Електроенергетика · акумуляторні системи накопичення енергії
Додаткові контейнери
Два змодельовані акумуляторні парки проходять крізь десять реальних років цін на електроенергію в Німеччині. Один женеться за кожним ціновим спредом, другий закладає в ціну власне зношування, — і кран приходить до обох.
Огляд
Два однакові змодельовані парки, кожен на 50 MW / 100 MWh із контейнерів літій-залізо-фосфатних батарей, торгують на реальному німецькому ринку «на добу наперед» із січня 2016 до жовтня 2026 року (до вересня 2018 року — ціни німецько-австрійсько-люксембурзької зони, після цього — німецько-люксембурзької; до вересня 2025 року — погодинні, далі — з кроком 15 хвилин). Режим роботи на кожну добу визначає задача лінійного програмування, якій відомі ціни «на добу наперед» для цієї доби. Лівий парк використовує кожен спред, що перевищує його втрати на перетворення. Правий парк розв’язує ту саму задачу, але кожна мегават-година розряду несе ціну зношування, яку ми виводимо з моделі старіння. Спреди, надто малі, щоб окупити це зношування, він пропускає.
Опублікована модель старіння комірок LFP (Naumann et al., календарне старіння — 2018, циклічне — 2020) відстежує кожен контейнер. Календарні втрати залежать від часу, температури й рівня заряду. Циклічні втрати залежать від глибини й швидкості циклів, і на кривій рівня заряду враховується кожен напівцикл. Щойно корисна енергоємність парку падає нижче цільових 100 MWh, додається новий контейнер, який починає старіти з нуля. У фільмі кран ставить кожен із них того дня, коли його додає симуляція.
Результат менш драматичний, ніж зазвичай розповідають. Через ціну зношування правий парк віддав на 11 % менше енергії, і кожен його контейнер з’являвся на тижні чи місяці пізніше. Проте обом майданчикам знадобилося однаково — по шість. Приблизно половина втрати ємності припадає на календарне старіння, яке триває, навіть коли батарея простоює. Обидва парки торгують лише на ринку «на добу наперед»; це симуляція, у якій парки не впливають на ціни й мають ідеальне передбачення цін кожної доби. Реальні системи накопичення заробляють також на балансуючому та внутрішньодобовому ринках.
Що ми створили
- Подобове планування роботи двох парків по 50 MW / 100 MWh за 3 951 добу реальних цін «на добу наперед» із SMARD — як задача лінійного програмування, розв’язана в HiGHS.
- Стратегія з ціною старіння: ціну зношування за кожну MWh розряду виведено з тієї самої моделі циклічного старіння та вказаної вартості заміни ємності.
- Модель календарного й циклічного старіння LFP від Naumann et al., застосована до кожної когорти контейнерів, із підрахунком напівциклів на кривій рівня заряду.
- Правило нарощування, яке додає контейнер на 5 MWh щоразу, коли корисна енергоємність падає нижче 100 MWh; кожен новий контейнер старіє від власної дати встановлення.
- Детермінований 3D-фільм, у якому біле світло — це енергія, що проходить через стелажі, смарагдовий колір показує частку енергії, якою правий парк відмовився торгувати, а кожен контейнер з’являється у свою змодельовану дату.
Стек технологій
Python, NumPy, pandas, SciPy (лінійне програмування HiGHS), three.js (WebGL), headless-захоплення Playwright, FFmpeg.
Цифри
| Показник | Як ми це виміряли |
|---|---|
| 6 і 6 додаткових контейнерів; у парку з ціною зношування кожен прибував на 44–196 днів пізніше. | Виміряно в симуляції: дати, коли корисна енергоємність кожного парку вперше падала нижче 100 MWh. Припущення: 5 MWh на контейнер, 110 MWh на старті (22 контейнери), комірки за 25 °C, історія цін з 1 січня 2016 до 25 жовтня 2026 року. |
| На 11 % менше відданої енергії (670 GWh проти 595 GWh) ціною менш ніж 1 % доходу на ринку «на добу наперед» (31,1 млн € проти 30,9 млн €). | Сума за всі 3 951 змодельовану добу. Припущення: ідеальне передбачення цін «на добу наперед» для кожної доби, ККД повного циклу 87 %, ціна зношування 3,8 €/MWh, лише дохід на ринку «на добу наперед». Ця межа враховує й розрив, який залишає наше виправлення заряду/розряду без MILP. |
| 27,9 % проти 27,2 % втраченої ємності в первісного контейнера через 10,8 року: 14,3 процентного пункту від календарного старіння в обох парках, 13,6 проти 12,9 — від циклювання. | Це результат моделі для перших 22 контейнерів в останню змодельовану добу. |
Ціни: Bundesnetzagentur | SMARD.de, ліцензія CC BY 4.0. Модель старіння: Naumann et al., Journal of Energy Storage 17 (2018) і Journal of Power Sources 451 (2020).
