Inżynieria elektroenergetyczna · bateryjne magazyny energii
Dodatkowe kontenery
Dwa symulowane magazyny bateryjne przechodzą przez dziesięć rzeczywistych lat niemieckich cen energii elektrycznej. Jeden goni za każdą różnicą cen, drugi wycenia własne zużycie – a dźwig i tak przyjeżdża do obu.
Przegląd
Dwa identyczne symulowane magazyny, każdy o parametrach 50 MW / 100 MWh, złożone z kontenerów z ogniwami litowo-żelazowo-fosforanowymi, handlują na rzeczywistym niemieckim rynku dnia następnego od stycznia 2016 do października 2026 roku (do września 2018 roku ceny strefy niemiecko-austriacko-luksemburskiej, potem niemiecko-luksemburskiej; do września 2025 roku ceny godzinowe, potem 15-minutowe). Harmonogram pracy na każdy dzień wyznacza zadanie programowania liniowego, które zna ceny z rynku dnia następnego na ten dzień. Lewy magazyn wykorzystuje każdą różnicę cen, która przewyższa jego straty konwersji. Prawy magazyn rozwiązuje to samo zadanie, ale za każdą rozładowaną megawatogodzinę płaci cenę zużycia, którą wyprowadzamy z modelu starzenia. Zbyt małe różnice cen, które nie pokrywają tego zużycia, pozostawia bez wykorzystania.
Opublikowany model starzenia ogniw LFP (Naumann et al., starzenie kalendarzowe 2018, starzenie cykliczne 2020) śledzi każdy kontener. Ubytek kalendarzowy zależy od czasu, temperatury i stanu naładowania. Ubytek cykliczny zależy od głębokości i szybkości cykli, a w przebiegu stanu naładowania liczony jest każdy półcykl. Za każdym razem, gdy energia użyteczna magazynu spada poniżej docelowych 100 MWh, dodawany jest nowy kontener, który zaczyna się starzeć od zera. W filmie dźwig stawia każdy z nich w dniu, w którym dodaje go symulacja.
Wynik jest mniej dramatyczny, niż zwykle się to przedstawia. Wycena zużycia sprawiła, że prawy magazyn rozładował o 11% mniej energii, a każdy z jego kontenerów pojawił się o kilka tygodni do kilku miesięcy później. Mimo to oba magazyny potrzebowały tyle samo: sześciu. Mniej więcej połowa spadku pojemności to starzenie kalendarzowe, które postępuje także wtedy, gdy bateria stoi bezczynnie. Oba magazyny handlują wyłącznie na rynku dnia następnego; to symulacja, w której magazyny nie wpływają na ceny (price-taking), z doskonałą znajomością cen na każdy dzień z góry. Rzeczywiste przychody magazynów energii pochodzą także z rynku bilansującego i rynku dnia bieżącego.
Co zbudowaliśmy
- Wyznaczanie harmonogramu pracy dwóch magazynów 50 MW / 100 MWh dzień po dniu, przez 3 951 dni rzeczywistych cen dnia następnego z SMARD, jako zadanie programowania liniowego rozwiązywane w HiGHS.
- Strategia z wyceną starzenia: cenę zużycia za każdą rozładowaną MWh wyprowadzamy z tego samego modelu starzenia cyklicznego i podanego przez nas kosztu odtworzenia pojemności.
- Model starzenia kalendarzowego i cyklicznego ogniw LFP według Naumann et al., stosowany osobno dla każdej kohorty kontenerów, ze zliczaniem półcykli w przebiegu stanu naładowania.
- Reguła dobudowy pojemności, która dodaje kontener 5 MWh za każdym razem, gdy energia użyteczna spada poniżej 100 MWh; każdy nowy kontener starzeje się od własnej daty instalacji.
- Deterministyczny film 3D, w którym białe światło to energia przepływająca przez regały baterii, szmaragd pokazuje część energii, z której obrotu prawy magazyn zrezygnował, a każdy kontener ląduje w dniu wynikającym z symulacji.
Technologie
Python, NumPy, pandas, SciPy (programowanie liniowe HiGHS), three.js (WebGL), przechwytywanie obrazu w trybie headless z Playwright, FFmpeg.
W liczbach
| Wartość | Jak to zmierzyliśmy |
|---|---|
| 6 i 6 dodatkowych kontenerów; w magazynie wyceniającym zużycie każdy pojawił się o 44 do 196 dni później. | Zmierzone w symulacji: daty, w których energia użyteczna każdego magazynu po raz pierwszy spadła poniżej 100 MWh. Założenia: 5 MWh na kontener, stan początkowy 110 MWh (22 kontenery), ogniwa w temperaturze 25 °C, historia cen od 1 stycznia 2016 do 25 października 2026 roku. |
| O 11% mniej rozładowanej energii (670 GWh wobec 595 GWh) kosztem mniej niż 1% przychodu z rynku dnia następnego (31,1 mln € wobec 30,9 mln €). | Suma ze wszystkich 3 951 symulowanych dni. Założenia: doskonała znajomość cen dnia następnego na każdy dzień, sprawność cyklu ładowania i rozładowania 87%, cena zużycia 3,8 €/MWh, wyłącznie przychód z rynku dnia następnego. Ta granica uwzględnia lukę pozostawioną przez naszą poprawkę ładowania/rozładowania niewymagającą MILP. |
| 27,9% wobec 27,2% utraconej pojemności oryginalnego kontenera po 10,8 roku: 14,3 punktu procentowego ze starzenia kalendarzowego w obu magazynach, 13,6 wobec 12,9 z pracy cyklicznej. | To wynik modelu dla pierwszych 22 kontenerów w ostatnim symulowanym dniu. |
Ceny: Bundesnetzagentur | SMARD.de, licencja CC BY 4.0. Model starzenia: Naumann et al., Journal of Energy Storage 17 (2018) oraz Journal of Power Sources 451 (2020).
