含电动汽车停车功能的小型离网混合能源系统容量优化规划研究

《Scientific Reports》：Eco-environmental management in islanded system sizing including battery, wind/photovoltaic/hydropower/bio-waste resources and electric vehicles

　　

摘要

本研究概述了包含电动汽车停车功能的小型离网混合系统的规划方法，重点解决可控与不可控可再生能源及储能电池的容量优化确定问题，同时兼顾经济与环境准则。目标函数旨在最小化电池储能系统、电力电子变流器及可再生能源单元的建设和维护成本，并降低电池退化、电动汽车折旧以及生物废弃物系统环境污染所带来的费用。在此框架下，需要考虑的最小化目标为生物废弃物可再生能源造成的总环境污染减去该能源来源的废弃物清洁度。上述目标受运行规划约束条件支配，包括资源与储能管理以及变流器功能约束。该设计还考虑了与电动汽车、可再生能源输出波动及负荷需求相关的不确定性。为应对这些不确定性，采用无迹变换法实现了随机优化。此外，问题求解方法采用了一种混合进化算法，结合了蚁狮优化器和小红熊猫优化器，以提高计算效率。数值模拟结果表明，所提出的求解算法能够快速收敛并达到最优结果，最终响应标准差在0.91%至0.92%之间。值得注意的是，在离网系统中引入固定式储能装置（如电池）可大幅降低对水电和生物废弃物能源的依赖，从而减少装机容量元件数量，并与仅使用可再生能源的方案相比降低系统规划成本。研究分析了电动汽车在两种场景下的影响：当电动汽车仅作为消费设备时，规划成本上升约23.5%；然而，当电动汽车作为移动储能单元时，与不纳入电动汽车的场景相比，规划成本降低了1.8%。这一发现凸显了将电动汽车和电池组作为柔性储能资产整合到混合能源系统中的战略优势。