Low-carbon Operation Optimization Strategy for Photovoltaic-Electrical Energy Storage System Considering Life Cycle and Energy Storage Degradation

SUN Yi; SHAN Yuqin; CHEN Minghao; YANG Shihai; CHEN Mingming; CHENG Hanmiao

doi:10.7500/AEPS20230707003

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Low-carbon Operation Optimization Strategy for Photovoltaic-Electrical Energy Storage System Considering Life Cycle and Energy Storage Degradation

Power System Analysis and Optimization from Carbon Perspective | 更新时间：2025-07-04

- Low-carbon Operation Optimization Strategy for Photovoltaic-Electrical Energy Storage System Considering Life Cycle and Energy Storage Degradation
- Automation of Electric Power Systems Vol. 49, Issue 12, Pages: 60-68(2025)
- 作者机构：
  
  1.华北电力大学电气与电子工程学院，北京市 102206
  2.国网江苏省电力有限公司营销服务中心，江苏省南京市 210019
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  State Grid Corporation of China(5700-202218218A-1-1-ZN)
- DOI：10.7500/AEPS20230707003
  CLC：
- Received：07 July 2023，
  
  Revised：2023-09-20，
  
  Published Online：20 October 2023，
  
  Published：25 June 2025
- 稿件说明：
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孙毅,单禹钦,陈明昊等.考虑生命周期与储能损耗的光-储系统低碳运行优化策略[J].电力系统自动化,2025,49(12):60-68.

SUN Yi,SHAN Yuqin,CHEN Minghao,et al.Low-carbon Operation Optimization Strategy for Photovoltaic-Electrical Energy Storage System Considering Life Cycle and Energy Storage Degradation[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(12):60-68.
孙毅,单禹钦,陈明昊等.考虑生命周期与储能损耗的光-储系统低碳运行优化策略[J].电力系统自动化,2025,49(12):60-68. DOI： 10.7500/AEPS20230707003.

SUN Yi,SHAN Yuqin,CHEN Minghao,et al.Low-carbon Operation Optimization Strategy for Photovoltaic-Electrical Energy Storage System Considering Life Cycle and Energy Storage Degradation[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(12):60-68. DOI： 10.7500/AEPS20230707003.

摘要

分布式台区光-储(PV-EES)系统是未来高渗透率光伏建设的重要场景，其高效、经济、可靠的储能管理策略对于提升光伏发电消纳率、降低台区整体碳排放具有重要意义。现有PV-EES系统调控策略通常以最大光伏发电消纳率为目标，依赖于台区的储能建设规模或储能深度充放电，忽略了储能设备的全生命周期碳排放及其寿命损耗所造成的等效碳排放。为精准评估并降低分布式台区PV-EES系统整体运行碳排放，提出了一种考虑储能寿命损耗与全生命周期碳排放的分布式台区PV-EES系统低碳运行优化策略。首先，对PV-EES系统中设备生命周期全过程碳排放进行计算；其次，建立了一种基于Arrhenius公式的改进储能循环寿命量化模型，以评估储能设备单次充放电动作所导致的寿命损耗；最后，结合上述模型建立综合考虑碳排放、经济性的PV-EES系统运行优化模型。仿真结果表明，所提策略以适当增加台区购电量和光伏弃电量为代价，有效减缓了储能设备寿命损耗，延长其服役寿命，从而降低了台区运行所需的储能数量及等效碳排放，并提升了系统运行经济性。

Abstract

The distributed station area photovoltaic-electrical energy storage (PV-EES) system is an important mode for future photovoltaic system construction with high penetration rate. It’s efficient

economical and reliable energy storage management strategy is of great significance for improving the consumption rate of photovoltaic power generation and reducing the overall carbon emissions of the station area. The existing regulation and control strategies of PV-EES systems usually aim at the maximum consumption rate of photovoltaic power generation

relying on the construction scale of energy storage in the station area or the deep charging and discharging behavior of energy storage

while ignoring the carbon emissions throughout the entire life cycle of energy storage equipment life and the equivalent carbon emissions caused by its life degradation. To accurately assess and reduce the overall operational carbon emissions of the distributed station area PV-EES system

a low-carbon operation optimization strategy for the distributed station area PV-EES system considering the energy storage life degradation and the carbon emissions throughout the entire life cycle is proposed. Firstly

the carbon emissions throughout the entire equipment life cycle in the PV-EES system is calculated. Secondly

an improved quantitative model of energy storage cycle life based on the Arrhenius formula is established to evaluate the life degradation caused by a single charging and discharging action of energy storage equipment. Finally

a PV-EES system operation optimization model that comprehensively considers carbon emissions and economy is established in combination with the above model. The simulation results show that the proposed strategy

at the cost of appropriately increasing the purchased electricity of the station area and the abandoned electricity of photovoltaics

effectively slows down life degradation of the energy storage equipment

and prolongs its service life

thereby reducing the amount of energy storage equipment required for the operation of the station area and its equivalent carbon emissions

and improving the economic operation of the system.

关键词

Keywords

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