盛化才

上海置信節(jié)能環(huán)保有限公司

1 引言

當(dāng)前我國能源與環(huán)境問題日益突出，國家正在大力推進(jìn)能源轉(zhuǎn)型的發(fā)展。隨著新一輪電力體制改革和能源供需格局的變化，我國的能源生產(chǎn)和消費革命勢在必行。2017年10月，國家相關(guān)部委出臺了《關(guān)于促進(jìn)儲能技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展指導(dǎo)意見》，明確了促進(jìn)我國儲能技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要意義、總體要求、重點任務(wù)和保障措施。指導(dǎo)意見指出，儲能是智能電網(wǎng)、可再生能源高占比能源系統(tǒng)、“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源的重要組成部分和關(guān)鍵支撐技術(shù)[1]。加快儲能技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展，對于構(gòu)建“清潔低碳、安全高效”的現(xiàn)代能源產(chǎn)業(yè)體系，推進(jìn)我國能源行業(yè)供給側(cè)改革、推動能源生產(chǎn)和利用方式變革具有重要戰(zhàn)略意義。

隨著儲能技術(shù)發(fā)展和投資成本降低，分布式儲能的應(yīng)用十分廣泛[2]。國家鼓勵在用戶側(cè)建設(shè)分布式儲能系統(tǒng)，支持用戶側(cè)建設(shè)一定規(guī)模的電儲能實施參與調(diào)頻、調(diào)峰等輔助服務(wù)。當(dāng)期，我國還沒有出臺與儲能相關(guān)的政策體系和價格機(jī)制，儲能行業(yè)財政補貼有關(guān)政策、辦法目前還比較少[3]。用戶側(cè)儲能的經(jīng)濟(jì)效益取決于電力市場分時電價政策，以及用戶使用儲能所需實現(xiàn)的具體功能。用戶側(cè)分布式儲能項目主要包括工商業(yè)削峰填谷及需求側(cè)響應(yīng)，分布式儲能項目可實現(xiàn)削峰填谷、減少電費、消納清潔能源、提高供電可靠性、避免電力增容等重要作用。國內(nèi)已有的分布式儲能項目多以示范應(yīng)用為主，面臨技術(shù)選擇、性能需求、投資成本及安全性等問題[4]。

以上海某電氣設(shè)備制造企業(yè)分布式儲能項目為例，對分布式儲能項目的應(yīng)用需求、技術(shù)方案、運行策略、項目經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析，為類似項目提供借鑒參考。

2 項目需求

2.1 需求分析

分布式儲能一般安裝于工商業(yè)用戶端或園區(qū)，主要服務(wù)于電費管理，幫助用戶降低需量電費和電量電費。企業(yè)主要生產(chǎn)非晶合金變壓器，用電量較大且用電負(fù)荷主要集中在白天時段，晚上生產(chǎn)負(fù)荷較小。根據(jù)2016年企業(yè)用電量統(tǒng)計數(shù)據(jù)，每月平均用電量在60萬kWh，全部從電網(wǎng)購買。結(jié)合企業(yè)用電特點，參照上海市分時電價政策，利用峰谷電價差，考慮建設(shè)分布式儲能示范項目，降低企業(yè)用電成本、提高供電可靠性。圖1為該企業(yè)2016年典型月用電量統(tǒng)計圖。

圖1 典型月份用電量數(shù)據(jù)

2.2 建設(shè)原則

用戶側(cè)儲能項目建設(shè)要考慮的內(nèi)容和基本原則包括：需求場景、用電負(fù)荷狀況、月（年）度用電量、變壓器容量及利用率、峰谷電價差及時段、配電系統(tǒng)接線及平面圖、場地狀況及采用的儲能技術(shù)。針對儲能技術(shù)要結(jié)合項目規(guī)模容量，綜合考慮儲能電池類型、充放電方式、系統(tǒng)效率、循環(huán)壽命、投資成本、占地面積、運行維護(hù)和安全性等因素。

3 項目方案

3.1 方案設(shè)計

綜合考慮項目需求及不同儲能技術(shù)性能，采用鉛碳電池儲能技術(shù)，建設(shè)規(guī)模容量250kW/1.2MWh。儲能系統(tǒng)由鉛碳蓄電池單元、儲能變流器（PCS）、電池管理系統(tǒng)（BMS）、電池監(jiān)控系統(tǒng)和預(yù)裝式集裝箱組成，項目采用“削峰填谷”運行方式，儲能系統(tǒng)采用1個40呎標(biāo)準(zhǔn)集裝箱，占地約30平方米。儲能系統(tǒng)通過配電柜備用抽屜接入400V低壓母線。詳見圖2所示。

圖2 250kW/1.2MWh儲能系統(tǒng)架構(gòu)圖

3.2 設(shè)備選型

（1）儲能電池

方案選用鉛碳蓄電池，蓄電池額定電壓為2V，額定容量為1 000Ah，本項目儲能系統(tǒng)共包括600只該型號電池，由300串2并組成，額定電壓為600V，電池組額定容量1 200kWh。該電池采用鉛碳技術(shù)并對電池的板柵、活性物質(zhì)、殼體、電解液等進(jìn)行全新設(shè)計，提高了電池循環(huán)使用壽命，產(chǎn)品設(shè)計壽命20年，70%DOD循環(huán)壽命可達(dá)3 500次。單體鉛碳電池參數(shù)詳見表1。

（2）儲能變流器

儲能變流器是連接電網(wǎng)與儲能電池組的電力電子接口設(shè)備，通過控制可實現(xiàn)電壓、電流的交直流雙向變換功能，并通過控制策略實現(xiàn)對電池系統(tǒng)的充放電管理、負(fù)荷功率跟蹤、電池儲能系統(tǒng)充放電功率控制。本項目采用250kW儲能變流器。

儲能變流器在整個系統(tǒng)中起著核心作用，具有高轉(zhuǎn)換效率、寬電壓輸入范圍、快速并離網(wǎng)切換和方便維護(hù)等特點，同時具備完善的保護(hù)功能，如孤島保護(hù)、直流過壓保護(hù)和低電壓穿越等，滿足系統(tǒng)并、離網(wǎng)要求。

（3）電池管理系統(tǒng)

電池管理系統(tǒng)由電池組管理單元BMU、電池組串管理系統(tǒng)MBMS和電池堆管理系統(tǒng)BAMS等組成。電池管理系統(tǒng)主要包括電池組的電壓、電流、溫度等狀態(tài)信息的采集，以及容量診斷SOC、電池健康狀況預(yù)估SOH和電池的均衡等工作，同時將電池組的各種運行狀態(tài)、各類報警等信息及時上傳給遠(yuǎn)程服務(wù)器綜合管理系統(tǒng)，綜合管理系統(tǒng)通過BMS上傳的各種信息進(jìn)而控制逆變器對電池組進(jìn)行有效地充放電，達(dá)到調(diào)峰調(diào)頻、削峰填谷等作用，以提高大容量可再生電源的可控性、可調(diào)度性以及可預(yù)測性，實現(xiàn)整個儲能系統(tǒng)的優(yōu)質(zhì)、可靠運行。

3.3 系統(tǒng)配置

本項目儲能系統(tǒng)配置見表2。

表1 單體鉛碳電池參數(shù)

表2 儲能系統(tǒng)配置參數(shù)

3.4 循環(huán)回收

鉛碳電池儲能系統(tǒng)廠家通常擁有具備回收資質(zhì)的成員公司，負(fù)責(zé)產(chǎn)品的回收、冶煉，實現(xiàn)能源再生，把對資源的能耗降至最低。鉛的直收率由傳統(tǒng)工藝80%～85%提升至98%以上，實現(xiàn)節(jié)能減排、資源循環(huán)綜合利用。鉛碳電池在達(dá)到使用壽命之后，由鉛碳電池廠家負(fù)責(zé)上門回購，回收價格約為電池售價的20%～30%。

4 經(jīng)濟(jì)性分析

4.1 分時電價及時段

根據(jù)上海市物價局關(guān)于合理調(diào)整電價結(jié)構(gòu)有關(guān)事項的通知（滬價管〔2017〕17號），上海市大工業(yè)用電（1～10kV）峰谷平時段及電價如下：

夏 季 ：峰 時 段（8：00-11：00、13：00-15：00，18：00-21：00），平時段（6：00-8：00、11：00-13：00、15：00-18：00，21：00-22：00），谷時段（22：00-次日6：00）；峰時段電價 1.132 元/kWh，平時段電價0.700元/kWh，谷時段電價0.264元/kWh。

非夏季：峰時段（8：00-11：00、18：00-21：00），平 時 段（6：00-8：00、11：00-18：00 時 、21：00-22：00），谷時段（22：00-次日 6：00）；峰時段電價1.097元/kWh、平時段電價0.665元/kWh、谷時段電價0.335元/kWh。

4.2 運行策略

結(jié)合鉛碳電池循環(huán)壽命及充放電周期較長，一般一個循環(huán)次數(shù)采用一充多放的運行方式，本項目可選擇在低谷時段22：00-06：00進(jìn)行充電時間，在高峰時段 08：00-11：00、13：00-15：00（夏季）、19：00-21：00進(jìn)行放電，項目在夏季和非夏季的運行方式見圖3和圖4。

圖3 儲能系統(tǒng)夏季運行方式示意圖

圖4 儲能系統(tǒng)非夏季運行方式示意圖

4.3 經(jīng)濟(jì)性分析模型

本項目儲能系統(tǒng)的收益主要來源于峰谷電價差收益。以上海市普通工業(yè)峰谷電價計算儲能系統(tǒng)在削峰填谷中的經(jīng)濟(jì)效益，按照夏季3個月、非夏季9個月進(jìn)行計算。根據(jù)上述運行方式和夏季、非夏季電價，給出基于峰谷電價差收益的儲能項目收益計算模型：

式中：benefit——利用峰谷電價差通過充放電實現(xiàn)的收益

D——儲能電池的日放電量

C——儲能電池的日充電量

td1，td2…tdi——儲能電池在i個放電時段的持續(xù)放電時間

Psd1，Psd2…Psdi——儲能電池在i個放電時刻所對應(yīng)的夏季電價

Pnd1，Pnd2…Pndi——儲能電池在i個放電時刻所對應(yīng)的非夏季電價

tc1，tc2…tcj——儲能電池在j個充電時段的持續(xù)充電時間

Psc1，Psc2…Pscj——儲能電池在j個充電時刻所對應(yīng)的夏季電價

Pnc1，Pnc2…Pncj——儲能電池在j個充電時刻所對應(yīng)的非夏季電價

SD——儲能電池在一年中夏季運行天數(shù)ND——儲能電池在一年中非夏季運行天數(shù)

4.4 經(jīng)濟(jì)性影響因素[5]

根據(jù)上述分析，現(xiàn)階段分布式儲能項目的經(jīng)濟(jì)性主要影響因素包括：項目投資成本、當(dāng)?shù)胤骞入妰r差、峰谷平時段、電池壽命、儲能充放電方式、企業(yè)用電量、生產(chǎn)運行狀況和電池梯級利用及回收成本等。據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，廣東省、江蘇省、上海市等峰谷電價差較大的地區(qū)（一般電價差大于0.75元/kWh），儲能項目已具有經(jīng)濟(jì)性，部分地區(qū)已建設(shè)較大規(guī)模的儲能示范項目[6]。

5 結(jié)論

隨著儲能技術(shù)日趨成熟、降低電池成本、提升電池壽命和安全性，儲能產(chǎn)業(yè)必將創(chuàng)造巨大的市場商機(jī)，儲能在用戶側(cè)規(guī)?；瘧?yīng)用是儲能的重點發(fā)展方向。當(dāng)前，各類儲能技術(shù)已經(jīng)開展商業(yè)或示范應(yīng)用，在部分地區(qū)建設(shè)用戶側(cè)分布式儲能項目已具有經(jīng)濟(jì)性。分布式儲能項目通過峰谷電價差套利是最主要的盈利手段，根據(jù)不同地區(qū)的政策，需量電費管理和需求側(cè)管理是輔助盈利點。