分布式光伏儲(chǔ)能電池混合系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性分析

孫波，廖強(qiáng)強(qiáng)，劉宇，劉怡，周國定，葛紅花

(1. 上海市電力材料防護(hù)與新材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(上海電力學(xué)院)，上海市 200090；2.中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所，上海市200050；3. 上海汽車集團(tuán)股份有限公司，上海市 201804)

分布式光伏儲(chǔ)能電池混合系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性分析

孫波1，廖強(qiáng)強(qiáng)1，劉宇2，劉怡3，周國定1，葛紅花1

(1. 上海市電力材料防護(hù)與新材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(上海電力學(xué)院)，上海市 200090；
2.中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所，上海市200050；3. 上海汽車集團(tuán)股份有限公司，上海市 201804)

為了提高光伏系統(tǒng)的利用率，需要研究家庭和企業(yè)用戶的分布式光伏及儲(chǔ)能電池混合系統(tǒng)的最優(yōu)運(yùn)營模式。以居民用戶和企業(yè)用戶為對(duì)象，分別建立了用戶無光伏發(fā)電、光伏電力全部出售給電網(wǎng)、自發(fā)自用余電上網(wǎng)以及光儲(chǔ)系統(tǒng)下自發(fā)自用余電上網(wǎng)這4種運(yùn)營模式下用戶的成本效益模型，分析了不同運(yùn)營模式下系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。結(jié)果表明：在無儲(chǔ)能的光伏發(fā)電系統(tǒng)中，光伏系統(tǒng)的裝機(jī)容量越高，用戶的凈利潤越高，并且自發(fā)自用，余電上網(wǎng)是收益最高的用電模式。在有儲(chǔ)能的光伏發(fā)電系統(tǒng)中，考察了6種儲(chǔ)能電池在分布式光伏/儲(chǔ)能電池系統(tǒng)中的經(jīng)濟(jì)性，發(fā)現(xiàn)對(duì)于居民用戶，采用儲(chǔ)能系統(tǒng)消納光伏電力的經(jīng)濟(jì)性較低；而對(duì)于企業(yè)用戶，儲(chǔ)能系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性較前者有一定程度的提高。隨著儲(chǔ)能電池成本的降低，企業(yè)用戶配置光伏儲(chǔ)能電池系統(tǒng)會(huì)有較好的應(yīng)用前景，其中水鈉電池的經(jīng)濟(jì)性最高。研究成果可為家庭和企業(yè)用戶光伏發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)營模式的選擇提供理論依據(jù)。

光伏發(fā)電；儲(chǔ)能；運(yùn)營模式；經(jīng)濟(jì)性分析；家庭用戶；企業(yè)用戶

0 引 言

太陽能作為一種清潔的可再生能源，因取之不盡、用之不竭的特點(diǎn)使其具有其他新能源無法比擬的優(yōu)勢[1]。到2015年底，我國全年光伏發(fā)電累計(jì)并網(wǎng)裝機(jī)容量達(dá)4 318 萬kW，其中，大型光伏電站3 712 萬kW，分布式光伏電站606 萬kW，光伏年發(fā)電量約392 億kW·h。

用戶側(cè)分布式光伏并網(wǎng)發(fā)電是光伏發(fā)電發(fā)展的一個(gè)重要方向，目前美、德、日等發(fā)達(dá)國家已推出規(guī)模較大的屋頂光伏并網(wǎng)發(fā)電計(jì)劃。2012年美國安裝在居民、企業(yè)建筑和政府部門建筑上的分布式光伏系統(tǒng)分別為5，10，18 億kW，較上一年增加了36%，累計(jì)并網(wǎng)發(fā)電的光伏系統(tǒng)已增長到74億kW。用戶側(cè)分布式光伏發(fā)電迎合了光伏能源分布廣泛的特點(diǎn)，既能直接為用戶負(fù)荷供電，減少用戶對(duì)市電的需求，還可通過上網(wǎng)售電，使用戶獲得經(jīng)濟(jì)效益[2]。然而與化石燃料發(fā)電相比，光伏發(fā)電具有間歇性、隨機(jī)性及波動(dòng)大的特點(diǎn)，供電不穩(wěn)定，而儲(chǔ)能技術(shù)是解決光伏發(fā)電的間歇性和不穩(wěn)定性問題的有效方法[3-4]。盡管儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)光伏等可再生能源發(fā)電有積極的作用，但一個(gè)現(xiàn)實(shí)問題是儲(chǔ)能的配置增加了已經(jīng)比較昂貴的光伏發(fā)電成本，可能使得光儲(chǔ)系統(tǒng)在市場環(huán)境下更不經(jīng)濟(jì)。如果能找到一種成本較低、循環(huán)壽命較長的儲(chǔ)能電池，并且根據(jù)儲(chǔ)能需求合理地配置儲(chǔ)能容量，則相應(yīng)的儲(chǔ)能成本也可以大幅降低。

分布式光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益分析已經(jīng)引起了國內(nèi)外專家的關(guān)注。Marco Bortolini等構(gòu)建了一個(gè)基于儲(chǔ)能的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，通過經(jīng)濟(jì)性分析指出在加拿大地區(qū)，該系統(tǒng)能源供給電力的成本比電網(wǎng)電價(jià)低了近24.5%[5]。CHEN Yenhaw研究了分布式光伏、風(fēng)電和儲(chǔ)能設(shè)備構(gòu)成的智能微網(wǎng)系統(tǒng)，結(jié)果表明，在臺(tái)灣地區(qū)儲(chǔ)能投資費(fèi)用較為昂貴，安裝儲(chǔ)能設(shè)備并不一定能夠?qū)崿F(xiàn)經(jīng)濟(jì)性的最優(yōu)，其中最優(yōu)的儲(chǔ)能容量由系統(tǒng)的需求和供給決定[6]。文獻(xiàn)[7]以我國家用光伏發(fā)電系統(tǒng)為研究對(duì)象，根據(jù)“自發(fā)自用，余電上網(wǎng)”的應(yīng)用原則構(gòu)建經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)模型，指出提高上網(wǎng)電價(jià)是促進(jìn)光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展最實(shí)際最有效的政策。文獻(xiàn)[2]研究了基于儲(chǔ)能系統(tǒng)的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，指出基于儲(chǔ)能系統(tǒng)的用戶光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)具有長遠(yuǎn)的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。在上述文獻(xiàn)中，均只對(duì)用戶在某一固定運(yùn)營模式下的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行了研究，沒有對(duì)分布式光伏系統(tǒng)在多種運(yùn)營模式下的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行比較。文獻(xiàn)[8]建立了我國分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)在不同運(yùn)營模式和并網(wǎng)方案下的成本效益模型，指出在發(fā)改價(jià)格[2013]1638號(hào)文的電價(jià)補(bǔ)貼政策下，國內(nèi)光伏市場的啟動(dòng)必將得到新的發(fā)展。然而，文獻(xiàn)[8]并未對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)下光伏并網(wǎng)發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析。

本文以居民和企業(yè)2類用戶為研究對(duì)象，基于上海市用戶銷售電價(jià)和光伏發(fā)電電價(jià)補(bǔ)貼政策，分析居民和企業(yè)2類光伏用戶在不同運(yùn)營模式下的經(jīng)濟(jì)性。

1 經(jīng)濟(jì)性分析

本文分析4種運(yùn)營模式下用戶的成本效益，其中：模式I為用戶沒有安裝光伏系統(tǒng)，直接由電網(wǎng)供電；模式II為用戶安裝了光伏系統(tǒng)，光伏電力全部出售給電網(wǎng)；模式III為自發(fā)自用，余電上網(wǎng)；模式IV為基于儲(chǔ)能系統(tǒng)下的自發(fā)自用，余電上網(wǎng)。

1.1 模式I的經(jīng)濟(jì)效益分析

(1)

式中：Tp表示1年中的所有峰時(shí)段；Tf表示平時(shí)段；Tv表示谷時(shí)段；hp表示峰時(shí)段電價(jià)；hf表示平時(shí)段電價(jià)；hv表示谷時(shí)段電價(jià)；Pload(t)表示t時(shí)刻用戶的用電負(fù)荷，t=1,2,…,8 760。

C1表示模式I下用戶的年成本，即

(2)

B1表示模式I下用戶的年收益，則B1=0。

G1表示用戶的凈利潤，有

(3)

1.2 模式II的經(jīng)濟(jì)效益分析

(4)

CPV表示用戶安裝光伏系統(tǒng)的年投資費(fèi)用，于是有

(5)

式中：Us表示光伏系統(tǒng)單位容量的投資費(fèi)用；Es表示用戶安裝的光伏系統(tǒng)容量；ns表示光伏系統(tǒng)的額定壽命；r表示資金的時(shí)間價(jià)值比率(貼現(xiàn)率、投資回報(bào)率、資金成本等)。

C2表示模式II下用戶的年成本，由光伏系統(tǒng)的年投資費(fèi)用和用戶的年用電費(fèi)用構(gòu)成，因此有

(6)

(7)

G2表示模式II下用戶的年凈利潤，于是有

(8)

1.3 模式III的經(jīng)濟(jì)效益分析

模式III中用戶安裝了光伏系統(tǒng)，采用自發(fā)自用，余電上網(wǎng)的用電模式，即光伏電力首先滿足用戶負(fù)荷，多余的光伏電力賣給電網(wǎng)，不足時(shí)則由電網(wǎng)補(bǔ)給。

(9)

式中：ΔP(t)=Pload(t)-Ps(t)表示t時(shí)刻用電負(fù)荷與光伏輸出功率之間的功率差額。若ΔP(t)≥0，t時(shí)刻不足，用電功率由電網(wǎng)電力補(bǔ)充；若ΔP(t)<0，t時(shí)刻多余，光伏電力被電網(wǎng)吸納。因此，用戶在t時(shí)刻調(diào)度電網(wǎng)的電量為max(ΔP(t), 0)。

C3表示模式III下用戶的年成本，由光伏系統(tǒng)的年投資費(fèi)用和用戶的年用電費(fèi)用構(gòu)成，因此有

(10)

(11)

G3表示模式III下用戶每年的凈利潤，因此有

(12)

1.4 模式IV的經(jīng)濟(jì)效益分析

模式IV中用戶同時(shí)安裝了光伏和儲(chǔ)能系統(tǒng)，采用自發(fā)自用的模式。當(dāng)光伏輸出功率與用電負(fù)荷的差額不能完全由儲(chǔ)能系統(tǒng)補(bǔ)充時(shí)，系統(tǒng)會(huì)調(diào)度電網(wǎng)電力；當(dāng)光伏輸出功率不能完全由用戶和儲(chǔ)能吸納則賣給電網(wǎng)。安裝儲(chǔ)能系統(tǒng)可以增加用戶對(duì)光伏電力的自利用率，同時(shí)減少不穩(wěn)定光伏入網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)的影響，還可以將晚上低谷電力存儲(chǔ)起來，在白天高峰時(shí)段給用戶供電，從而為用戶節(jié)省電力支出。

由儲(chǔ)能原理可知，若ΔP(t)≥0，則t時(shí)刻儲(chǔ)能系統(tǒng)處于放電狀態(tài)，若ΔP(t)<0，則t時(shí)刻儲(chǔ)能系統(tǒng)處于充電狀態(tài)。

Eb表示儲(chǔ)能系統(tǒng)的額定容量，t時(shí)刻儲(chǔ)能系統(tǒng)存儲(chǔ)的能量為

(13)

式中：Ebat(t)和Ebat(t-1)分別為儲(chǔ)能系統(tǒng)t時(shí)刻和t-1時(shí)刻的存儲(chǔ)能量；ηcha,ηdis分別為儲(chǔ)能的充電和放電效率；λmax和λmin表示能量存儲(chǔ)的上限與下限與額定容量的比值。為了防止過度充放電，保證儲(chǔ)能系統(tǒng)的壽命與運(yùn)行安全，儲(chǔ)能系統(tǒng)的最大存儲(chǔ)能量不能超過其能量存儲(chǔ)的上限，最小存儲(chǔ)能量不能低于其能量存儲(chǔ)的下限。

(14)

CBAT表示儲(chǔ)能系統(tǒng)的年投資費(fèi)用，Ub表示儲(chǔ)能系統(tǒng)單位容量的投資費(fèi)用，nb表示儲(chǔ)能系統(tǒng)的額定壽命，則有

(15)

用戶的年成本包括儲(chǔ)能系統(tǒng)的年投資費(fèi)用、光伏系統(tǒng)的年投資費(fèi)用和用戶的年用電費(fèi)用，于是有

(16)

(17)

G4表示用戶每年的凈利潤，于是有

(18)

本文的研究基于以下的市場規(guī)則：對(duì)電力市場需求側(cè)實(shí)行峰谷分時(shí)電價(jià)；對(duì)發(fā)電側(cè)實(shí)行固定的上網(wǎng)電價(jià)。

2 算例分析

本文分別考慮居民和企業(yè)2類用戶，在上述4種模式下的經(jīng)濟(jì)效益。表1[9-10]給出了上海市2014年某日光伏系統(tǒng)的發(fā)電效率和居民和企業(yè)用戶的用電負(fù)荷，其中光伏系統(tǒng)每個(gè)時(shí)段的發(fā)電功率為對(duì)應(yīng)時(shí)段的發(fā)電效率乘以光伏系統(tǒng)的裝機(jī)容量。以該日為例，只有在07：00—17：00時(shí)段內(nèi)，光伏系統(tǒng)的發(fā)電功率為正值，并且在11：00—12：00達(dá)到最大。

居民用電電價(jià)采用上海的峰谷分時(shí)電價(jià)，其中峰時(shí)段為06：00—22：00，峰時(shí)段電價(jià)為hp=0.617 元/(kW·h)；谷時(shí)段為22：00—06：00，谷時(shí)段電價(jià)為hv=0.307 元/(kW·h)。工業(yè)用電電價(jià)采用上海市非夏季工業(yè)電價(jià)(電壓等級(jí)1 kV以下)，其中峰時(shí)段為08：00—11：00、18：00—21：00，峰時(shí)段電價(jià)為hp=1.252 元/(kW·h)；平時(shí)段為06：00—08：00、 11：00—18：00、21：00—22：00，平時(shí)段電價(jià)為hf=0.782 元/(kW·h)；谷時(shí)段為22：00—06：00，谷時(shí)段電價(jià)為hv=0.37 元/(kW·h)。

2013年8月，國家發(fā)展改革委出臺(tái)了《關(guān)于發(fā)揮價(jià)格杠桿作用促進(jìn)光伏產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的通知》，指出對(duì)分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目，實(shí)行按照發(fā)電量進(jìn)行電價(jià)補(bǔ)貼的政策，國家電價(jià)補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)為0.42 元/(kW·h)。根據(jù)2014年5月4日公布的《上海市可再生能源和新能源發(fā)展專項(xiàng)資金扶持辦法》，上海市分布式光伏的“度電補(bǔ)貼”金額為工、商業(yè)用戶0.25 元/(kW·h)，居民、學(xué)校用戶0.4 元/(kW·h)。于是在算例中，企業(yè)用戶和居民用戶的電價(jià)補(bǔ)貼分別為as= 0.67 元/(kW·h)和0.82 元/(kW·h)。

光伏電力入網(wǎng)的電價(jià)則按照上海市的脫硫燃煤機(jī)組標(biāo)桿上網(wǎng)電價(jià)計(jì)算，為ag=0.39 元/(kW·h)。光伏系統(tǒng)的額定壽命為ns=20年，光伏系統(tǒng)的單位容量投資費(fèi)用Us=10 000元/kW，凈現(xiàn)值r=0.07。

表1 某日光伏系統(tǒng)的發(fā)電效率和用戶的用電負(fù)荷
Table 1 Generating efficiency of PV power system and users’ daily electrical load

圖1、2給出了居民和企業(yè)用戶在模式I—模式III下的凈利潤。在圖1中，居民用戶的光伏裝機(jī)容量從1 kW增加到10 kW；在圖2中，企業(yè)的光伏裝機(jī)容量從10 kW增加到100 kW。對(duì)于居民和企業(yè)用戶，模式II和模式III的凈利潤均大于模式I，并且光伏出力越大，模式II和模式III的凈利潤越大。這說明居民和企業(yè)用戶每年從光伏發(fā)電得到的補(bǔ)貼收益與節(jié)省的電費(fèi)開銷之和大于光伏的年投資費(fèi)用，居民和企業(yè)用戶均可以從光伏發(fā)電系統(tǒng)中得到利潤。同樣，對(duì)于居民和企業(yè)用戶，模式III的凈利潤均大于模式II，即自發(fā)自用，余電上網(wǎng)的收益大于光伏電力全部出售給電網(wǎng)的收益，這是因?yàn)榫用穹鍟r(shí)段的用電電價(jià)以及企業(yè)峰時(shí)段和平時(shí)段的用電電價(jià)均比光伏電力的上網(wǎng)電價(jià)高。因此，居民和企業(yè)投資光伏發(fā)電的運(yùn)營模式建議采用自發(fā)自用，余電上網(wǎng)，這也是政府和電網(wǎng)公司建議用戶優(yōu)先采用的光伏電力并網(wǎng)模式，一方面提高了光伏用戶用電的自主性，另一方面也減少了光伏入網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生的擾動(dòng)，可謂兩全其美。

圖1 居民用戶模式I—模式III的凈利潤比較Fig.1 Residential users’ net profit in three modes

圖2 企業(yè)用戶模式I—模式III的凈利潤比較Fig.2 Enterprise users’ net profit in three modes

為了使光伏用戶最大限度地利用光伏電力，同時(shí)也為了平滑光伏輸出以減少光伏入網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)的擾動(dòng)，配置儲(chǔ)能系統(tǒng)的光伏電站將成為光伏發(fā)電的主要模式。由于儲(chǔ)能電池具有較高的能量密度和功率密度，且便于模塊化設(shè)計(jì)和安裝，儲(chǔ)能電池系統(tǒng)正在成為商品化的分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)。然而，儲(chǔ)能電池的種類繁多，性能和價(jià)格也各異。本文選用幾種較成熟的儲(chǔ)能電池為例，考察其在分布式光伏發(fā)電中的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。表2[11-12]為在模式IV中采用的儲(chǔ)能電池性能參數(shù)。為了讓儲(chǔ)能電池既能存儲(chǔ)低谷電力又能消納白天的光伏，在下面的計(jì)算中，假定儲(chǔ)能電池每天在夜間低谷電價(jià)時(shí)段充電至額定容量的60%。

在模式IV中，居民用戶光伏系統(tǒng)的裝機(jī)容量固定為6 kW，儲(chǔ)能的額定容量分別為5，10和15 kW·h。儲(chǔ)能電池投資費(fèi)用上限表示模式IV的凈利潤等于模式III時(shí)，儲(chǔ)能電池的單位容量價(jià)格。表3中給出了當(dāng)模式IV的凈利潤優(yōu)于模式III時(shí)，儲(chǔ)能電池單位容量的投資費(fèi)用上限與市場價(jià)之比。對(duì)于居民用戶來說，儲(chǔ)能電池的容量越大，電池單位容量的投資上限越小。當(dāng)儲(chǔ)能容量僅為5 kW時(shí)，鋰離子和全釩液流電池的投資費(fèi)用不足各自市場價(jià)格的6%，鉛酸和鉛炭電池不足各自市場價(jià)格的12%，鈉硫和水鈉電池的單位容量投資價(jià)格約為市場價(jià)格的22%和45%。因此，在目前的市場背景下，居民用戶安裝儲(chǔ)能消納光伏的經(jīng)濟(jì)性較低。比較這6種儲(chǔ)能電池的投資費(fèi)用上限，水鈉電池的經(jīng)濟(jì)性相對(duì)較高。

表2 儲(chǔ)能電池的性能參數(shù)
Table 2 Performance parameters of storage batteries

表3 居民用戶可接納的儲(chǔ)能電池投資費(fèi)用上限與市場價(jià)之比
Table 3 Ratio of upper limit of investment cost of storage battery that residential users can accept to market price

在模式IV中，企業(yè)用戶光伏系統(tǒng)的裝機(jī)容量固定為100 kW，儲(chǔ)能的額定容量分別取為50，75和 100 kW·h。表4中給出了當(dāng)模式IV的凈利潤優(yōu)于模式III時(shí)，儲(chǔ)能電池單位容量的投資費(fèi)用上限與市場價(jià)之比。相對(duì)于居民用戶，企業(yè)用戶儲(chǔ)能電池單位容量的投資費(fèi)用上限有了一定程度的提高。其中，鋰離子和全釩液流電池的投資費(fèi)用為各自市場價(jià)格的14%以上，鉛酸和鉛炭電池則為各自市場價(jià)格的17%以上，鈉硫電池為其市場價(jià)格的55%以上，水鈉電池為市場價(jià)格的115%以上。這表明，在目前的市場價(jià)格下，水鈉電池的儲(chǔ)能系統(tǒng)已經(jīng)可以為光伏企業(yè)用戶帶來額外的收益了。隨著儲(chǔ)能電池技術(shù)性價(jià)比的提升，以及電動(dòng)汽車動(dòng)力電池在電力儲(chǔ)能中的梯次利用技術(shù)的發(fā)展，電池儲(chǔ)能的成本將日益下降，光伏企業(yè)用戶配置電池儲(chǔ)能系統(tǒng)不僅僅是技術(shù)上的要求，更將帶來經(jīng)濟(jì)上的利益。

表4 企業(yè)用戶可接納的儲(chǔ)能電池投資費(fèi)用
上限與市場價(jià)的比值
Table 4 Ratio of upper limit of investment cost of storage battery that enterprise users can accept to market price

3 結(jié) 論

(1)在當(dāng)前的分布式光伏發(fā)電補(bǔ)貼政策下，無論是居民用戶還是企業(yè)用戶，光伏發(fā)電入網(wǎng)可以減少用電開銷，其中自發(fā)自用，余電上網(wǎng)模式下的凈利潤要高于直接發(fā)電出售給電網(wǎng)模式下的凈利潤。

(2)在當(dāng)前的分布式光伏發(fā)電補(bǔ)貼政策下，對(duì)于居民和企業(yè)用戶，光伏系統(tǒng)的裝機(jī)容量越高，用戶的凈利潤越高。

(3)對(duì)于居民用戶，采用儲(chǔ)能系統(tǒng)消納光伏電力的經(jīng)濟(jì)性較低；對(duì)于企業(yè)用戶，由于工商業(yè)電價(jià)較高，采用儲(chǔ)能系統(tǒng)消納光伏電力的經(jīng)濟(jì)性較前者有一定程度的提高，參考當(dāng)前儲(chǔ)能電池的市場價(jià)格，水鈉電池儲(chǔ)能系統(tǒng)已經(jīng)可以為光伏企業(yè)用戶帶來正的利潤。

(4)隨著儲(chǔ)能電池技術(shù)性價(jià)比的提升，以及電動(dòng)汽車動(dòng)力電池在電力儲(chǔ)能中的梯次利用技術(shù)的發(fā)展，企業(yè)用戶安裝儲(chǔ)能系統(tǒng)消納光伏會(huì)有一定的應(yīng)用前景。

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(編輯 蔣毅恒)

Economic Analysis of Hybrid System Containing Distributed Photovoltaic Power and Battery Stored Energy

SUN Bo1, LIAO Qiangqiang1, LIU Yu2, LIU Yi3, ZHOU Guoding1, GE Honghua1

(1.Shanghai Power Materials Protection and New Materials Laboratory (Shanghai University of Electric Power), Shanghai 200090, China; 2. Shanghai Institute of Ceramics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 200050, China; 3. SAIC Motor Corporation Limited, Shanghai 201804, China)

To improve the utilization of photovoltaic (PV), it is necessary to analysis the best operation modes of PV power systems collocating with or without energy storage batteries for the residential users and enterprise users. This paper establishes the cost-benefit analysis models for residential and enterprise users in four modes respectively: there is no PV power generation; PV electricity is all sold to the grid; power generated is for its own use first and surplus PV electricity is sold to the grid with and without energy storage batteries. And then, this paper analyzes the economic performance of the system under different operation modes. The results show that the more capacity of PV power system without energy storage, the higher the users’ profit; and the mode of power generated for its own use first and surplus PV power sold to the grid without battery gets the highest profit among the four modes. This paper studies the economy of 6 kinds of energy storage batteries in distributed PV/energy storage battery system for the PV power generation system with energy storage. The results show that it is less economical that PV power systems collocating with energy storage batteries for residential users while its economy has improved for enterprise users. With the cost reduction of energy storage battery, it has better application prospect that enterprise users collocating with hybrid systems containing distributed PV power and battery stored energy, in which the aqueous Na-ion battery has the highest economy. The research results can provide theoretical basis for the residential and enterprise users’ choice of the operation modes of PV power generation system.

photovoltaic power generation; energy storage; operation modes; economic analysis; residential users; enterprise users

教育部人文社會(huì)科學(xué)研究基金項(xiàng)目(15YJCZH147，16YJAZH035)；上海市社科規(guī)劃一般課題基金項(xiàng)目(2015BGL002)；上海市科委項(xiàng)目(16692102200)；上海市聯(lián)盟計(jì)劃項(xiàng)目(LM201658)

TM 912

A

1000-7229(2016)08-0102-06

10.3969/j.issn.1000-7229.2016.08.016

2016-03-25

孫波(1982)，女，博士，副教授，研究方向?yàn)殡娋W(wǎng)需求側(cè)管理；

廖強(qiáng)強(qiáng)(1971)，男，博士，教授，研究方向?yàn)殡娏?chǔ)能；

劉宇(1973)，男，博士，研究員，研究方向?yàn)閮?chǔ)能材料與器件；

劉怡(1979)，男，碩士，工程師，研究方向?yàn)閯?dòng)力電池；

周國定(1938)，男，碩士，教授，研究方向?yàn)榛瘜W(xué)電源；

葛紅花(1966)，女，博士，教授，研究方向?yàn)殡姵貎?chǔ)能技術(shù)。