邱健蓄电池热管理系统与储能技术的进展

Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC)指出，为了将全球变暖限制在工业化前水平以上1.5 °C[1]，到2030年和2035年，全球温室气体排放量需较2019年水平别离削减约43 %和60 %。可再生能源的广泛运用已成为应对石油干涸、碳排放和日益增长的能源需求等要害全球应战的一种极端有效的战略。包含风能、水能、潮汐能、地热能、生物质能和太阳能在内的可再生能源具有巨大的发电潜力。其间，太阳能因其储量丰富、清洁且易于获取，在商业和住所运用中得到了广泛关注，并被广泛用于发热和发电[2,3]。
光伏（PV）体系是运用太阳能最有效且最直接的办法之一，经过将太阳辐射直接转化为电能，在削减温室气体排放方面发挥着至关重要的作用。装置在修建物房顶或立面上的PV体系可以最大限度地削减专用装置区域的占用，并缩短能源传输距离[4]。Antonio等人[5]对西班牙房顶PV潜力进行了大规模评价，证明了经过广泛部署房顶PV来完成可继续、近零排放电力体系的可行性。Jiang等人[6]评价了中国239个民用机场房顶和停车场的PV潜力，确认总潜在容量为2.5 GW，年发电量为2.64 TWh，即使没有补助，大多数体系的出资回报率（ROI）也超越50%。在东京，商业修建中集成的PV体系被证明可以满意这些修建15–48%的年度用电需求[7]。Kabir等人[8]剖析了孟加拉国达卡市房顶PV体系的技能潜力，提醒了可用的房顶面积为134.282 km²，潜在容量为1000 MWh，这足以解决该城市的电力短缺问题并满意城市用电需求。为了在高太阳通量下稳定PV体系的发电功率，人们提出了有效的冷却体系，例如一种新型的可继续形状稳定相变材料...
大学作为要害的社会组织，其特点是基础设施密布且能源消耗高。凭仗多样化的修建类型和宽广的房顶面积，它们在光伏体系集成方面具有巨大的潜力。因此，已有很多研讨旨在探究在大学校园部署PV体系的技能经济可行性和环境效益。到2020年，美国已有超越40所高校经过现场可再生能源发电与电动汽车集成的结合，完成了校园100%的可再生电力供应[12]。例如，Lee等人[13]运用Celentano Hall光伏体系的实际数据评价了新罕布什尔大学的光伏潜力。他们的研讨结果表明，该PV体系的发电量为82,800 kWh，平均出资回收期为11年，内部收益率（IRR）为8.74%，并使修建运营本钱降低了8%。同样，孟加拉国艺术与科学大学的水上光伏电站每年发电约169.5 MWh，削减温室气体排放61吨，完成全生命周期节约93,025美元[14]。Ahmed等人[15]评价了巴勒斯坦NED工程技能大学的房顶PV体系，其年发电量为5389.2 MWh。他们的研讨结果显示，平准化度电本钱（LCOE）为0.05 USD/kW。
与传统能源相比，PV体系通常面临着由多变的气候条件和昼夜循环引起的动摇性和间歇性应战。为了解决这些问题，电池储能体系（BESS）越来越多地被用于贮存阳光充足时段产生的剩余能量，以便在太阳能输入低或无的时期运用。BESS的集成缓解了功率输出动摇，提高了太阳能体系的全体功率，并削减了对化石燃料的依靠[[18], [19], [20]]。Gul等人[21]开发了一个数学模型来评价一个旨在完成大学校园及周边三个社区脱碳的PV-BESS。他们的研讨结果表明，直流电池的最佳运转战略结合与当地电网的能量同享，明显提高了体系的电力浸透率和运用率。Pimm等人[22]发现，为蒙特卡洛地区的每个家庭装备一个2 kWh的电池可以使低压配电网上的峰值电力需求降低50%。同样，Maeyaert等人[23]观察到，将BESS与配电网集成提升了经济功能，同时明显降低了电网损耗。Brusco等人[24]提出了一种针对并网用户的上网电价补助方案，以鼓舞采用集成的PV-BESS。他们的结果显示，在scen条件下，PV-BESS的电费降低了44.98%，而仅有PV的体系电费降低了33.65%。
为了优化光伏与储能技能的集成及运转功率，已有很多研讨对PV-BESS的装备、经济功能和最优调度进行了广泛讨论。咱们之前的工作[26]已评价了中国不同太阳能区域内大学校园未装置BESS的房顶光伏体系的技能潜力和经济效益，考虑了平房顶和坡房顶的不同装置场景以及两种电力销售战略。但是，关于针对大学校园不同修建类型定制的PV-BESS最优装备仍存在明显的研讨空白，特别是运用覆盖全年的高分辨率逐小时数据方面。此外，很少有研讨全面剖析过PV-BESS的全生命周期经济功能及其在缓解PV并网体系功率动摇方面的潜力。

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为了添补这些研讨空白，本研讨的主要贡献如下： • 为所提出的并网PV-BESS开发了一个以全生命周期净收益为方针函数的优化模型。 • 采用混合整数线性规划（MILP）算法来优化BESS的充放电功率以及与电网的交互功率。 • 考虑了充放电功率对BESS实际运用寿命的影响，以便进一步讨论PV-BESS经济功能的改变状况。 • 对三种类型修建在不同场景下PV-BESS的运转效果和经济效益进行了对比剖析。