微電網(wǎng)電池儲(chǔ)能技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性研究

顧根永

摘要：伴隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和人們生產(chǎn)生活水平的提升，整個(gè)社會(huì)的用電量呈現(xiàn)出逐年增加的趨勢(shì)，為更好的滿足人們的生產(chǎn)生活需要，保證供電的穩(wěn)定性和可靠性，電力企業(yè)在進(jìn)一步完善配電網(wǎng)絡(luò)的同時(shí)，也越來越重視對(duì)電力技術(shù)的升級(jí)和改造。微電網(wǎng)電池儲(chǔ)能技術(shù)作為一種新興的電力技術(shù)，是未來電網(wǎng)工程建設(shè)的主要研究方向。當(dāng)前我國電力系統(tǒng)正在逐步向智能電網(wǎng)的方向發(fā)展，微電網(wǎng)的架構(gòu)和接入是智能電網(wǎng)建設(shè)的重要組成部分，而在進(jìn)行微電網(wǎng)工程建設(shè)的過程中，微電網(wǎng)電池儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用是關(guān)鍵和核心。為了更加全方位的了解微電網(wǎng)電池儲(chǔ)能技術(shù)，明確其應(yīng)用的必要性，本文將從經(jīng)濟(jì)角度入手，對(duì)微電網(wǎng)電池儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用特點(diǎn)、運(yùn)行方式以及經(jīng)濟(jì)價(jià)值進(jìn)行深入的分析和研究。

關(guān)鍵詞：微電網(wǎng);電池儲(chǔ)能技術(shù);經(jīng)濟(jì)性;研究

微電網(wǎng)嚴(yán)格意義上來講是分布式電力系統(tǒng)的組成部分，但是微電網(wǎng)與傳統(tǒng)的分布式電力系統(tǒng)又存在一定的區(qū)別，微電網(wǎng)主要是采取分布式的接入方式，單獨(dú)供能，又采取低壓運(yùn)行模式，這樣將微電網(wǎng)接入國家電網(wǎng)之中，不僅不會(huì)影響原有電網(wǎng)電力資源的分配，還能夠極大的提升電力使用效率。[1]在進(jìn)行微電網(wǎng)建設(shè)的過程中，對(duì)微電網(wǎng)電池儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用是關(guān)鍵，微電網(wǎng)電池儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用應(yīng)當(dāng)著重的從經(jīng)濟(jì)性、安全性和供電穩(wěn)定性等多個(gè)方面來進(jìn)行考量和評(píng)估，伴隨著我國智能電網(wǎng)的建設(shè)發(fā)展，微電網(wǎng)的應(yīng)用規(guī)模將會(huì)越來越大，那么如何在保證微電網(wǎng)電池儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用便捷性、安全性和可靠性的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)電池儲(chǔ)能技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益的最大化，是當(dāng)前以及今后微電網(wǎng)架構(gòu)中需要重點(diǎn)研究的課題。下面就主要從應(yīng)用優(yōu)勢(shì)、經(jīng)濟(jì)價(jià)值、運(yùn)行成本幾個(gè)方面具體的論證和分析微電網(wǎng)電池儲(chǔ)能技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性，從而更好的評(píng)估該技術(shù)應(yīng)用的可行性。

一、微電網(wǎng)電池儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)分析

1.靈活性

將微電網(wǎng)應(yīng)用于電力系統(tǒng)之中，最大的優(yōu)勢(shì)就在于其靈活性。微電網(wǎng)可以簡(jiǎn)單的理解為微型電網(wǎng)，這里的微型主要就是指微電網(wǎng)在運(yùn)行過程中電壓是在10千伏以下的，也就是說其整體的運(yùn)行電壓低于10千伏配電線路中的電壓，微電網(wǎng)的電力容量也都是控制在兆瓦以下。[2]那么在進(jìn)行微電網(wǎng)電池儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用的過程中，主要是將其直接與家庭電力系統(tǒng)相連，也就是直接實(shí)現(xiàn)用戶端的接入，從而達(dá)到多源頭協(xié)調(diào)控制的效果，這種靈活的接入方式，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電力資源的快捷使用，并且還有利于電能的質(zhì)量控制。

2.環(huán)保性

前文提到，微電網(wǎng)主要是采取分布式的接入方式，單獨(dú)供能。為其供能的主要電力來源就是清潔能源，因此微電網(wǎng)電池儲(chǔ)能技術(shù)具有極大的環(huán)保性和清潔性。同時(shí)電池儲(chǔ)能技術(shù)對(duì)電力資源的儲(chǔ)蓄性能是非常高的，清潔能源供電，再加上其本身儲(chǔ)電的優(yōu)越性，能夠在根本上實(shí)現(xiàn)對(duì)電力資源的節(jié)約和循環(huán)利用，[3]達(dá)到高性能和低能耗的運(yùn)行目標(biāo)，這也是微電網(wǎng)電池儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用的最大經(jīng)濟(jì)價(jià)值所在。

3.自動(dòng)化

微電網(wǎng)電池儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用其主要的優(yōu)勢(shì)還體現(xiàn)在自動(dòng)化上。微電網(wǎng)電池儲(chǔ)能技術(shù)在整個(gè)的應(yīng)用和運(yùn)行過程中，不需要人為的操作和控制，這主要是源于微電網(wǎng)電池在使用過程中具有一定的自動(dòng)平衡功能，借助雙向交流器能夠使微電網(wǎng)中的電池儲(chǔ)能一直維持在平衡的狀態(tài)。[4]

4.交互性

微電網(wǎng)電池儲(chǔ)能技術(shù)還具有極強(qiáng)的交互性。在整個(gè)的電力系統(tǒng)組成中，主要有10千伏配電系統(tǒng)、分布式電力系統(tǒng)和接入式電力系統(tǒng)，在傳統(tǒng)的分布式和接入式電力系統(tǒng)應(yīng)用中，一定程度上會(huì)導(dǎo)致電力資源的過度損耗。而微電網(wǎng)電池儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用則可以很好的規(guī)避這一問題，由于微電網(wǎng)的運(yùn)行電壓比較低，微電網(wǎng)和配電網(wǎng)之間可以實(shí)時(shí)的進(jìn)行能量交換，[5]那么在微電網(wǎng)運(yùn)行的過程中就能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)多元化能源的交互利用和電力資源的綜合管理。

二、微電網(wǎng)中電池儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用經(jīng)濟(jì)價(jià)值分析

1.電池儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用綜述

伴隨著我國電力系統(tǒng)的技術(shù)升級(jí)和改造，越來越重視對(duì)電力資源可再生和循環(huán)利用方面的研究，這也響應(yīng)了我國節(jié)能環(huán)保的政策要求。那么在進(jìn)行電力資源可再生和循環(huán)利用研究的過程中，電力資源的存儲(chǔ)技術(shù)得到了一定的開發(fā)。一般來說電力資源存儲(chǔ)主要就有蓄水儲(chǔ)能、電池儲(chǔ)能、超導(dǎo)儲(chǔ)能和空氣儲(chǔ)能這幾大類，經(jīng)過綜合評(píng)估分析，從經(jīng)濟(jì)性、安全性、能耗性等多個(gè)角度進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)蓄水儲(chǔ)能和電池儲(chǔ)能這兩種比較可靠并且可行的電力儲(chǔ)能技術(shù)。[6]但是蓄水儲(chǔ)能技術(shù)受到自然環(huán)境、地理?xiàng)l件和水資源分布狀況的限制，并不適用于每個(gè)地區(qū)，因此電池儲(chǔ)能技術(shù)在微電網(wǎng)建設(shè)中脫穎而出，成為了電力資源存儲(chǔ)的首選技術(shù)方式。當(dāng)前在微電網(wǎng)系統(tǒng)中所采用的儲(chǔ)能電池主要有液流電池、酸電池和鐵鋰電池這幾種，伴隨著電池儲(chǔ)能技術(shù)的不斷研究，當(dāng)前磷酸鐵鋰電池以及優(yōu)越的儲(chǔ)電性能和高度的運(yùn)行穩(wěn)定性，被廣泛的應(yīng)用于微電網(wǎng)電池儲(chǔ)能技術(shù)之中。本文所分析和研究的微電網(wǎng)電池儲(chǔ)能技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性，也主要是以磷酸鐵鋰電池來講的。

2.磷酸鐵鋰電池的應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)

在微電網(wǎng)電池儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用過程中，磷酸鐵鋰電池具有十分優(yōu)越的應(yīng)用性能，這也是分析和評(píng)估微電網(wǎng)電池儲(chǔ)能技術(shù)經(jīng)濟(jì)性的重要基礎(chǔ)。磷酸鐵鋰電池的優(yōu)點(diǎn)主要就體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：第一，磷酸鐵鋰電池正常工作運(yùn)行的溫度范圍比較廣，零下25℃以上，零上60℃以下都可以保持正常的運(yùn)行，并且在使用過程中伴隨著電池電解液發(fā)生化學(xué)變化，其可承載的溫度值還可以進(jìn)一步擴(kuò)展，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)研究，磷酸鐵鋰電池工作可承受的最低溫度可以達(dá)到零下40℃，最高溫度則可以達(dá)到70℃。磷酸鐵鋰電池優(yōu)越的溫度性能，使其使用壽命非常長(zhǎng)，能夠達(dá)到最大的使用成本效益。第二，磷酸鐵鋰電池還具有快速充放電的性能，同時(shí)在充放電的過程中能夠?qū)崿F(xiàn)100%的資源轉(zhuǎn)換，這就極大的降低了能源損耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能效益和經(jīng)濟(jì)效益的統(tǒng)一。[7]第三，磷酸鐵鋰電池在電力資源的儲(chǔ)蓄量上要比普通的鉛酸電池高5倍，那么在進(jìn)行微電網(wǎng)電池儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用的過程中，就可以應(yīng)用更少量的單體電池來達(dá)到最佳的儲(chǔ)能效果，從而降低技術(shù)應(yīng)用的成本。

三、微電網(wǎng)電池儲(chǔ)能技術(shù)運(yùn)行控制中的經(jīng)濟(jì)成本效益研究

微電網(wǎng)電池儲(chǔ)能技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性分析，本質(zhì)上就是對(duì)微電網(wǎng)中儲(chǔ)能電池的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性來進(jìn)行分析。這里需要注意的一點(diǎn)是，微電網(wǎng)在獨(dú)立運(yùn)行的過程中主要考量和評(píng)估的是其安全性、穩(wěn)定性和供電的可靠性，一般不會(huì)對(duì)經(jīng)濟(jì)性來做出評(píng)價(jià)和分析。[8]而微電網(wǎng)接入配電網(wǎng)之中，就需要對(duì)其經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行評(píng)估。要提升微電網(wǎng)中儲(chǔ)能電池的經(jīng)濟(jì)性，關(guān)鍵就在于調(diào)節(jié)和控制微電網(wǎng)的運(yùn)行方式，一般來說微電網(wǎng)的運(yùn)行結(jié)構(gòu)主要有光伏發(fā)電模塊、風(fēng)機(jī)發(fā)電模塊和儲(chǔ)能電池組成的，通過對(duì)光伏發(fā)電模塊和風(fēng)機(jī)發(fā)電模塊進(jìn)行優(yōu)化，以調(diào)節(jié)該模塊的負(fù)荷狀況，從而使微電網(wǎng)達(dá)到最佳的運(yùn)行狀態(tài)，從而提高整體的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。[9]下面就主要分析幾種微電網(wǎng)電池儲(chǔ)能技術(shù)的調(diào)節(jié)控制方式，從運(yùn)行控制中來分析微電網(wǎng)電池儲(chǔ)能技術(shù)的經(jīng)濟(jì)成本效益。

1.并網(wǎng)平衡

微電網(wǎng)在接入配電網(wǎng)之后，需要將微電網(wǎng)中的電力資源轉(zhuǎn)化到配電網(wǎng)之中，那么在并網(wǎng)的過程中，要讓微電網(wǎng)能夠最大程度的吸收和轉(zhuǎn)化儲(chǔ)能電池中的可再生資源，就要實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)和配電網(wǎng)的并網(wǎng)平衡。微店網(wǎng)一般是建立在配電網(wǎng)的末端，其中有包含大量的三相不平衡治理裝置。微電網(wǎng)與不平衡負(fù)載和不平衡分布式電源之間的交互作用為降低微電網(wǎng)中逆變器的控制性能，隨之會(huì)導(dǎo)致微電網(wǎng)電壓三相不平衡。要實(shí)現(xiàn)更好的微電網(wǎng)和配電網(wǎng)并網(wǎng)平衡控制，又需要在微電網(wǎng)儲(chǔ)能逆變器中采用統(tǒng)一的三相不平衡抑制策略，從而提高儲(chǔ)能逆變器的控制性能，降低微電網(wǎng)中的三相不平衡度，提升微電網(wǎng)運(yùn)行的電能質(zhì)量。[10]通過并網(wǎng)平衡控制，能夠有效的減少微電網(wǎng)和配電網(wǎng)電能資源轉(zhuǎn)化過程中的功率損失，提高其運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

2.峰谷儲(chǔ)能

應(yīng)用微電網(wǎng)電池儲(chǔ)能技術(shù)的根本目的就是提高電力資源的使用效率，將電力資源儲(chǔ)存在微電網(wǎng)的儲(chǔ)能電池之中，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力資源的轉(zhuǎn)化利用。前文提到，微電網(wǎng)主要是接入家庭供電系統(tǒng)之中，每個(gè)家庭的用戶在用電的過程中都會(huì)出現(xiàn)電力高峰期和電力低谷期，那么就要通過電力峰谷儲(chǔ)能運(yùn)行控制來實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效益的最大化。[11]將微電網(wǎng)并入家庭用電的主網(wǎng)當(dāng)中，當(dāng)用戶用電到達(dá)用電高峰時(shí)段，微電網(wǎng)中的儲(chǔ)能電池將全部開啟放電狀態(tài)，當(dāng)用戶用電回歸低谷期之后，微電網(wǎng)中的儲(chǔ)能電池又可以吸收配電網(wǎng)中的電力資源來充電，由于微電網(wǎng)中磷酸鐵鋰電池能夠達(dá)到100%的電力資源轉(zhuǎn)化率，那么在進(jìn)行供電的過程中，就可以更加科學(xué)合理的對(duì)電力供應(yīng)順序進(jìn)行調(diào)整，使微電網(wǎng)和配電網(wǎng)達(dá)到最佳的配合狀態(tài)，從而使微電網(wǎng)儲(chǔ)能電池中存儲(chǔ)的電力資源能夠發(fā)揮出最大的經(jīng)濟(jì)效益。

3.儲(chǔ)能充放電功率控制

根據(jù)上文對(duì)電力峰谷儲(chǔ)能控制的分析可知，利用儲(chǔ)能電池來進(jìn)行充放電能夠更好的實(shí)現(xiàn)對(duì)電力資源的轉(zhuǎn)化利用，但是需要考慮的另一個(gè)問題就是儲(chǔ)能電池能不能完全充放電的問題。微電網(wǎng)中的儲(chǔ)能電池在并入配電網(wǎng)運(yùn)行的過程中，當(dāng)用戶用電到達(dá)高峰時(shí)期，儲(chǔ)能電池的放電功率大約是到達(dá)20千瓦，而用戶用電回歸低谷時(shí)期，儲(chǔ)能電池的充電功率大約是16千瓦，要使儲(chǔ)能電池保持在最佳的充放電狀態(tài)，在進(jìn)行微電網(wǎng)運(yùn)行的過程中就必須要調(diào)節(jié)微電網(wǎng)和配電網(wǎng)之間的電網(wǎng)功率，一般來說，最為理想的并網(wǎng)功率值是10千瓦。但是在實(shí)際應(yīng)用的過程中，微電網(wǎng)中儲(chǔ)能電池，也就是磷酸鐵鋰電池的最大充放電功率和電力資源儲(chǔ)存容量會(huì)受到一定的限制。[12]把微電網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行的功率和并入配電網(wǎng)之后的運(yùn)行功率進(jìn)行對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)微電網(wǎng)中儲(chǔ)能電池的充放電性能縮減20%左右，也就是磷酸鐵鋰電池的電力儲(chǔ)存容量縮減到20%時(shí)，那么就不能投入到放電狀態(tài)之中，就需要暫停工作進(jìn)行充電。那么要使微電網(wǎng)的儲(chǔ)能電池盡可能達(dá)到100%的充放電轉(zhuǎn)換率，就必須要對(duì)并網(wǎng)功率加以調(diào)節(jié)和控制，保證并網(wǎng)功率平衡，使其保持在10～13千瓦之間，盡可能的降低能源損耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能效益和經(jīng)濟(jì)效益的統(tǒng)一。

四、電池儲(chǔ)能技術(shù)的運(yùn)行成本分析

要更好的分析和研究微電網(wǎng)電池儲(chǔ)能技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性，可以通過模擬運(yùn)行的方法，計(jì)算磷酸鐵鋰電池的運(yùn)行成本，進(jìn)一步明確在配電網(wǎng)電池儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用過程中需要采取什么樣的功率定值，需要如何進(jìn)行平衡處理才能夠達(dá)到微電網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效益的最大化。在進(jìn)行模擬運(yùn)行和計(jì)算的過程中，假定條件是風(fēng)機(jī)發(fā)電模塊、光伏發(fā)電模塊以及運(yùn)行負(fù)荷處在同一水平條件下，通過對(duì)電池儲(chǔ)能次數(shù)的調(diào)節(jié)，通過對(duì)微電網(wǎng)和配電網(wǎng)之間交互功率的變化分析，來進(jìn)一步明確磷酸鐵鋰電池運(yùn)行成本的變化。

首先，在進(jìn)行微電網(wǎng)和配電網(wǎng)并網(wǎng)處理的過程中，要探究并網(wǎng)功率的最佳值，就要在假定運(yùn)行負(fù)荷不變的狀態(tài)下，磷酸鐵鋰電池的的充放電情況進(jìn)行運(yùn)行分析。如下圖1所示?？梢钥闯鲭S時(shí)間的變化，磷酸鐵鋰電池的充放電功率在發(fā)生不同程度的波動(dòng)，根據(jù)波動(dòng)曲線可以確定最大 SOC值。當(dāng)微電網(wǎng)接入配電網(wǎng)之后，采取電力峰谷儲(chǔ)能控制時(shí)，要想計(jì)算最佳的平衡功率值，就要明確在電力高峰期和電力低谷期磷酸鐵鋰電池的功率變化情況。如下圖2所示?？梢钥闯霭殡S著峰值和谷值的變化，可以找出一個(gè)最佳的平衡點(diǎn)，這個(gè)平衡點(diǎn)就是功率定值。如下圖3所示。根據(jù)微電網(wǎng)中運(yùn)行功率的變化趨勢(shì)分析，要想實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)功率平衡，那么再將微電接入配電網(wǎng)的過程中，在進(jìn)行電池儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用時(shí)，要使其發(fā)揮最佳的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效益，就需要設(shè)定統(tǒng)一的功率值。通過采取并網(wǎng)功率定值處理策略，不僅可以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的最大化，還能夠最大限度的延長(zhǎng)磷酸鐵鋰電池的使用壽命，使其得到更加充分的充放電，一定程度上有效的降低電池的使用成本，進(jìn)一步擴(kuò)大微電網(wǎng)電池儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

其次，要分析和研究微電網(wǎng)電池儲(chǔ)能技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性，還要從降低電池使用成本的角度入手。磷酸鐵鋰電池在微電網(wǎng)儲(chǔ)能技術(shù)中的廣泛應(yīng)用就有賴于電池儲(chǔ)能技術(shù)的不斷發(fā)展和創(chuàng)新，要想實(shí)現(xiàn)電池使用成本的下降，根本上也要依靠?jī)?chǔ)能技術(shù)的革新。伴隨著微電網(wǎng)在電力系統(tǒng)中的規(guī)?；瘧?yīng)用和推廣，應(yīng)用的微電網(wǎng)電池儲(chǔ)能技術(shù)也得到了進(jìn)一步優(yōu)化和升級(jí)，整個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)的性能得以提高，主要就是體現(xiàn)在電池使用的循環(huán)次數(shù)增加、年充放電次數(shù)增加、使用年限增加、電池充放電效率提升、電池殘值率下降、這就使得整個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)的內(nèi)部收益率得到了明顯提升，收益率的提升，意味著成本的降低，這也就使得電網(wǎng)電池儲(chǔ)能技術(shù)將會(huì)有更好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)投資價(jià)值。除此之外，在進(jìn)行微電網(wǎng)電池儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用的過程中，還能夠很好的利用峰谷時(shí)期的電差價(jià)來見經(jīng)濟(jì)效益的提升，在微電網(wǎng)運(yùn)行的過程中，可以很好的利用工業(yè)電力差價(jià)優(yōu)惠政策，在電力價(jià)格比較低的用電低谷時(shí)期，利用微電網(wǎng)中的電池儲(chǔ)能裝置來進(jìn)行電力的存儲(chǔ)，在用電高峰時(shí)期利用存儲(chǔ)的電能來進(jìn)行充分的放電，這樣可以有效的避免在用電高峰時(shí)期，微電網(wǎng)直接利用配電網(wǎng)中的高價(jià)電能來進(jìn)行放電，利用儲(chǔ)存的低價(jià)電能來進(jìn)行放電能夠有效的降低我們家庭用電的使用成本，從而有效的降低峰谷電價(jià)差成本，以良好的單價(jià)效益來提升微電網(wǎng)電池儲(chǔ)能技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性。

五、結(jié)語

綜上所述，微電網(wǎng)電池儲(chǔ)能技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用具有比較良好的經(jīng)濟(jì)效益，而要實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)效益的最大化，還要從并網(wǎng)功率定值管理、峰谷儲(chǔ)能電差價(jià)管理以及使用成本管理等多個(gè)角度入手，通過有效的運(yùn)行控制和調(diào)整，不斷的優(yōu)化微電網(wǎng)電池儲(chǔ)能的單元容量和運(yùn)行方式，切實(shí)提高微電網(wǎng)電池儲(chǔ)能技術(shù)的可行性和可靠性。

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