Elektroenergetika · batériové úložiská
Kontajnery navyše
Dva simulované batériové parky prechádzajú desiatimi skutočnými rokmi nemeckých cien elektriny. Jeden využije každý cenový rozdiel, druhý si započítava vlastné opotrebenie, a žeriav prichádza k obom.
Prehľad
Dva identické simulované parky, každý s 50 MW / 100 MWh v kontajneroch s lítium-železo-fosfátovými batériami, obchodujú na skutočnom nemeckom dennom trhu od januára 2016 do októbra 2026 (do septembra 2018 nemecko-rakúsko-luxemburské ceny, potom nemecko-luxemburské; do septembra 2025 hodinové, potom 15-minútové). Nabíjanie a vybíjanie sa pre každý deň plánuje lineárnym programom, ktorý pozná ceny denného trhu pre daný deň. Ľavý park využije každý cenový rozdiel, ktorý prevýši jeho straty pri premene. Pravý park rieši rovnakú úlohu, no za každú vybitú megawatthodinu platí cenu opotrebenia, ktorú odvodzujeme z modelu starnutia. Cenové rozdiely, ktoré sú príliš malé na pokrytie tohto opotrebenia, nevyužije.
Každý kontajner sleduje publikovaný model starnutia článkov LFP (Naumann et al., kalendárne starnutie 2018, cyklické starnutie 2020). Kalendárna strata závisí od času, teploty a stavu nabitia. Cyklická strata závisí od hĺbky a rýchlosti cyklovania a započítava sa každý polcyklus v priebehu stavu nabitia. Vždy keď využiteľná energia parku klesne pod cieľových 100 MWh, pridá sa nový kontajner, ktorý začína starnúť od nuly. Vo filme ho žeriav položí v deň, keď ho simulácia pridá.
Výsledok je menej dramatický, než sa zvyčajne tvrdí. Vďaka započítaniu opotrebenia pravý park vybil o 11 % menej energie a každý jeho kontajner pribudol o týždne až mesiace neskôr. Oba areály však potrebovali rovnakých šesť. Približne polovicu úbytku kapacity tvorí kalendárne starnutie, ktoré pokračuje, aj keď batéria stojí. Oba parky obchodujú len na dennom trhu; ide o simuláciu, v ktorej park neovplyvňuje ceny (price-taker) a ceny každého dňa pozná dokonale vopred. Skutočné úložiská získavajú výnosy aj z trhov s vyrovnávacími službami a z vnútrodenného trhu.
Čo sme vytvorili
- Riadenie dvoch parkov 50 MW / 100 MWh deň po dni počas 3 951 dní skutočných cien denného trhu zo SMARD, formulované ako lineárny program riešený v HiGHS.
- Stratégia so započítaním starnutia: cena opotrebenia za vybitú MWh je odvodená z toho istého modelu cyklického starnutia a z uvedených nákladov na náhradu kapacity.
- Model kalendárneho a cyklického starnutia LFP podľa Naumann et al., aplikovaný na každú kohortu kontajnerov, s počítaním polcyklov v priebehu stavu nabitia.
- Pravidlo dopĺňania kapacity, ktoré pridá kontajner 5 MWh vždy, keď využiteľná energia klesne pod 100 MWh; každý nový kontajner starne od vlastného dátumu inštalácie.
- Deterministický 3D film, v ktorom biele svetlo predstavuje energiu tečúcu cez batériové stojany, smaragdová farba ukazuje podiel energie, s ktorým pravý park odmietol obchodovať, a každý kontajner pristane v simulovaný deň.
Technológie
Python, NumPy, pandas, SciPy (lineárne programovanie v HiGHS), three.js (WebGL), headless snímanie cez Playwright, FFmpeg.
Čísla
| Číslo | Ako sme ho zmerali |
|---|---|
| 6 a 6 kontajnerov navyše; v parku so započítaním opotrebenia pribudol každý o 44 až 196 dní neskôr. | Zmerané v simulácii: dátumy, keď využiteľná energia každého parku prvýkrát klesla pod 100 MWh. Predpoklady: 5 MWh na kontajner, počiatočných 110 MWh (22 kontajnerov), články pri 25 °C, cenová história od 1. januára 2016 do 25. októbra 2026. |
| O 11 % menej vybitej energie (670 GWh vs. 595 GWh) za menej než 1 % výnosov z denného trhu (31,1 mil. € vs. 30,9 mil. €). | Súčet za všetkých 3 951 simulovaných dní. Predpoklady: dokonalá znalosť cien denného trhu na každý deň vopred, účinnosť cyklu nabitie–vybitie 87 %, cena opotrebenia 3,8 €/MWh, len výnosy z denného trhu. Táto hranica zahŕňa aj rozdiel, ktorý ponecháva naša úprava proti súčasnému nabíjaniu a vybíjaniu bez použitia MILP. |
| 27,9 % vs. 27,2 % kapacity stratí pôvodný kontajner po 10,8 roka: 14,3 percentuálneho bodu z kalendárneho starnutia v oboch parkoch, 13,6 vs. 12,9 z cyklovania. | Ide o výstup modelu pre prvých 22 kontajnerov v posledný simulovaný deň. |
Ceny: Bundesnetzagentur | SMARD.de, licencia CC BY 4.0. Model starnutia: Naumann et al., Journal of Energy Storage 17 (2018) a Journal of Power Sources 451 (2020).
