电价策略对储能系统经济效益的影响研究.docx
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电价策略对储能系统经济效益的影响研究
【摘要】
本文对目前储能技术的种类;用途;运用方式以及在电力系统中应用的实例进行了详细的介绍。
主要研究电价策略对于储能系统经济效益的影响,另外基于削峰填谷的原理,我国电价为分部电价。
一天内电价分为三部分:
峰时;平时;谷时。
储能系统经济效益来源为谷时买入电量,峰时卖出电量。
收益即为该储能系统的收益。
该储能系统运用目前较为先进的压缩空气储能电池。
建立了储能系统日收益的模型。
程序采用了遗传算法的编程。
对我国三大城市:
广州;上海;北京的电价策略进行算例计算。
对比三个城市收益的最大值,得出最适合该储能系统的电价策略。
关键字:
电价策略;储能系统;经济效益
Abstract
Inthispaper,thetypesofenergystoragetechnology;Use;Usingmethodsandappliedinthepowersystemofinstancehascarriedonthedetailedintroduction.Mainlystudytheinfluenceofelectricitypricestrategyforenergystoragesystemeconomicbenefits,inaddition,onthebasisoftheprincipleofpeakcutthepriceforthedivisionofthepriceinourcountry.Withinadayofelectricitypriceisdividedintothreeparts:
thepeak;Atordinarytimes;Thevalley.Thevalleyofenergystoragesystemeconomicsourceforbuyingpower,&sellpeakpower.Earningsforthebenefitoftheenergystoragesystem.Theenergystoragesystemusingatpresentadvancedcompressedairenergystoragebattery.Energystoragesystem,revenuemodelisestablished.TheprogramUSESthegeneticalgorithmofprogramming.Toourcountry'sthreebiggestcities:
guangzhou;Shanghai;Beijingelectricitypricestrategyforexamplecalculation.Contrastamaximumofthreecitiesincome,itisconcludedthatthemostappropriatefortheenergystoragesystemofelectricitypricestrategy.
Keywords:
Electricitypricestrategy;Energystoragesystem;Economicbenefits
1绪论1
1.1储能系统的种类与其简要介绍1
1.储能技术的蓄电池1
2.抽水储能1
1.2电力储能方式和发展现状2
1.抽水蓄能电站2
2.压缩空气储能电站2
3.飞轮储能3
4.超导磁储能系统4
6.电池储能系统9
1.3电力储能技术在电力系统中的应用实例10
1.抽水蓄能系统10
2.压缩空气储能电站11
3.飞轮储能系统11
5.超级电容器储能系统14
6.电池储能系统15
2不同电价策略对储能系统经济效益的影响15
2.1中国重要城市电价15
1.北京市电价15
2.2以日收益为目标函数建立储能系统经济效益分析数学模型18
3基于数学模型进行经济效益分析20
3.1储能系统参数情况20
3.2求解算法说明20
3.3算例分析(不同城市效益计算结果)22
3.4分析在我国三种典型城市中电价策略对储能系统的影响31
总结32
致谢33
1绪论
存储的能量可以分为机械和化学储蓄,蓄能发电的间歇性增加,能量存储系统的需求也在增加。
储能技术在这方面的控制能力的提高间歇性能源,具有广阔的应用前景,其成功的应用到配电网间歇性和协调控制技术瓶颈的能力显著提高,能源获取能量的间歇。
蓄电池以其响应速度快、能量密度高、配置灵活、力量和能力,范围广等优点,在电力系统中的最高法院,易波动,间歇性能源和其他情况下,发挥了积极的作用。
随着技术的成熟,成本逐渐的降低和存储系统研究不断地深入,是在网络中的应用。
存储系统的能量储存的电力电量较低时,发出的电力高峰时间,以达到平衡负载。
大部分系统的经济效益来自利益的能源储存系统储存的能量,这是密切相关的价格结构电的电价体系在我国的区域差异,有差异,有不同的用户,因此,需要考虑经济效益的能源存储系统结构的影响,对价格策略在电力系统发电的经济效益。
近年来,新能源存储技术被开发和应用。
随着成本的降低,其应用范围也越来越广,能量存储技术也被应用于削峰填谷。
储能技术有其物理特性系统介绍和分布式存储在用户方面是一种理想的方法,以提高供电可靠性的用户。
但是,在目前的技术经济水平,昂贵的能源存储系统,利用储能系统的改进用户供电可靠性的必要性进行了分析,从分时电价和用户侧分布式能源存储系统中的经济价值进行了分析,提出了提高可靠性的用户,分布式能源存储的组合投资成本、投资利润率等经济指标的经济性评估,为用户的投资。
同时分析了投资成本,可盈利的最大幅度的情况下,不同的投资标准。
1.1储能系统的种类与其简要介绍
1.储能技术的蓄电池:
蓄电池是一种储能通过更换电能与化学能正负极之间。
这不仅节省了化石燃料的燃烧过程,而且也有助于减少污染的优点,有助于提高电力系统的稳定性、响应快、易与各种充电电池电站组合完成组合设备,不需要特定的数据来选择施工环境、施工完成后可在较短的时间内,。
公司在扩大,这时电池电力系统是一种在电力系统中广泛使用的技术。
在设计和应用中的电池存储系统,存储中存在一些不足,如寿命短,能量密度低,最难消除的化学废物污染和昂贵的价格。
2.抽水储能:
抽水蓄能是指在用电用户少的时间内,用该装置中抽水装置将水从低点水库抽取至高点水库,从而用水的势能取代电能进行存储的一种储能方式。
在用户用电功率大时刻,高点水库中往地点水库中排放水,然后带动水轮机运转发电。
这种储能方式有着储存量大、储能时间长不受各种限制、整体利用率高、技术十分完善的优点,因此这种类型的电力储能技术被大范围地采用,然而这种储能技术也有一定的与其他方式的储能系统比一定的缺点,例如建设周期较长、投入成本高、对该储能系统建设的周围环境要求高等,同时有可能产生许多的问题;比如使得该地居民搬迁,影响该地生态环境。
1.2电力储能方式和发展现状
1.抽水蓄能电站:
整个的抽水蓄能电站具有好几个部分,其中最重要的是必须要有建设两个不同的水库,一个是在海拔较高位置,一个在低位,这样的结构是抽水蓄能的最基本的结构。
在抽水蓄能电站工作时,用电负荷较小时,抽水蓄能电站其中的一部分将位于低位的水库的水抽上来,储存在高位水库,这部分的设备是电动机。
用电负荷较大时,抽水蓄能设备中的工作部分将位于高位水库中的水释放出来,使其势能转换为动能带动发电。
按照水库的不同分为好几种蓄能电站。
按照水库中有无天然径流汇入可以分为纯抽水、混合抽水和调水式三种不同的抽水蓄能电站,建设该抽水蓄能电站的地理位置应当要求该地水头高、储能系统储能容量大、水在地表渗透小、输送水的输水管短、距离用电负荷近。
抽水蓄能电站可以根据定储存容量的形式建造,储能的能量的释放时间要求不高。
2.压缩空气储能电站:
压缩空气储能电站是一种储能方式,他的应为(compressedairenergystorage,CAES),主要是以发电厂为主。
该发电厂运用燃气轮机进行调峰,主要利用该电网在电力负荷低谷时剩余的电量进行对空气的压缩来储能,并将该空气储藏在一般为压力7.5MPa的高压密封的设施中,在用电负荷大时刻释放出压缩空气来驱动燃气轮机发电。
在燃气轮机发电的过程,该燃料的三分之二用于在压缩空气,此时可以减少三分之二的能量,该过程中可以比一般的燃气轮机减少半分之四十的能量消耗,同时可以减少该设备的通入费用、降低对环境的污染。
CAES的建设投入成本与使用成本都低于抽水蓄能电站,但其能量密度低,并且地形的限制对该储能电站影响较大。
CAES的储能器库的开裂漏气的几率超级小,安全等级高,寿命长,可以冷启动、黑启动,开始速度快,主要用于峰谷电能的回收进行调节、平衡负荷、调频、分布式储能系统和发电系统的备用。
目前,底下的储气站运用报废矿井、沉降在海底的储气罐、山洞、过期油气井和新建储气井等多种模式,其中最实用的是水封恒压储气站,能够使得该储能系统的能量转换达到90%。
大容量化和复合发电化使得该储能系统能够更加节省成本。
3.飞轮储能:
飞轮储能系统是一种告诉的储能系统,它具有一个高速的车轮。
运用轴承支持系统来支持这个车轮的稳定性,他其中含有功率变换器、发电机、电动机等装置。
根据在动能的形式电网用于存储能量加载谷,飞轮储能系统,能量来提供所述飞轮的旋转速度电力驱动-全机械能的转换过程。
峰值负载,发动机在作为电动机产生由功率转换器的输出电流和电压功率飞轮的高速旋转,以完成机械能。
它是能量转换过程中的能量转换过程。
飞轮5千瓦/kg以上,20瓦时/公斤或更多的能量密度的能量消耗,产率为90%时,最近几年,飞轮转子设计、轴承支撑系统和电能转换系统在人的研究下,因为这几种材料和技术:
高强度碳素纤维和玻璃纤维材料、大功率电力电子变流技术、电磁和超导磁悬浮轴承技术使得飞轮储能在性能上有了巨大的提升。
高温超导磁浮轴的承摩擦系数达到10−7量级,在这样的基础下,1MWh超导飞轮在1997年已经研发成功。
飞轮储能技术因为磁悬浮轴承、飞轮的大型化和高速旋转化使得该项技能运用得到了进一步提升和进一步的研究,使得该项技术在运用方面的到的更广泛的运用。
飞轮储能结构图1.2.3-1
图1.2.3-1
运行飞轮储能系统飞轮储能系统,指的是动能的形式和使用的能量储存飞轮的高速旋转的惯性。
这三种模式的排出,保持它的加载。
换言之,在方向盘旋转速度,能量的模式从外部负荷吸收,以增加飞轮的能量存储为动能,即动能的放电模式飞轮转子到发电机,以便实现所述机械能的转换的发生器适于再次动能通过控制单元转换成电功率的电能的电流和电压,保持模式的电气设备的电源,即,能量损失被忽略那些能量保持恒定,所以飞轮马斯的速度不再能够吸收能量的能量输出向外当其达到预定值。
它可以快速存储为动能的飞轮的转动能量来表示。
:
(1.2.3-1)
式中(1.2.3-1):
v为整个飞轮的边缘的速度;m为飞轮整体的质量;J为飞轮在旋转过程中的转动惯量;ω为飞轮在转动中的角速度。
由式
(1)可知,飞轮具有的能量与飞轮的转动惯量、飞轮角速度的平方成正比,因此提高飞轮储能量有增大飞轮的转动惯量和提高飞轮转速两种方法。
由于可将飞轮看似圆盘,因此求飞轮转动惯量的公式为:
(1.2.3-2)
式中(1.2.3-2):
r为飞轮的转动半径。
由该式可知,增加飞轮转动半径和增加飞轮质量是增加飞轮惯量的两种方法,尽量的减少飞轮的质量与体积是一般情况下保证能量容量增加的方法。
4.超导磁储能系统:
超导磁储能系统(superconductingstorage,SMES)的超导线圈,响应速度快(MS级),而不在电力传输的形式的能量转换使用所存储的磁能来执行,转换效率高(≥96%比容量)(110瓦时/千克)/比功率(4月10日-10可以千瓦/kg)和显著优点可以实现与电力系统的实时大容量能量交换和功率补偿。
在SMES技术没有机械部件与动态密封件没有旋转,这是相对简单的。
目前,1至5MJ/MWSMES装置具有在低温下的产品的形状,100MJSMES高压输电网络SMES技术可行性分析,并在5个千兆瓦是证明的,在实际操作它被放置。
SMES完全支持传输和配电网络中,功率补偿可以改善的令人满意的频率调整的系统的稳定性和功率要求的传输容量。
中小企业开发目标是适于在液氮为了开发涂覆组合,以进一步降低资本和操作成本超导体的温度下操作MJ-级系统,解决支持问题,我们中小企业分布系统探索磁清盘实践管理领域,有效和保护措施的动力与灵活的传输技术相结合。
系统及原理的ESMS:
当超导储能轮廓(SMES)的装置是必要的,响应于所述负载的输出功率能量存储装置是使用超导线圈电能储存在电磁能量的形式。
致动器存储和基本原则优点SMES超导线圈,由于NO的超导线圈的直流功率损失,由存储在电磁能量的形式向下的电能,一个超导线圈操作期间的焦耳热,可发生强磁场,1000倍的长期储存的电池,而不迭代损失一般主题,可以实现约(108焦耳/米3)高的能量密度,其可以是存储。
2个数量级的现有的线圈线材。
可用于ESME=0.5LI2能量存储线圈的超导(ESME为电磁能,J,L是超导线圈的电感,H;.I是电流超导线圈)。
超导线圈主要有下面的几部分组成的。
1、超导线圈:
超导线圈一般有两个常见的形态,环形超导线圈和螺管型超导线圈。
一般采用漏磁少的小型线圈一般是小型的SMES。
而大型SMES及需要现场绕制的SMES多采用虽然漏磁较多但结构简单的螺管型线圈。
因为目前市面上技术尚未成熟,超导线圈的造价很高,使得在设计这样的设备时,应当减少使用超导线圈的用量。
2、冷却系统:
冷却系统顾名思义就是低温冷却系统。
在这样的一个冷却系统中,他的主要组成部分是:
不锈钢制冷器、低温液体的分配系统和自动氦液化器等。
其中分配系统主要由顶部电气连接、低温阀箱、低温管、真空装置、安全阀和冷却箱等组成。
在这样的冷却条件下使得整个超导的稳定性具有多个有点,但是同样具有许多缺点。
比如使得整体的耐压水平降低。
使得整个通入交流时设备的损耗较大。
在强制冷却的条件下各方面的都好,但超导热稳定性较差。
两种处理方法各有优点,需视具体情况定,见图1.2.4-1.
。
图1.2.4-1
3、失超保护:
超导磁体失超时可能出现过热、高压放电及应力过载等三种情况,这样的三种情况中,高压放电一级应力过载是能够不用监管,能够一定条件下自我修复的。
而另外的一种情况则是十分危险的。
他可以使得磁体坏掉,因此针对这样的保护必须增多。
防止过热即要转移失超时超导磁体中的电流至外部消化,从而防止焦耳热释放在超导线上。
4.根据能够提供电功率脉冲与电极的电化学双偏振层的理论的理想状态的超级电容器已被开发。
电荷吸引周围并连接到电极表面,以形成双电荷层,形成双电层的电容的电解质溶液的异构体离子。
填充层(通常为0.5mm)的非常低,从而导致在电极,增加了一百万次的特定结构,所述的间距用过耦合到大的电极表面上。
然而,低介电压,有一个漏电流,存储和保留时间是有限的,必须串联使用,以增加控制电路和充电和放电系统的容量。
三代和发展十年超级电容器后,在0.5〜1000°F,12〜400V的容量的工作电压,在400〜2000埃,最大放电电流S已被训练的产品eries,所述能量存储系统,30MJ的最大容量的能量存储。
然而,超级电容器作为短的高功率连续电流至负载高功率电平与功率质量电源高级应用系统,这增加了发动机的起动电平的价格是电压降进一步在支持设置昂贵的瞬态干扰,重新建立动态电压等。
目前,基于上述活性炭电极双层和电极插件锂离子电池上的第四代超级电容器的发展。
功能和超级电容器的车型自推出超级电容器作为储能装置,他们的研究是一个问题。
目前,有两种类型的物理模型和等效模型应用水平。
传输线模型的一个典型代表和多步模型,如图1.2.5-1所示。
图1.2.5-1
这两种电容器均考虑了超级电容器的分布参数的电气特性,超级电容器的电气特性大体等同于这两种由电阻和电容构成复杂网络。
其中的参数具有相当明确的物理含义,但是对于超级电容器来说,该装置的复杂性限制了超级电容的基本描述。
为了方便性,对于超级电容器的描述都采用了电阻与电容这种结构进行描述,其中最广泛采用的描述为如图1.2.5-1所示的经典超级电容器等效集中参数模型。
当中串联等效电阻解释了惯于超级电容器电机-电解质的电阻特性。
在充电结束是高级电容器的端电压小范围的的突然降低中得以体现。
在大电流放电是对超级电容器储备的能量的转移进行了约束。
并联等效电阻Rep则代表了了超级电容器处于备用储能态时的静态损耗,以泄露的电流代表该参数的大小。
超级电容器储能的过程其实是十分复杂的电化学过程,该超级电容器的内阻和与实际电容受到许多原因的制约,具有很强的根据时间变化的特性和非线性。
根据神经网络理论,考虑到超级电容器的电阻和电容的温度系数的效果,调整输入电容器x中的超级电容器的工作电流,在电容器两端电压超和输出变量y。
设计适于选择用于训练最佳实验数据的神经网络结构,有可能获得对应超级电容器模型非线性预测模型是一个高精度建模。
如图1.2.5-2
图1.2.5-2
功率变换电路
在充放电过程中超级电容器与电池储能系统在端电压变化上有着巨大的差异。
为了改善超容器偏差的电压外特性,一般采用功率转换器作为接口。
双向DC/DC功率变换器能实现两象限功率的快速传输,是超级电容器储能系统功率变换电路的首选。
而超级电容器储、释能运行过程中端电压的变化范围宽,在功率、输出电压等级相同的条件下,如图1.2.5-3
图1.2.5-3
在这些措施之外,还可以通过加入一部分冗余模块,可以提升超级电容器的功率和可靠性。
还可以通过不同的组装来实现对输入输出功率等级的满足。
与应用相结合。
因为电压变换对电气隔离带来的要求,需要加装功率变换器结。
隔离型全桥双向DC/DC变换器拓扑结构,又称双有源桥,是目前较为认同的方式,如图1.2.5-4所示。
图1.2.5-4
控制策略
合适的控制策略,不仅提高了实践报告最大预超级电容器的能量,方便了系统的安全性和稳定性。
目前,从频域特性,功率转换器的电容器电压和电感电流,实际Zeroporu补偿网络或设计PID控制器的控制量,最常见的应用。
该方法实质上是基于计算状态空间平均的方法,所述系统以恒定的操作点操作时,使用一个小的灵活的信号处理的是一个非线性的,该电路功率改变天气可以是成人控制理论的线性控制对应于一个简单的线性电路。
在实际应用中,运行期间在超级电容器上的电压随时间变化,没有稳定的工作点。
的小近似信号线性化方法限制了应用。
非线性控制方法是有前途的。
鉴于开关操作的超级电容器,以及所述电力转换电路的,能够来和由滑动模式的可变结构控制系统,而无需控制的简化的子还原2拓扑之间去和逼近。
协同控制,可以使用从初始状态收敛到在指数格式目标歧管。
它有内部和这种情况的外界干扰特性满足了系统,也适用于超级电容器的能量存储系统的研究。
在人工智能模糊控制不需要精确的数学模型,if......then语句采用在超级电容器储能系统随时间的变化状态,非线性特性,并通过线性稳定性的多链接经营领域和性增强系统。
在本文档中,使用模糊复杂算法的滑动的方法,并控制混合动力电动车辆的电池超级电容器。
通过平滑该控制信号,所以可以减少或避免的稳健性和可靠性。
实验表明,该算法具有良好的自我调节性能,可提高能量回收的效率。
模型预测控制是估计的设定值和使用预测模型未来输出状态之间的差异。
集中式模型的预测控制提供了复杂的混合动力系统的一个理论解。
后燃料电池文献-超级电容器,电池-使用用于超级电容器系统的仿真的分布式模型预测控制。
这些研究表明,该模型预测控制功率的混合。
灵活高效的管理体系。
最近,根据复杂性和超级电容器的状态的不确定性,自适应控制算法来调整已提出使用监视数据的设置。
6.电池储能系统:
电池的能量储存系统主要用于装载和卸载从正极和负极氧化还原电池的反应。
铅酸电池,比能低,报告的输出将允许电池更快低镍镉和生活在高温下,成本低,造价低,且可靠性高是一种成熟的技术。
它们被广泛应用于电力系统。
容量达到20兆瓦。
铅蓄电池,拖着中继系统,通讯,照明事故的供给,因为电源的独立作用的中继装置,子的供电中断站,以提供能量,该电源系统的正常操作期间的能量供给断路器。
然而,人生苦短,在制造过程中,也有一些对环境的污染。
镍镉电池和其它高效率,长寿命周期中,数量减少的能力的充放电增加时,剩余负载能力得到了提高,欧盟的织物是由于限制污染的重金属的存在。
锂离子能量/相对于输出,自放电过程是环境友好的,并且由于差异和其他因素的影响,环境的温度,所述指示器生活往往单体大型集成系统的具体困难,维护成本和生产管理技术的单体,难以对这些电池是由电力系统在长时间内延伸时间。
细胞钠和流体流动是新换的大容量储能电池的发展被认为是有效的,广泛的前景。
钠硫电池的存储密度140kWh/米3降低到电池正常铅酸的1/5,该系统的效率为80%,单体寿命达到15A,周期时间6000,制造,运输,安装,施工周期时间短,这取决于使用和建设规模,这是城区和特殊费用的分站。
在液体电池中,钒-高性能离子的钒,钒,有一种系统,诸如多硫化钠/溴,已发展促进交换膜出现了。
流动池的电化学极化底部,100%的深放电,寿命长,使用寿命长,可以独立于功率和独立能力,以彼此的,所以能够提高电解质溶液的量,并且一起可以保存和自由选择响应的形状的位置。
目前,一个钠硫电池和液体流已经商品化,该液流电池MW钠类蓄电系统和100kW的是在试验示范阶段。
随着产能和规模的扩大,集成技术已日趋成熟,储能系统的成本将进一步降低。
由于测试的长期安全性和可靠性,它的目的是提高风力/太阳能发电系统的稳定性。
此外,作为应急电源将发挥重要作用。
1.3电力储能技术在电力系统中的应用实例
1.抽水蓄能系统:
在二十世纪六七十年代,美国、日本欧洲等国对抽水蓄能电站的建设进入飞速增长的阶段,到现在,发达国家例如美国、欧洲等国家抽水蓄能电站占到了全世界的55%以上。
其中:
美国约占3%,日本则超过了10%,中国、韩国和泰国3个国家在建抽水蓄能电站17.530GW,加上日本后达到24.650GW。
表1.3-1国外8个大型抽水蓄能电站的情况
抚顺清原满族自治县的辽宁清原抽水蓄能,装机容量180万千瓦,总共投资109亿元;江苏句容市的江苏句容站,装机容量135万千瓦,总共投资约96亿元;厦门市同安区的福建厦门站,装机容量140万千瓦,总共投资约86亿元;昌吉回族自治州阜康市的新疆阜康站,装机容量120万千瓦,总共投资约84亿元。
美国新泽西州的霍普山抽水蓄能电站距纽56k,装台总容20万kw,排名第二,仅仅比美国的世界第一抽水蓄能电站小.该电站工程1992年月获得许可证,1993年开工,工程具有许多独特之处;工不靠近河流,而是在靠近新泽西多佛镇·个居民区约22.3hmZ的水池和在地下约76Om深处的岩层中挖掘一个坑道形成。
其有效库容均为620万m3。
该厂是一个闭合的循环水系统发电的循环系统,并不是利用该地河流水发电。
该蓄水电站的初次水取决在火山湖的湖水,日后依靠降雨对该储能系统的容量进行补充。
①电站的输水道、施工洞和交通洞都是垂直向的竖井,共有5条。
③厂房深埋于地下900m处,水头810m,长137m、宽22.6m、高44m。
变压器廊道长Hom、宽15m。
二者有隧洞与施上竖井和交通竖井相通,
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