劉芳 徐清

摘要：光伏系統(tǒng)的大量應(yīng)用，固然提升了可再生能源的使用規(guī)模，但是光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)的問題值得關(guān)注。擬定儲(chǔ)能系統(tǒng)最佳方案，在保證供能效果、吻合“削峰填谷”原則的同時(shí)，提升光伏系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益。本文從配網(wǎng)的角度出發(fā)，分析了光伏系統(tǒng)儲(chǔ)能配置的優(yōu)化路徑。

關(guān)鍵詞：配網(wǎng);光伏系統(tǒng);儲(chǔ)能優(yōu)化;策略

一、儲(chǔ)能優(yōu)化配置研究意義

1.儲(chǔ)能裝置問題。太陽能屬于典型的可再生能源，光伏設(shè)備安裝在我國(guó)迅速鋪開。相比其他再生能源設(shè)備，光伏設(shè)備的市場(chǎng)份額較大。但是也要認(rèn)識(shí)到太陽能的不足，太陽能與天氣因素關(guān)系密切，意味著太陽能來源不夠穩(wěn)定，波動(dòng)性較強(qiáng)。應(yīng)用儲(chǔ)能裝置則能夠響應(yīng)天氣變化情況，通過儲(chǔ)能效應(yīng)實(shí)現(xiàn)“削峰填谷”的效果，在保證電能質(zhì)量的基礎(chǔ)上保證配電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)提升光伏系統(tǒng)的消納能力，光能使用效率更高。實(shí)際應(yīng)用中將儲(chǔ)能系統(tǒng)與配網(wǎng)體系結(jié)合，但是需要面對(duì)儲(chǔ)能電池的成本問題。如果電池儲(chǔ)能裝置的容量過高，則會(huì)提升光儲(chǔ)系統(tǒng)的布局成本，降低光儲(chǔ)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益，與經(jīng)濟(jì)性原則不符。

2.儲(chǔ)能容量配置問題。儲(chǔ)能容量配置是決定光儲(chǔ)系統(tǒng)性能和效益的重要指標(biāo)，盡管可供選擇的儲(chǔ)能容量配置方法較多，但是諸多方法對(duì)成本與收益因素考慮較少。傳統(tǒng)的光儲(chǔ)系統(tǒng)儲(chǔ)能裝置的研究主要從電壓質(zhì)量、儲(chǔ)能容量和儲(chǔ)能成本三個(gè)維度切入，通過目標(biāo)分解優(yōu)化等方式，逐步靠近問題的最優(yōu)解。針對(duì)儲(chǔ)能裝置成本與收益的分析主要采用智能優(yōu)化算法，研究過程偏重于電力企業(yè)領(lǐng)域，對(duì)于配網(wǎng)側(cè)的居民與工業(yè)用電用戶考慮較少，儲(chǔ)能裝置研究相對(duì)片面。因此需要深入研究?jī)?chǔ)能裝置成本問題，為體現(xiàn)光儲(chǔ)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益奠定基礎(chǔ)。

二、配網(wǎng)光伏系統(tǒng)特性

1.負(fù)荷特性。關(guān)于系統(tǒng)的負(fù)荷特性，關(guān)注到居民用電負(fù)荷與工業(yè)用電負(fù)荷兩個(gè)大類。兩類用電負(fù)荷的時(shí)段變化規(guī)律與功率波動(dòng)幅度均有差異，居民供電高峰出現(xiàn)在上午以及晚間，功率穩(wěn)定性較差，波動(dòng)幅度偏大;工業(yè)用電負(fù)荷呈現(xiàn)出24h高位運(yùn)行、功率變化幅度較小的特征，與工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)規(guī)律吻合。由于工業(yè)用電負(fù)荷占比較高，意味著工業(yè)用電負(fù)荷對(duì)系統(tǒng)的負(fù)荷產(chǎn)生顯著影響。

2.光伏發(fā)電特性。光伏系統(tǒng)的發(fā)電特性與天氣狀況關(guān)系密切，由于天氣變化無常，意味著光伏系統(tǒng)的發(fā)電特性隨機(jī)性、波動(dòng)性較強(qiáng)。光伏系統(tǒng)單日出力高峰在中午前后，占據(jù)單日總出力的50%，夜間停止發(fā)電。

三、儲(chǔ)能優(yōu)化配置思路

1.成本計(jì)算。配網(wǎng)用戶的基本需求點(diǎn)在于降低成本，并通過儲(chǔ)能系統(tǒng)獲得更高效益。因此在分析光儲(chǔ)系統(tǒng)的投資收益情況時(shí)，通常采用建模思想，通過目標(biāo)函數(shù)計(jì)算光儲(chǔ)系統(tǒng)的投資效益。具體計(jì)算過程需要考慮光儲(chǔ)系統(tǒng)的投資成本、收益以及應(yīng)用光儲(chǔ)系統(tǒng)的凈利潤(rùn)。在光伏系統(tǒng)布局范圍不斷擴(kuò)大的背景下，在評(píng)價(jià)光儲(chǔ)系統(tǒng)投資收益時(shí)，無需考慮安裝光伏系統(tǒng)的成本開銷因素。因此計(jì)算光儲(chǔ)系統(tǒng)的投資成本時(shí)，主要考慮光儲(chǔ)系統(tǒng)各個(gè)組件的成本，包括儲(chǔ)能電池、雙向變流器，同時(shí)包括光儲(chǔ)系統(tǒng)運(yùn)維領(lǐng)域的成本開銷以及購(gòu)電開銷。

光儲(chǔ)系統(tǒng)儲(chǔ)能電池的成本與電池的容量、單價(jià)有關(guān)，對(duì)于儲(chǔ)能變流器的成本計(jì)算也是如此，關(guān)注到變流器的功率性能指標(biāo)和單價(jià)。計(jì)算光儲(chǔ)系統(tǒng)運(yùn)維成本開銷時(shí)，需要掌握典型自然日的儲(chǔ)能放電量、相似日以及對(duì)應(yīng)時(shí)間節(jié)點(diǎn)的電價(jià)。針對(duì)購(gòu)電開銷的計(jì)算，需要利用電量、通貨膨脹率、貼現(xiàn)率、折舊率等指標(biāo)。

2.收益計(jì)算。當(dāng)前國(guó)家逐步降低對(duì)光伏補(bǔ)貼力度，因此計(jì)算光儲(chǔ)系統(tǒng)收益時(shí)，不再考慮光伏發(fā)電補(bǔ)貼因素。關(guān)于光儲(chǔ)系統(tǒng)的收益，涉及到電能節(jié)省、多余光伏出售、延緩設(shè)備投資以及儲(chǔ)能項(xiàng)目補(bǔ)貼四個(gè)方面。用戶使用光儲(chǔ)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)節(jié)能效應(yīng)，計(jì)算節(jié)能帶來的收益時(shí)，需要使用典型日負(fù)荷吸收的光伏電能數(shù)據(jù)。

四、儲(chǔ)能優(yōu)化配置分析

1.準(zhǔn)備工作。首先選定儲(chǔ)能電池材料，此處選擇鋰電池，注意鋰電池的單價(jià)、運(yùn)行年限、通貨膨脹率等各項(xiàng)指標(biāo)，為計(jì)算光儲(chǔ)系統(tǒng)的收益和成本做好準(zhǔn)備。關(guān)注到居民與工業(yè)兩類用電負(fù)荷，確定每一類負(fù)荷的光伏裝機(jī)容量，掌握峰谷電價(jià)與固定電價(jià)，確定居民與工業(yè)用電負(fù)荷的最高值和最低值。

2.儲(chǔ)能容量配置策略。根據(jù)準(zhǔn)備工作中的信息進(jìn)行儲(chǔ)能配置，獲取兩類用電負(fù)荷的儲(chǔ)能電池容量以及配置儲(chǔ)能前后的凈利潤(rùn)情況。配置儲(chǔ)能裝置后的凈利潤(rùn)有明顯提升。根據(jù)等效負(fù)荷的變化規(guī)律，在執(zhí)行調(diào)度計(jì)劃和分時(shí)計(jì)算電價(jià)模式的前提下，提升用戶電網(wǎng)購(gòu)電行為的合理性。光儲(chǔ)系統(tǒng)提供負(fù)荷電量，有效控制電費(fèi)支出。用戶通過光儲(chǔ)系統(tǒng)，獲得最好的收益效果，也為提升系統(tǒng)收益奠定基礎(chǔ)。

關(guān)注到不同類型符合的光伏自銷納率，從三個(gè)維度進(jìn)行計(jì)算。首先計(jì)算不加光伏和儲(chǔ)能的情況，隨后計(jì)算加光伏的情況，此后加上儲(chǔ)能并計(jì)算自銷納率。只要加設(shè)光伏或儲(chǔ)能裝置，自銷納率均有明顯提高，最終達(dá)到100%。原因在于光伏出力已經(jīng)超過負(fù)荷的實(shí)際需求，多余的能量被儲(chǔ)能裝置成功保存，實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電的消納效果。在用電負(fù)荷高峰時(shí)間段，通過儲(chǔ)能系統(tǒng)釋放保存的能量，響應(yīng)較高的用電需求。

3.儲(chǔ)能電池配置策略。選擇鋰電池并關(guān)注到居民用電負(fù)荷，以鋰電池的放電深度為變量，分析儲(chǔ)能配置與放電深度之間的關(guān)系。

4.配網(wǎng)性能分析?；谂渚W(wǎng)環(huán)境驗(yàn)證儲(chǔ)能優(yōu)化配置策略是否有效，將儲(chǔ)能裝置與節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)相結(jié)合，從配網(wǎng)電壓和損耗角度分析儲(chǔ)能配置的影響。在確定節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的負(fù)荷后，依次選定光伏系統(tǒng)與儲(chǔ)能裝置，將儲(chǔ)能裝置布局在節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的某個(gè)節(jié)點(diǎn)中。

與此同時(shí)關(guān)注到安裝光伏和儲(chǔ)能后的網(wǎng)絡(luò)損耗變動(dòng)情況，加入光伏和儲(chǔ)能都能起到降低配網(wǎng)損耗的效果，而且兩者共同作用能夠?qū)崿F(xiàn)配網(wǎng)損耗的疊加控制效果，由此可見安裝光儲(chǔ)系統(tǒng)能夠有效降低網(wǎng)絡(luò)損耗并優(yōu)化配網(wǎng)性能。

結(jié)束語：針對(duì)儲(chǔ)能配置進(jìn)行優(yōu)化分析，在保證儲(chǔ)能配置應(yīng)用效果的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提升儲(chǔ)能配置的經(jīng)濟(jì)效益。在今后應(yīng)用光伏系統(tǒng)的過程中，從配網(wǎng)的角度出發(fā)，總結(jié)更多的儲(chǔ)能優(yōu)化配置策略。

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