优化配置卡特蓄电池储能系统的超装可再生能源电站的投标策略与盈利能力评估

可再生动力的过量设备(RES) 可通过增加总输出电量进步可再生动力生产商的获利；可是当可再生动力电厂发电量过剩时，有必要实施限电措施以确保其合同约好的最大输出容量捆绑。电池储能系统电池储能系统(BESSs)可用于削减可再生动力(RES)弃电量，然后进步发电商的收益。本研讨开发了一种投标战略，作为根据场景的随机优化方案，在考虑电池退化与最大输出容量捆绑的条件下，完结发电商在电力商场中预期收益的最大化。电池通过选用所提出的方案，咱们进行财务分析以点评超装混合可再生动力电站的盈利才能，具体通过核算净现值以及内部收益率项目在不同电池储能系统本钱下的状况。仿照成果根据风电场和光伏电站的实践数据，证明与承认性方案比较，所提出的随机方案能有用进步发电商的收益。通过进行的财务分析标明，净现值公制标明，风电和光伏电站的最大过度装机容量分别为150%–170%以及160%–180%时具有盈利性，而电池储能系统（BESS）在其本钱低于20万欧元/兆瓦时的状况下使用才具有盈利性。

导言

为达成欧盟2050年气候中和方针，可再生动力（RES）在未来数年估计将加快浸透电力系统[1]。可是，可再生动力发电的高度不承认性给系统运营商确保电网安全牢靠工作带来严峻挑战，这首要源于猜想发电量与实践发电量之间的不匹配所导致的实时工作功率失衡。针对间歇性可再生动力发电引发的功率失衡等负面效应，电池储能系统（BESSs）是当时极具前景的解决方案[2][3]。
可再生动力发电厂参与电力商场的要求，为通过利用商场操作完结获利最大化供给了时机。这包括在电价较低时购入并储存动力，在电价较高时出售。参与日前动力商场的可再生动力生产商根据其提交给商场的次日方案发电曲线获得报酬[4]。可是，由于日前电价未知，生产商有必要根据猜想电价做出决议方案，这在猜想差错较大时或许导致获利下降。此外，可再生动力发电量猜想差错会导致挟制电力系统稳定的功率不平衡。功率不平衡或许引发电力缺少（其惩罚本钱高于日前电价）或电力过剩（其结算价格低于日前电价）[5]。这种状况鼓励可再生动力生产商向日前商场提交更准确的方案发电曲线以完结获利最大化。本研讨旨在为可再生动力-储能系统（RES-BESS）运营商开发一种投标战略，通过考虑容量受限的可再生动力场地与电池退化要素，在电力商场中生意电能以完结获利最大化。
可再生动力电站可向电网运送功率，但其上限为系统运营商在接入要约中规则的最大输出容量(MEC)[6]。尽管如此，通过过量设备发电设备增加总输出电量可进步可再生动力生产商的收益；可是当电站产出过剩时，有必要实施弃风弃光措施以确保实践输出功率不超过合约规则的MEC。例如，风电设备的过量设备可进步低风速条件下的发电输出，但为满足MEC要求[7]，高风速工况下仍需实施风电弃用。尽管可再生动力发电厂过量设备意味着弃用率上升、本钱投入增加及危险敞口扩展，但亦可进步出资者收益[7]。根据爱尔兰动力监管委员会2014年公布的《装机容量上限决议方案》(ICC)[8]，并网发电机组（首要为风电场）允许最高20%的过量设备。即爱尔兰公用事业监管委员会将设备容量上限（ICC）设定为最大出口容量（MEC）的120%。例如，当某风电生产商签定的MEC为10兆瓦时，其可设备的发电容量最高可达12兆瓦，但该站点的电力输出仍被捆绑在10兆瓦。根据2023年ICC咨询文件[6]，该委员会正就放宽单一技术站点与混合技术站点120% ICC捆绑的提案寻求行业定见。即，包括坐落单一连接点后方的电池储能系统（BESSs），而无需增加合同约好的最大交换容量（MEC）。若将120%的瞬时短路电流（ICC）限值进行潜在上浮或吊销，或许更高效地利用现有根底设备，削减电网升级或新建需求，并有利于混合项目布置具有不同发电特性的多种技术[6]。例如，电池储能系统可存储剩下可再生动力发电量以避免弃风弃光，然后通过在电价顶峰时段出售盈利电能来进步收益。可是，在电力商场的投标与运营战略中考虑电池退化本钱至关重要，这能确保电池储能系统工作获得的收益至少覆盖其实在的运营维护本钱[9][10]。
电池性能退化的首要影响要素包括日历老化与循环老化[9][10][11]。在优化问题中，日历要素（如时刻累积和环境温度）通常被忽略，因其不直接影响电池储能系统充放电功率的调度[9][10]。而循环要素（如放电深度DoD、过充、过放及电流倍率）则与电池储能系统的充放电调度直接相关。根据实验数据树立的实证模型被广泛使用于捕捉最重要的循环要素，例如工作周期的放电深度（DoD）[9][10]。实证寿数衰减函数标明，电化学电池的老化程度与循环深度呈非线性联系[10][11]。为统计电池储能系统（BESS）循环次数并量化累积影响，雨流计数算法已广泛用于电池寿数点评[10][12]。可是该算法缺乏解析数学表达式，无法直接融入优化模型构建[10]。朝着这一方向，文献[10]提出了一种可方便融入优化公式的近似循环退化模型。文献[13][14][15]则提出了若干考虑循环要素且独立于雨流计数算法的退化模型，可是这些模型在优化问题中的使用会导致混合整数规划(MIP)问题——特别是在考虑随机优化问题时，这类问题的求解具有明显挑战性。文献[9][10]针对参与电力商场的电池储能系统(BESS)开发了竞价战略，但这些研讨未考虑可再生动力-储能(RES-BESS)联合系统。
文献[5]、[16]、[17]提出了风电生产商日前报价战略，选用随机规划办法考虑可再生动力发电量、日前电价及不平衡电价的不承认性。类似地，文献[18]提出了一种光伏电站参与电力现货商场的运营投标战略，即可是，文献[5]、[16]、[17]、[18]的研讨均未考虑储能系统的使用。文献[19]和[20]提出了风电机组与抽水蓄能联合工作的日前生意战略，但抽水蓄能机组的扩展包受环境捆绑捆绑。此外，文献[21]提出了一种风电与压缩空气储能(CAES)在电力商场中调和出清的战略；但与电池储能系统(BESSs)比较，CAESs存在功率较低、灵活性有限的问题。文献[22]提出了报价与运营战略，但其日前报价战略被构建为承认性优化问题，因而忽略了可再生动力发电量、日前电价与不平衡电价的随机性。针对风电场处理相关不承认性的日前投标战略研讨见文献[23][24][25]。类似地，文献[26]提出了光伏-电池储能在日前商场与平衡商场的随机投标战略。此外，文献[27]提出了一种由光伏电站、电动汽车充电站和电池储能系统构成的虚拟电厂投标战略。可是上述针对可再生动力-电池储能运营商的投标战略均未考虑电池循环退化本钱，该本钱会下降运营商收益。一同，现有研讨均假定可再生动力场址不受容量捆绑，且未考虑边沿功率曲线捆绑，这些要素会影响可再生动力-电池储能系统的最优能量调度。
文献[28]提出了一种考虑输出电缆动态热限的过装海上风电场能量管理战略。类似地，文献[29]提出了一种考虑电缆热限以削减过装海上风电场功率削减的办法。此外，文献[30]开发了一种优化方案，在考虑输电线路动态热限捆绑的状况下最小化风电削减量。可是，[28]、[29]、[30]中的研讨均未点评可再生动力电厂过装的经济效益。文献[31]针对不同监管准则下海上风电场过量配备（over-installing）现象打开了调查研讨。类似地，文献[32]通过构建以风电场年收益最大化为方针的优化问题，点评了海上风电场过量配备战略的经济效益。文献[7]研讨标明，在英国固定电价景象下，将风力发电设备过量配备8%具有盈利性。文献[33]提出一种战略，通过最大化风电场出资的预期获利来承认最优装机容量，并在风电出力超过MEC限值时实施弃风。可是，上述文献[7][28][29][30][31][32][33]均未对混合可再生动力-电池储能系统（RES-BESS）站点的过量配备经济效益进行研讨。
本研讨开发了一种投标战略，并探讨了超装可再生动力-电池储能系统（RES-BESS）电站的盈利才能（例如（风电-电池储能系统与光伏-电池储能系统）。为此，本研讨构建了根据场景的随机优化问题，旨在最大化电力商场生产商的预期收益，一同考虑电池退化、可再生动力发电不承认性以及日前电价与不平衡电价。针对可再生动力-电池储能电站的过度配备问题，所提方案通过制定电池储能决议方案来捆绑可再生动力电站的最大输出功率，然后削减实践工作中的弃电现象，进步生产商获利。仿照成果标明，与相应的确认性方案及基准景象（即直接将可再生动力发电猜想曲线提交至商场）比较，所提出的随机方案能有用进步发电商获利。此外，通过选用所提出的竞价战略，咱们打开财务分析以点评混合可再生动力-电池储能系统站点过量设备的盈利才能，核算根据包括——内部收益率 (IRR) 和净现值(NPV) 在不同储能系统本钱下的项目体现。综上所述，本研讨的首要贡献如下：

• 1.
  考虑电池退化与MEC捆绑，将超装型混合可再生动力-电池储能系统（RES-BESS）电站的投标战略开发建模为根据场景的随机优化问题。所提方案通过处理BESS退化模型与功率损耗模型导致的非凸性问题，构建为可快速牢靠求解的线性规划模型。
• 2.
  在两种不同的可再生动力-电池储能系统（RES-BESS）电站（风能-电池储能与光伏-电池储能电站）中，选用实在数据对所提出的投标战略进行点评。
• 3.
  通过使用实践数据预算预期出资回报率和项目净现值，打开财务分析以点评风储一体化电站与光储一体化电站超配设备的盈利才能。