微電網(wǎng)電池儲能技術(shù)經(jīng)濟分析

賀鐘靈

（湖北省電力勘測設計院有限公司，湖北 武漢 430040）

引言

微電網(wǎng)以分布式的方式接入到國家電網(wǎng)當中，可以有效提高電力的使用效率。但是微電網(wǎng)儲能技術(shù)在應用的過程中必須要從多個方面，對該技術(shù)的可行性進行評估。主要從工程的構(gòu)建、經(jīng)濟性、安全性、可靠性、電力的穩(wěn)定性、運行控制的便捷性和結(jié)構(gòu)的設計合理性等方面。目前國內(nèi)外研究微電網(wǎng)儲能技術(shù)已經(jīng)取得了較大的進展，將微電網(wǎng)應用在智能電網(wǎng)系統(tǒng)當中，可以實現(xiàn)多源頭協(xié)調(diào)控制、電力資源的綜合管理、配電網(wǎng)和微電網(wǎng)之間的交互、電能的質(zhì)量治理控制等，微電網(wǎng)電池儲能技術(shù)對未來我國智能電網(wǎng)的建設具有非常重要的作用。

1 微電網(wǎng)電池儲能技術(shù)應用特點

1.1 微型性

在微電網(wǎng)應用的過程中電壓一般都是控制在10 kV以下，也就是低于電網(wǎng)普通的運行電壓。并且系統(tǒng)的整體電力容量，一般都是在兆瓦以下。因此在應用的過程中主要是與用戶電力系統(tǒng)直接相連，從而實現(xiàn)電力的快捷使用。

1.2 清潔性

微電網(wǎng)的電池儲能應用過程中主要是利用分布式的清潔能源為電力來源，也就是說微電網(wǎng)的電力都是來源于清潔能源，可以有效地提高電力資源的循環(huán)使用[1]。

1.3 自治性

在微電網(wǎng)技術(shù)應用的過程中不需要進行人為的控制，因為微電網(wǎng)電池在運行的過程中具有很好的自動平衡功能，從而保障電池電力資源的平衡穩(wěn)定。

1.4 友好性

在電網(wǎng)組成中有穩(wěn)定安全的配電網(wǎng)系統(tǒng)、分布式電力系統(tǒng)和接入式電力系統(tǒng)，在大規(guī)模的分布式電力資源接入到電網(wǎng)當中，會給電力資源造成波動。但是微電網(wǎng)在應用的過程中就可以避免這樣的情況發(fā)生，由于微電網(wǎng)和配電網(wǎng)之間是可以進行實時的能量交換的，因此微電網(wǎng)在運行的過程中可以保證較好的可靠性和多元化能源的交互利用。

2 微電網(wǎng)電池儲能技術(shù)經(jīng)濟分析

2.1 運行成本的模型

2.1.1 磷酸鐵鋰儲能電池的特征

在電網(wǎng)系統(tǒng)運行的過程中越來越多的可再生電力資源的利用，成為了一個主要的發(fā)展方向，其中通過對資源的儲蓄是電力資源轉(zhuǎn)換的主要方式。比如說抽水儲能、超導儲能和壓縮空氣儲能等，在所有的儲能技術(shù)應用的過程中通過經(jīng)濟性、可行性和能耗比的相互對比，最后可以確定出蓄水儲能和電池儲能是較為可靠的技術(shù)，但是蓄水儲能技術(shù)在應用的過程中受到了地理環(huán)境和水資源的制約，因此在對比之后，人們將電池儲能技術(shù)作為一個主要的發(fā)展方向。

目前電網(wǎng)系統(tǒng)應用的過程中主要有酸電池、液流電池和鐵鋰電池，從研究成果中可以發(fā)現(xiàn)儲能電池的發(fā)展已經(jīng)取得了突破性的進展。其中的磷酸鐵鋰電池憑借優(yōu)越的性能和穩(wěn)定的可靠性，在電力市場中受到了廣泛的關注，該電池的AH—200AH單體電池的產(chǎn)品研發(fā)一直處于行業(yè)的領先地位。

2.1.2 磷酸鐵鋰電池主要優(yōu)點

1）工作溫度范圍廣，可以達到-25～60℃，在使用的過程中隨著電池電解液的化學變化，溫度還可以達到-40～70℃。

2）可以實現(xiàn)快速充放電，并且在充放電的過程中可以達到100%的資源轉(zhuǎn)換。

3）使用壽命非常久，可以在兩千次以上。

4）電池儲能可以達到普通鉛酸電池儲能的五倍左右。

5）單體電池的電壓非常高，可以達到3.7V左右[2]。

2.2 磷酸鐵鋰電池的運行控制

在微電網(wǎng)運行的過程中必須要保障運行的穩(wěn)定性和可靠性，在獨立運行的過程中一般不會考慮微電網(wǎng)的經(jīng)濟性，只有在微電網(wǎng)接入配電網(wǎng)之后，才需要計算微電網(wǎng)的經(jīng)濟性。以陜西某區(qū)域的微電網(wǎng)并入配電網(wǎng)的過程為研究對象，該微電網(wǎng)的運行結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 微電網(wǎng)的運行結(jié)構(gòu)圖

儲能電池的運行經(jīng)濟性主要取決于微電網(wǎng)的運行方式，通過對通過風機和光伏的發(fā)電模塊進行有效的優(yōu)化，調(diào)節(jié)該模塊的負荷工作情況。通過以下的調(diào)控方式來提高微電網(wǎng)的運行經(jīng)濟性。

2.2.1 并網(wǎng)平衡控制

在微電網(wǎng)運行的過程中需要將電力資源轉(zhuǎn)化到配電網(wǎng)當中，因為在并網(wǎng)的過程中需要讓微電網(wǎng)可以最大程度的吸收轉(zhuǎn)化可再生資源，從而更好地提高微電網(wǎng)的電力儲能。在并網(wǎng)的過程中很好地調(diào)整微電網(wǎng)和配電網(wǎng)之間的平衡，可以有效地降低微電網(wǎng)與配電網(wǎng)之間的功率損失[3]。

2.2.2 峰谷時儲能運行

微電網(wǎng)應用的主要目的就是為了提高電力的利用率，可以使得可再生資源轉(zhuǎn)化為電能儲存在電池當中，在用戶用電的過程中會出現(xiàn)用電高峰期和低谷時期，可以通過微電網(wǎng)比如主網(wǎng)當中，從而更加合理科學地調(diào)整電力的供應順序，從而使得微電網(wǎng)資源可以發(fā)揮出最大的經(jīng)濟效益。在峰谷處儲能運營的過程中需要遵循的原則，就是在放電高峰的時間段微電網(wǎng)全部投入放電工況當中，在用電回歸到低谷的時候，可以讓微電池盡量充電，從而達到微電網(wǎng)的標準運行狀態(tài)。

2.2.3 儲能充放電的分析

在儲能電池并入電網(wǎng)進行用電高峰時期的工作時，電池的工作功率可以達到20 kW，在儲能電池處于用電低谷的過程中，該電池的最佳充電功率為16 kW，微電網(wǎng)的運行效率需要調(diào)節(jié)配電網(wǎng)和微電網(wǎng)之間的并網(wǎng)功率，最佳的并網(wǎng)功率應該是10 kW。

儲能電池在進行充放電的過程中該磷酸鐵鋰電池的最大充分電功率和實際的電力儲能容量都具有一定的限制，在該微電網(wǎng)運行的過程中儲能的最大充電功率可以達到64 kW，在運行放電的過程中最大的功率可以達到80 kW。通過獨立運行的功率和并網(wǎng)之后的運行功率，進行有效的對比，可以發(fā)現(xiàn)該微電網(wǎng)的儲能工作性能縮減了20%～80%左右。也就是說磷酸鐵鋰電池在電能的容量縮減到20%的時候，不能繼續(xù)放電工作，需要采取待機處理。還有就是當磷酸鐵鋰電池的電力儲能達到了80%的時候，就可以采取電池充電，也可以采取待機操作。

2.2.4 磷酸鐵鋰電池的運行成本分析

為了更好地研究該微電網(wǎng)的經(jīng)濟性，需要分析計算出該磷酸鐵鋰電池運行成本，在模擬計算的過程中為了確保運行成本的可靠性，假設風力、光伏和運行負荷都處于相同的環(huán)境下。通過對儲能的次數(shù)，以及配電網(wǎng)和微電網(wǎng)之間的交互功率變化，從而計算磷酸鐵鋰電池的運行成本。

在采取并網(wǎng)功率平衡處理的時候，該儲能電池的實際運行情況如圖2所示。

圖2 并網(wǎng)平衡的運行變化圖

在采取峰谷儲能電家的處理工作時，根據(jù)并網(wǎng)平衡的運行可以得到下頁圖3的儲能電池的功率變化圖。

在采取并網(wǎng)功率定值的處理時，儲能電池的實際功率變化如圖3所示。

從圖1、2和下頁圖3、4中微電網(wǎng)運行變化的趨勢中可以發(fā)現(xiàn)，該微電網(wǎng)在實際運行的過程中只有在采取配電網(wǎng)與微電網(wǎng)并網(wǎng)，且功率設定為統(tǒng)一值的時候，該微電網(wǎng)的運行經(jīng)濟效益才可以得到最大的發(fā)揮，并且在并網(wǎng)功率定值策略下電池的使用壽命可以達到最大，因為也就是說在并網(wǎng)定值功率的運行管理的過程中微電網(wǎng)電池儲能技術(shù)可以實現(xiàn)最好的經(jīng)濟性[4]。

2.2.5 磷酸鐵鋰電池投資成本與效益分析

圖3 功率變化圖

圖4 功率定值的變化圖

磷酸鐵鋰電池儲能的迅速發(fā)展有賴于儲能技術(shù)的革新帶動成本大幅度下降。隨著儲能規(guī)模化的推廣和應用，電池系統(tǒng)的性能提高和成本逐漸降低，在微電網(wǎng)中利用附近工業(yè)或一般工商業(yè)的峰谷電價差，在電價較低的谷期利用儲能裝置存儲電能，在用電高峰期使用存儲好的電能，避免直接大規(guī)模使用高價的電網(wǎng)電能，從而降低用戶的電力使用成本，從降低的用電單價中獲得收益具有良好的經(jīng)濟效益。成本和效益測算分析如表1所示。

從表1分析，隨著電池成本的進一步降低將會有良好的經(jīng)濟和社會投資價值。

表1 成本和效益分析表

本文主要是針對該微電網(wǎng)中風力、光伏和符合控制在一定的標準下，從而研究分析三者之間的變化，從而得出風力、光伏和負荷，三者在不同工作環(huán)境下，會出現(xiàn)那些具體的變化，該研究策略是具有可靠性的。

3 結(jié)語

在今后的微電網(wǎng)電池儲能技術(shù)應用的過程中為了提高微電網(wǎng)的經(jīng)濟效益，可以采取微電網(wǎng)和配電網(wǎng)并網(wǎng)功率定值的管理方式，從而提高微電網(wǎng)的經(jīng)濟性和可行性。