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长时电池储能系统应用的最优控制与技术经济分析
长时电池储能体系（LD-BESS）被视为电费办理、可再生动力支撑及电网服务的可行处理方案。但是，该技能的本钱仍被认为偏高。本研讨将传统技能经济剖析（TEA）与最优控制理论相结合，旨在将最优控制战略整合至传统TEA中，从而更精准地评价根据LD-BESS的出资收益。本研讨开发了动态规划（DP）优化算法以建立BESS的最优控制战略，方针是经过能量套利和削峰填谷完成用电本钱最小化。根据商业修建、风力发电机及电价的实践数据，界说并校准了三种首要场景。选用储能平准化本钱（LCOS）对财务可行性进行评价。
导言
近年来，世界协议持续推进电网向更清洁、更可持续的动力转型。多国政府与大型企业已制定雄心勃勃的电网脱碳方针。这促进可再生动力发电在电力范畴的渗透率明显提升，相关技能本钱也大幅下降[1]。但是，因为大都可再生动力的间歇性特征，该趋势引发了关于电网稳定性与可靠性的担忧[2]。事实上，随着更多依靠气候的动力被引进电网，加之不断变化的用户需求、异常气候模式以及极点气候事情频发，电网运营商面对的挑战正急剧添加。长时储能（LDES）在处理可再生动力发电的长期季节性间歇问题、增强电网应对不可猜测气候事情和不确定用户需求的才能方面发挥着要害作用[3]。此外，长时储能既能优化新建和现有输电线路的利用率，又可削减为满意峰值容量或运转备用需求而新建发电厂的必要性。
长时储能体系（LDES）被界说为根据电化学能、化学能、机械能或热能的储能处理方案，其放电时长可达10至100小时[3]。文献[4]提出的研讨将短期LDES界说为办理日循环周期的体系（即提供最长20小时的储能），而长期LDES则用于办理季节循环周期，其储能持续时间可达数百小时，按天数或周数核算。在现有LDES处理方案中，电池储能体系（BESS）因其灵活性、高效性和模块化特性正日益遭到青睐。曩昔二十年中，大规模储能设备首要根据锂离子电池[2]。电池储能体系（BESS）技能得益于电动汽车（EV）商场的发展，推进了制造规模化、本钱下降以及锂离子电池相关专业知识的积累。虽然锂离子电池具有高能量密度和往复功率（RTE），但现在仍被视为长期储能（LDES）的高本钱处理方案，并或许带来安全风险，特别是在住宅和商业修建运用中[2][5]。根据这些原因，多种其他电池技能正逐渐遭到长期储能范畴的关注，例如液流电池、钠离子电池和锌电池[3]。现在关于商业修建集成及可再生动力配套的长时电池储能体系（LD-BESSs）的技能经济剖析（TEA）研讨仍较为有限。
一般来说，电池体系的技能经济剖析(TEA)是众多研讨的焦点，如文献[6]所示。事实上，电池储能体系(BESS)的可行性高度依靠于储能处理方案的本钱与标准参数，以及运用场景的特性。以用于削峰填谷的BESS为例，其评价目标包含峰值负荷条件下的能量调衡量、运转功率及该时段的可用性[7][8]。另一方面，用于备用体系的BESS首要以其可靠性为核心价值，而功率与处理能量或许仅具有相对意义[9]。这标明针对这两种运用场景的TEA模型有必要考虑具体运用需求。此外，在比较不同电池技能时，有必要保证其在特定运用场景中充分发挥最佳才能。例如，高功率电池储能体系（BESS）或许最适合提供频率调节等电网服务，而长时电池储能体系（LD-BESS）则更适用于长期的能量转移。因此，虽然电站选址或许固定，但电池储能体系的控制与办理需表现其存储特性以进行精确评价。[10]针对支撑可再生动力的多种并网储能类型（包含数种电池储能技能）展开了具体的技能经济剖析（TEA）。 （注：依据术语表要求，文中未出现需强制替换的术语；专业缩写BESS保持首译全称+括号缩写格式，后续直接运用缩写；技能经济剖析TEA选用学术规范的首译全称+括号缩写处理；文献引证格式[10]严格保留原文形式）但是，用于比照剖析的运用场景尚不清晰，且未清晰阐明放电速率、荷电状况规模等要害目标的运用情况，这些要素会明显影响循环次数与能量供应。文献[11]提出了电池储能体系（BESS）的具体模型，并将其与修建动力办理体系（BEMS）耦合，旨在评价BESS集成至修建环境的部分技能优势。该研讨对BESS功率流进行了一年运转周期的优化，但未结合包含运营开销（OPEX）与资本开销（CAPEX）的全面技能经济剖析（TEA）。另一项近期研讨[12]对装备集成储能的光伏/生物质体系进行了技能经济剖析(TEA)。该剖析涵盖多项重要TEA目标，但未对电池储能体系(BESS)的利用进行优化。[13]根据储能平准化本钱(LCOS)办法，针对美国不同商场中各类BESS处理方案（锂电、液流电池等）及运用场景（表前或表后）展开了十分全面的剖析。虽然该剖析极为全面且具有启发性，但针对特定事情时，BESS处理的总功率会因所选用技能的不同而产生差异。事实上，当时LCOS剖析最常用的东西[14]并未考虑BESS处理能量的时序与方法，而是遍及选用不影响实践运维本钱(OPEX)的会集能量输出模型。
上述大都研讨未对长期运转工况展开剖析[1]。近年来，商业修建中集成电池储能体系(BESS)以完成电费办理与节能的研讨文献激增[8][15]，这些研讨一起考量了光伏、风机等分布式动力(DERs)的现场发电[15][16][17][18]。而在长时储能电池体系(LD-BESS)范畴，可获取的技能经济剖析(TEA)文献极为有限。文献[1]选用美国落基山国家试验室的StoreFAST东西[19]，在考虑本钱不确定性的前提下，对包含多种LD-BESS在内的长时储能体系(LDES)进行了全面评价，以支撑高比例可变可再生动力电网。但即使在此研讨中，作者仍未触及特定LD-BESS的最优控制对发电量与运转维护本钱(OPEX)的依存关系。
虽然已有若干事例研讨讨论了该问题，但将LD-BESS运用于商业修建以及与可再生动力发电体系集成仍存在技能和经济挑战。现有研讨极少考虑LD-BESS特有的技能与经济特性，且大都成果要么聚集于最优控制而未评价出资的整体效益，要么局限于技能经济剖析（TEA）却选用近似化的储能运转模型。与之相反，将TEA与LD-BESS的最优运转战略相结合，对于精确评价出资效益至关重要。本研讨根据真实世界数据与实用化运转场景，重点开发用于评价修建集成LD-BESS及支撑可再生动力财务可行性的TEA目标体系。本作业的立异性贡献可概括如下：
- •考虑来自现实世界收集或试验的真实技能数据，用于校准LD-BESS（长时电池储能体系）、修建、可再生动力及电费账单模型；
- •将最优控制技能（如老练的动态规划办法）整合至技能经济剖析结构，特别是度电储能本钱（LCOS）评价体系中
- •评价与出资经济影响相关的高级技能目标
据作者所知，现在尚无文献将本研讨所提出的立异集合进行整合讨论
本研讨选用稳健有用的办法，描述了混合可再生动力体系中电池储能体系（BESS）作为长时储能（LDES）的技能与经济潜力