考虑动力电池梯次利用的光伏换电站容量优化配置方法(4)

1）动力电池的容量配置结果。

由表2可知，配置结果中动力电池的数量为270

动力电池梯次利用容量/(MW?h)

中国电机工程学报第33卷

2.01.51.00.50.0

营利润大大提高。随着临界容量保持率在70%~80%范围内逐渐增加，系统年运营利润不断减小。原因是临界容量保持率增大，将导致动力电池每年的梯次利用比例增大，淘汰的动力电池增多，需新购置的动力电池增多，系统年运营利润必然减小。

3）梯次利用对光伏发电利用率的影响分析。

t/a

15 20

光伏换电站中是否含有梯次利用的储能电池

会影响到系统对光伏发电量的利用程度，将换电站是否含储能电池两种情况下的光伏发电利用率进行对比，结果如图10所示。通过动力电池梯次利用的方式，在光伏换电站中配置储能电池能够大幅提高光伏发电量的利用率。

100光伏系统发电量利用率/%

图8 系统年限内各年动力电池的梯次利用容量 Fig. 8 Second-use capacity of electric vehicle batteries in

every year of the system span

在系统年限内，动力电池梯次利用容量经波动后逐渐趋于稳定。梯次利用容量占动力电池系统总容量的比例最大达到30%(约2 000 kW?h)，稳定后在15%~20%(约1 000~1 500 kW?h)之间。根据动力电池的容量退化特性和选取的临界容量保持率水平可知，该结果处在一个合理的范围内。优化结果中的储能电池的总容量为2 476 kW?h，可见引入梯次利用策略，大部分储能电池均来源于换电站降级的动力电池，降低了储能系统的投资成本。

806040200

月份

图10 是否含储能电池的光伏发电量利用率比较 Fig. 10 Comparison of energy utilization rate of PV

system with and without storage batteries

2）梯次利用对系统年运营利润的影响分析。是否采用动力电池梯次利用方式，会对系统建设和运行费用产生影响，进一步影响系统的年运营利润。临界容量保持率是确定动力电池梯次利用的重要参数，其取值对优化结果有较大影响。当临界容量保持率在70%~80%之间取值时将产生不同的临界循环次数，引起梯次利用容量变化。因此，有必要定量分析梯次利用对系统年运营利润的影响。在是否引入梯次利用策略的两种情况下，系统年运营利润随临界容量保持率的变化规律如图9所示。

5.5 单位电量换电收益对年运营利润的影响分析

单位电量换电收益(换电电价)对系统年运营利润也会产生重要的影响。当换电电价在5~10元/

(kW?h)之间变化时，系统年运营利润的变化规律如图11所示。

系统年运营利润/万元

1 000

600

系统年运营利润/万元

200

?200

67 9 8 10单位电量换电收益/(元/(kW?h))

图11 系统年运营利润随单位电量换电收益的变化曲线

临界容量保持率/%

Fig. 11 The variation curve of system annual profits with

the unit price of battery swapping service

图9 系统年运营利润随临界容量保持率的变化曲线 Fig. 9 Variation curve of system annual profits with

critical capacity retention rate

当换电电价低于约5.3元/(kW?h)时，换电站系统的年运营利润均小于零，表明在换电电价低于约

5.3元/(kW?h)的情况下不具有经济效益。当换电电价在5~10元/(kW?h)之间变化时，系统年运营利润与换电电价近似呈线性变化关系。相比普通市电电

在临界容量保持率一定的情况下，考虑动力电池梯次利用能有效降低储能电池的成本，系统年运

第4期刘念等：考虑动力电池梯次利用的光伏换电站容量优化配置方法 43

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价，换电电价明显偏高，但考虑在换电运营模式下，车主无需承担动力电池的购置和维护费用，因此，该结果是可以接受的，具有一定的合理性。

6 结论

1）建立了光伏换电站容量优化配置模型，针对一定数量电动汽车的换电需求，能获得光伏发电系统容量、DC/DC模块容量、动力电池总容量和储能电池总容量的优化配置结果。

2）提出了基于蒙特卡洛模拟法的动力电池梯次利用容量计算模型，可计算换电站在规划年限内逐年的动力电池梯次利用容量。

3）通过算例结果分析了动力电池、储能电池、光伏发电系统及相关变流器容量配置的合理性，并探讨了梯次利用的应用效果和换电收益问题。

4）随着电动汽车普及程度的提高，在后续的研究中，可根据动力电池的实际运行数据进一步验证并修正该模型，为电动汽车充电基础设施的规划和设计提供参考。

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