性和有效性。