梯次利用电池购置价格边界计算方法及装置与流程

1.本文件涉及电力系统电化学储能技术领域，尤其涉及一种梯次利用电池购置价格边界计算方法及装置。


背景技术：

2.目前，国内外对于电池储能带来的经济效益已经有了一些研究。美国桑迪亚国家实验室(sandia national laboratory)用全生命周期分析方法对电池储能技术的总投资进行了分析计算，我国防化科学研究院杨裕生院士等学者最先提出了ycc指数方法，应用到电池储能系统，全寿命周期内，充放1度电的收益和成本的比值。李亮等人提出了一种同等竞争力经济性评估的方法，分析梯次利用电池储能系统的经济性。
3.现有成果虽然提出了一些关于电池储能的经济性研究方法，但是以上方法是在给定新电池或梯次电池价格后开展计算，分析是否可以盈利，而缺乏使用什么样的电池作为储能经济性更优的分析和研究。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种梯次利用电池购置价格边界计算方法及装置，旨在解决现有技术中的上述问题。
5.本发明提供一种梯次利用电池购置价格边界计算方法，包括：
6.建立电池储能系统成本模型；
7.建立电池储能系统收益模型；
8.根据电池储能系统成本模型和所述电池储能系统收益模型，基于净现值法构建典型应用场景下的电池储能系统净现值模型；
9.基于所述电池储能系统净现值模型计算梯次利用电池购置价格边界。
10.本发明提供一种梯次利用电池购置价格边界计算装置，包括：
11.第一构建模块，用于建立电池储能系统成本模型；
12.第二构建模块，用于建立电池储能系统收益模型；
13.第三构建模块，用于根据电池储能系统成本模型和所述电池储能系统收益模型，基于净现值法构建典型应用场景下的电池储能系统净现值模型；
14.计算模块，用于基于所述电池储能系统净现值模型计算梯次利用电池购置价格边界。
15.采用本发明实施例，通过对比分析新电池和梯次利用电池的经济性，能够通过计算给出梯次利用电池的购置价格边界。
附图说明
16.为了更清楚地说明本说明书一个或多个实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的
附图仅仅是本说明书中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1是本发明实施例的梯次利用电池购置价格边界计算方法的流程图；
18.图2是本发明实施例的梯次利用电池购置价格边界计算装置的示意图。
具体实施方式
19.本发明实施例的技术方案提供一种梯次利用电池购置价格边界计算方法，该方法可实现在具体应用场景下，计算采用梯次电池作为储能的购置价格边界。本发明分析梯次利用电池储能系统在所选取场景下的成本与带来的收益，建立成本收益模型；采用净现值法建立梯次利用电池在的净现值模型，以相较于新电池，退役电池作为储能系统获得相同收益为边界条件，计算得出各场景下的梯次利用电池购置价格上限。
20.为了使本技术领域的人员更好地理解本说明书一个或多个实施例中的技术方案，下面将结合本说明书一个或多个实施例中的附图，对本说明书一个或多个实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本说明书的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书一个或多个实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本文件的保护范围。
21.方法实施例
22.根据本发明实施例，提供了一种梯次利用电池购置价格边界计算方法，图 1是本发明实施例的梯次利用电池购置价格边界计算方法的流程图，如图1所示，根据本发明实施例的梯次利用电池购置价格边界计算方法具体包括：
23.步骤101，建立电池储能系统成本模型；
24.步骤102，建立电池储能系统收益模型；
25.步骤103，根据电池储能系统成本模型和所述电池储能系统收益模型，基于净现值法构建典型应用场景下的电池储能系统净现值模型；
26.步骤104，基于所述电池储能系统净现值模型计算梯次利用电池购置价格边界。
27.下面对本发明实施例的上述步骤进行详细说明。
28.步骤一：建立电池储能系统成本模型
29.本发明实施例将基于全寿命周期分析，建立各个阶段的成本模型，从而得到电池储能系统成本模型。
30.1、电池购置成本
31.电池购置成本是在初始投阶段用于购置退役动力电池的费用。该项成本计算公式如下：
32.c'b＝uberꢀꢀ
(1)
33.式中：ub为退役动力电池单位容量价格；er为储能系统工程所需的电池容量。
34.2、相关设备成本
35.电池储能系统的相关设备包括功率转换系统(pcs)、电池管理系统(bms)、电池箱、电池柜、隔离变压器和现场监控系统等。相关设备成本可表示为：
36.ce＝c
pcs
pr+(c
bms
+c
tra
+c
bb
+c
bc
)er+c
ms
ꢀꢀ
(2)
37.式中：c
pcs
为单位功率电池储能pcs设备的价格；pr为电池储能系统的额定功率；cbms
为单位容量电池储能bms设备的价格；c
tra
为单位容量电池储能隔离变压器设备的价格；c
bb
为单位容量电池储能电池箱的价格；c
bc
为单位容量电池储能电池柜的价格；c
ms
为监控设备价格。
38.3、土建成本
39.土建成本主要是指土地利用成本、房屋建设成本、厂房设备安装成本。土建成本的计算公式如下：
40.cc＝uc·er
ꢀꢀ
(3)
41.式中：uc为单位容量电池储能的土木工程成本。
42.4、运维成本
43.运行维护成本是指为保证电池在梯次利用全寿命周期内正常运行而动态投入的资金。运行维护成本如下式所示：
44.cm＝u
mer
ꢀꢀ
(4)
45.式中：um为单位容量电池储能的运行维护成本。
46.5、更新置换成本
47.梯次利用动力电池的项目周期n一般为10～20年，而退役动力电池的寿命年限无法满足该项目需求，因此退役动力电池在项目周期内需进行多次更换。更新置换成本的计算公式如下：
48.c'q＝c'b×
(1-λ)
kn/(l+1)
ꢀꢀ
(5)
49.式中：c'b为项目初始投资阶段退役动力电池的购置价格，λ为电池购置价格年下降率；k表示为项目周期内第k次置换电池；n为项目周期年限(年)； l表示为项目周期内需要更换电池的次数，其表示为：
[0050][0051]
其中δn为退役动力电池的寿命(年)。
[0052]
基于上述成本分析，可得到梯次利用电池的全寿命周期成本模型，如下所示：
[0053]clcc
＝c'b+ce+cc+cm+c'qꢀꢀ
(7)
[0054]
步骤二：建立电池储能系统收益模型
[0055]
本发明将基于全寿命周期分析，建立退役电池梯次利用具体应用场景下的收益模型。
[0056]
下面以梯次利用电池应用于电网调峰场景为例，分析各个阶段的收益，从而得到电池储能系统收益模型。
[0057]
(1)调峰收益。
[0058]
在系统需求超过发电机组最大出力上限时，储能电池系统放电与发电机组一同满足系统需求；当系统需求低于发电机组调控的出力下限时，电池储能系统充当负荷进行充电，避免发电机组出力过小进入深度调峰。梯次电池储能系统在电网侧通过调峰产生的年收益i5可表示为：
[0059]
[0060]
其中，θ为pcs能量转换效率，eh为储能参与调峰单位电量收益，e
l
为谷时储能充电电价。
[0061]
(2)延缓电网扩建收益。
[0062]
电池储能系统可作为调峰装置，在高峰时段对负荷进行放电。这会延缓电网扩建。延缓电网扩建年限可表示为：
[0063][0064]
式中，μ是削峰率；υ是峰值负荷的增长率。因此，延缓扩建的收益可以表述为：
[0065][0066]
式中，fj为单位功率的扩建成本，σ为年利率，pr为电池储能系统的额定功率。
[0067]
(3)环境收益
[0068]
电池储能系统可以替代火电机组完成调峰任务，减少了煤耗，由此产生的环境年收益i4可表示为：
[0069][0070]
其中t表示为每月储能充放电次数，re表示单位环境收益。
[0071]
(4)残值收益。
[0072]
对于项目周期结束时，用于建设储能的土地、pcs、bms、隔离变压器、电池箱、电池柜和监控设备具有回收价值，由此产生的残值收益为：
[0073]
i3＝[uc·er
+c
pcs
pr+(c
bms
+c
tra
+c
bb
+c
bc
)er+c
ms
]
·qꢀꢀ
(10)
[0074]
步骤三：基于净现值法构建典型应用场景下电池储能系统净现值模型
[0075]
净现值法是首先将项目周期内各年的净现金流量，按折现率折算为寿命初期的净现值，然后计算全寿命周期的净现值之和，最后选取计算结果最大值对应的候选方案为最优方案。
[0076]
本发明实施例据此将采用净现值法建立调峰场景下的净现值模型。
[0077]
通过分析电池储能系统在调峰应用场景中带来的成本和收益，成本包含电池购置成本、相关设备成本、土建成本、运行维护成本和更新置换成本，收益包含调峰收益、延缓电网扩建收益和环境收益，基于此建立电池储能系统调峰场景净现值模型。构建的净现值模型如式(19)所示：
[0078][0079]
步骤四：梯次利用电池购置价格边界计算
[0080]
当新电池和梯次电池项目净现值相同时，可计算得到梯次利用电池购置价格上限。
[0081]
分别将新电池和梯次电池在场景下的成本收益代入净现值模型中计算净现值。即当边界条件为所购置梯次利用电池价格小于等于该上限时，采用梯次利用电池作为储能可获得比新电池更高的收益。
[0082]
本发明实施例以磷酸铁锂电池在调峰场景下用作储能，计算梯次利用电池购置价格边界。选取某10mw/25mwh集中储能示范工程分析。其中，设置项目周期n＝15年。在此场景下磷酸铁锂新电池在此场景下的寿命为8年，磷酸铁锂梯次利用电池在此场景下的寿命为5年；其他相关数据如表1所示：
[0083]
表1
[0084][0085]
储能参与调峰单位收益为0.7元/kwh，谷时电价为0.2184元/kwh，单位环境收益为0.77元/kwh，单位功率扩建成本为4000元/kw，削峰率为30％，峰值负荷年增长率为5％，年利率为4.9％。
[0086]
根据所建立的调峰场景下的净现值模型，在项目周期内，磷酸铁锂新电池在此场景下计算出的净现值大小为644万元，将磷酸铁锂梯次利用电池的净现值与磷酸铁锂新电池净现值设为一致，求得同样净现值下的磷酸铁锂梯次利用电池的购置价格上限为0.7717元/wh，是新电池购置价格的64％。所得出的购置价格上限是基于磷酸铁锂新电池价格为1.2元/wh计算得出的，为当前新电池价格的64％。只要梯次电池购置价格低于所计算的购置价格上限，梯次利用电池经济性会优于新电池。
[0087]
装置实施例
[0088]
根据本发明实施例，提供了一种梯次利用电池购置价格边界计算装置，图 2是本发明实施例的梯次利用电池购置价格边界计算装置的示意图，如图2所示，根据本发明实施例的梯次利用电池购置价格边界计算装置具体包括：
[0089]
第一构建模块20，用于建立电池储能系统成本模型；第一构建模块20具体用于：根据公式1建立电池储能系统成本模型：
[0090]clcc
＝c'b+ce+cc+cm+c'qꢀꢀ
公式1；
[0091]
其中，电池购置成本c'b＝uberub为退役动力电池单位容量价格；er为储能系统工程所需的电池容量，相关设备成本 ce＝c
pcs
pr+(c
bms
+c
tra
+c
bb
+c
bc
)er+c
ms
，c
pcs
为单位功率电池储能pcs设备的价格；pr为电池储能系统的额定功率；c
bms
为单位容量电池储能bms设备的价格；c
tra
为单位容量电池储能隔离变压器设备的价格；c
bb
为单位容量电池储能电池箱的价格；c
bc
为单位容量电池储能电池柜的价格；c
ms
为监控设备价格；土建成本cc＝uc·er
，uc为单位容量电池储能的土木工程成本，运维成本 cm＝u
mer
，um为单位容量电池储能的运行维护成本；更新置换成本 c'q＝c'b×
(1-λ)
kn/(l+1)
，c'b为项目初始投资阶段退役动力电池的购置价格，λ为电池购置价格年下降率；k表示为项目周期内第k次置换电池；n为项目周期年限
(年)；l表示为项目周期内需要更换电池的次数，δn为退役动力电池的寿命。
[0092]
第二构建模块22，用于建立电池储能系统收益模型；第二构建模块22具体用于：根据公式2计算梯次电池储能系统在电网侧通过调峰产生的年收益i5：
[0093][0094]
其中，θ为pcs能量转换效率，eh为储能参与调峰单位电量收益，e
l
为谷时储能充电电价；
[0095]
根据公式3计算延缓电网扩建收益：
[0096][0097]
其中，延缓电网扩建年限μ是削峰率；υ是峰值负荷的增长率，fj为单位功率的扩建成本，σ为年利率，pr为电池储能系统的额定功率；
[0098]
根据公式4计算环境年收益i4：
[0099][0100]
其中，t表示为每月储能充放电次数，re表示单位环境收益；
[0101]
根据公式5计算残值收益：
[0102]
i3＝[uc·er
+c
pcs
pr+(c
bms
+c
tra
+c
bb
+c
bc
)er+c
ms
]
·qꢀꢀ
公式5。
[0103]
第三构建模块24，用于根据电池储能系统成本模型和所述电池储能系统收益模型，基于净现值法构建典型应用场景下的电池储能系统净现值模型；第三构建模块24具体用于：根据公式6构建典型应用场景下的电池储能系统净现值模型：
[0104][0105]
计算模块26，用于基于所述电池储能系统净现值模型计算梯次利用电池购置价格边界。计算模块26具体用于：分别将新电池和梯次电池在场景下的成本收益代入净现值模型中计算净现值，即当边界条件为所购置梯次利用电池价格小于等于该上限时，采用梯次利用电池作为储能可获得比新电池更高的收益。
[0106]
本发明实施例是与上述方法实施例对应的系统实施例，各个模块的具体操作可以参照方法实施例的描述进行理解，在此不再赘述。
[0107]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。