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研究背景

参与电力系统调峰是当前电池储能的重要应用之一。电池储能在电价信号的引导下进行充放电获取收益，但同时将造成老化损失，产生相应老化成本。现有固定参数的电池储能老化模型无法在长时间模拟中考虑储能老化参数随寿命的变化，在长时间尺度调峰模拟和投资效益分析中，具有较大的累积误差。因此，急需精准刻画电池储能全寿命周期老化特性，进而准确评估电池储能参与调峰投资效益。

论文所解决的问题及意义

采用固定参数电池储能老化模型造成的累积误差不可忽略，导致电池储能的老化损失计算失真，进一步影响电池储能投资效益评估结果的可信度，无法精准支撑电池储能投资决策。

针对该问题，本文基于阿伦尼乌斯经验模型，建立考虑电池储能老化特性受寿命变化影响的状态相依老化模型，应用于长时间尺度调峰模拟，通过动态计算并滚动更新电池储能老化参数，精准刻画全寿命周期老化过程，实现考虑电池储能状态相依老化特性的调峰投资收益测算，提升电池储能参与调峰投资效益评估的有效性。

图1 考虑状态相依老化特性的电池储能参与调峰投资效益评估框架

论文方法及创新点

1、考虑电池储能状态相依老化特性的调峰模拟

调峰模拟优化模型将时间轴离散为多个时段，并以每个时段中的充放电功率来表示电池储能的调峰行为。本文基于阿伦尼乌斯经验模型提出离散化刻画电池储能状态相依老化特性的模型，从而计算每个时段电池储能的充放电行为所对应的老化损失。

进一步地，通过参数转换将该模型描述为以放电功率为外特性参数的表达式，然后对其线性化，嵌入调峰优化模型进行调峰模拟。根据调峰日模拟结果进行储能参数更新，建立储能参数动态更新机制。该方法实现了电池储能老化模型与电力系统优化建模的适配与嵌入，精准刻画了电池储能参与电力系统调峰的全寿命周期老化过程。

图2 离散化阿伦尼乌斯经验模型计算精度验证

图3 储能老化模型在电力系统调峰中的适用过程

2、电池储能参与调峰投资效益评估

基于历史电价数据，通过调峰优化模型和电池储能参数动态更新方法，序贯地对于给定年度的每一日开展电池储能调峰模拟，通过净现值来评估电池储能投资效益。以电价信号作为输入条件，对电池储能参与电力系统调峰进行日模拟。

根据日模拟结果，通过电池储能参数动态更新机制获得下一次日模拟电池储能参数，并计算电池储能的调峰收益。然后更新边界条件，实现长时间尺度的调峰模拟。直至电池储能累积老化损失达到20%，电池储能退役，计算在电池储能运行年限内，投资电池储能参与调峰的累积净现值。

图4 电池储能年老化损失和累积老化损失

结论

为在电池储能参与调峰投资效益评估中精准刻画电池储能老化成本，充分考虑电池储能老化特性受寿命变化的影响，本文建立了适用于电力系统优化建模的状态相依电池储能老化模型，将其嵌入调峰模拟框架中并提出相应求解方法。在此基础上，序贯地进行了长时间尺度调峰模拟，并测算了电池储能运行年限内的调峰收益，有效实现了电池储能投资效益的准确评估。本文的贡献在于以下三个方面：

1）建立了考虑状态相依老化特性的电池储能老化模型，并实现此模型与电力系统优化建模的变量适配，基于模型特点设计了对应求解方法。

2）在长时间尺度调峰模拟中量化了电池储能老化损失，根据累积老化程度动态更新电池储能参数，刻画了电池储能全寿命周期状态相依老化特性。

3）在电池储能运行年限内精准计算了电池储能调峰收益和老化成本，实现了电池储能投资效益的准确评估。