基于风电的微电网中磷酸铁锂电池与氢储能的技术经济比较

《Journal of Energy Storage》：Techno-economic comparison of lithium-iron phosphate battery and hydrogen energy storage for wind power-based microgrids

　　

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  基于风电的微电网中锂电池与氢能储存的对比评估
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  通过多目标遗传算法优化的基于物理模型建模的微电网
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  采用首次失效的日历-循环寿命准则估算电池寿命
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  风-氢系统实现0.183美元/千瓦时的平准化度电成本，风电弃电率约为18%。
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  风-电池系统实现0.229美元/千瓦时的平准化度电成本，风电弃电率约为28%，效率更高。

章节摘要

缩略语

BES	电池储能
CAPEX	资本支出
C-rate	放电或充电倍率
DoD	放电深度
EMS	能源管理方案
EoL	使用寿命终止
HES	氢能储存
HWHM	混合风-氢微电网
HWBM	混合风-电池微电网
LCOE	平准化度电成本
LFP	磷酸铁锂
LPSP	供电中断概率
MILP	混合整数线性规划
MOGA	多目标遗传算法
NPC	净现值成本
OBF	超建系数
OPEX	运营支出
PSO	粒子群优化
PV

方法

本节介绍了以下信息：研究区域、混合风-氢微电网（HWHM）和混合风-电池微电网（HWBM）的建模，包括LFP电池模型及其基本假设、充电控制器、微电网配置、能源管理方案（EMS）、经济性和敏感性分析，以及优化方法。它还详细介绍了两种微电网在技术和经济性能方面的系统级模型。对于两种微电网类型，均适用以下约束条件（公式（1））。

结果与讨论

本节展示了以下内容：(1) 电池模型与实验数据的验证结果；(2) HWBM系统的功率与能量平衡；(3) 某一可持续HWBM的电池电流、荷电状态（SoC）和端电压；(4) 两种HWHM和HWBM的资本支出（CAPEX）和平准化度电成本（LCOE）的帕累托最优解；(5) 最小LCOE配置中各组件的资本支出分解。关于HWHM帕累托最优设计的详细讨论，请参阅Eniola等人的文献[42]。敏感性

结论

储能技术在效率、成本、可扩展性和储存时长方面存在明显的权衡关系，因此，对它们进行严格的对比评估对于实现与风电的可靠、经济集成至关重要。本研究利用位于加利福尼亚州圣地亚哥海军基地（SNI）的运营数据，评估了基于风电的微电网中LFP电池和氢能储存（HES）的技术和经济性能。研究在MATLAB/Simscape中开发了一个基于物理模型的风-电池微电网（HWBM）模型，并与之前

CRediT作者贡献声明

Victor Eniola：写作——审阅与编辑、写作——初稿、验证、软件、方法论、形式分析、数据整理、概念构思。Jack Cimorelli：验证、软件、方法论、概念构思。Christopher Niezrecki：写作——审阅与编辑、监督、方法论、经费获取、概念构思。Xinfang Jin：写作——审阅与编辑、监督、方法论、经费获取、概念构思。David Willis：写作——审阅与编辑，

生成式人工智能及AI辅助技术在写作过程中的声明

在本作品的准备过程中，作者使用了Grammarly和QuillBot以避免语法错误和冗余表达。在使用这些工具后，作者对所编辑的内容进行了审查和修改，并对出版内容的全部质量承担完全责任。

利益冲突声明

作者声明，不存在任何可能影响本文报告工作的已知竞争性经济利益或个人关系。

致谢

本研究与美国海军部研究局（ONR）颁发的N00014-22-1-2001号资助项目相关。美国政府对本文中所有受版权保护的材料在全球范围内拥有免版税许可。感谢NAV FAC工程与远征作战中心的Rob Nordahl P.E.提供本研究使用的电力需求数据。

Victor Eniola | Jack Cimorelli | Christopher Niezrecki | Xinfang Jin | David Willis