配網(wǎng)光伏系統(tǒng)儲能優(yōu)化配置策略

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，但是光伏儲能系統(tǒng)的問題值得關(guān)注。擬定儲能系統(tǒng)最佳方案，在保證供能效果、吻合“削峰填谷”原則的同時，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)儲能配置的優(yōu)化路徑。

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

一、儲能優(yōu)化配置研究意義

1.儲能裝置問題。太陽能屬于典型的可再生能源，光伏設(shè)備安裝在我國迅速鋪開。相比其他再生能源設(shè)備，光伏設(shè)備的市場份額較大。但是也要認(rèn)識到太陽能的不足，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，波動性較強。應(yīng)用儲能裝置則能夠響應(yīng)天氣變化情況，通過儲能效應(yīng)實現(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)定運行。同時提升光伏系統(tǒng)的消納能力，光能使用效率更高。實際應(yīng)用中將儲能系統(tǒng)與配網(wǎng)體系結(jié)合，但是需要面對儲能電池的成本問題。如果電池儲能裝置的容量過高，則會提升光儲系統(tǒng)的布局成本，降低光儲系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益，與經(jīng)濟(jì)性原則不符。

2.儲能容量配置問題。儲能容量配置是決定光儲系統(tǒng)性能和效益的重要指標(biāo)，盡管可供選擇的儲能容量配置方法較多，但是諸多方法對成本與收益因素考慮較少。傳統(tǒng)的光儲系統(tǒng)儲能裝置的研究主要從電壓質(zhì)量、儲能容量和儲能成本三個維度切入，通過目標(biāo)分解優(yōu)化等方式，逐步靠近問題的最優(yōu)解。針對儲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，對于配網(wǎng)側(cè)的居民與工業(yè)用電用戶考慮較少，儲能裝置研究相對片面。因此需要深入研究儲能裝置成本問題，為體現(xiàn)光儲系統(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)荷兩個大類。兩類用電負(fù)荷的時段變化規(guī)律與功率波動幅度均有差異，居民供電高峰出現(xiàn)在上午以及晚間，功率穩(wěn)定性較差，波動幅度偏大;工業(yè)用電負(fù)荷呈現(xiàn)出24h高位運行、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、波動性較強。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、儲能優(yōu)化配置思路

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

光儲系統(tǒng)儲能電池的成本與電池的容量、單價有關(guān)，對于儲能變流器的成本計算也是如此，關(guān)注到變流器的功率性能指標(biāo)和單價。計算光儲系統(tǒng)運維成本開銷時，需要掌握典型自然日的儲能放電量、相似日以及對應(yīng)時間節(jié)點的電價。針對購電開銷的計算，需要利用電量、通貨膨脹率、貼現(xiàn)率、折舊率等指標(biāo)。

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

四、儲能優(yōu)化配置分析

1.準(zhǔn)備工作。首先選定儲能電池材料，此處選擇鋰電池，注意鋰電池的單價、運行年限、通貨膨脹率等各項指標(biāo)，為計算光儲系統(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，掌握峰谷電價與固定電價，確定居民與工業(yè)用電負(fù)荷的最高值和最低值。

2.儲能容量配置策略。根據(jù)準(zhǔn)備工作中的信息進(jìn)行儲能配置，獲取兩類用電負(fù)荷的儲能電池容量以及配置儲能前后的凈利潤情況。配置儲能裝置后的凈利潤有明顯提升。根據(jù)等效負(fù)荷的變化規(guī)律，在執(zhí)行調(diào)度計劃和分時計算電價模式的前提下，提升用戶電網(wǎng)購電行為的合理性。光儲系統(tǒng)提供負(fù)荷電量，有效控制電費支出。用戶通過光儲系統(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，從三個維度進(jìn)行計算。首先計算不加光伏和儲能的情況，隨后計算加光伏的情況，此后加上儲能并計算自銷納率。只要加設(shè)光伏或儲能裝置，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)荷的實際需求，多余的能量被儲能裝置成功保存，實現(xiàn)光伏發(fā)電的消納效果。在用電負(fù)荷高峰時間段，通過儲能系統(tǒng)釋放保存的能量，響應(yīng)較高的用電需求。

3.儲能電池配置策略。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)境驗證儲能優(yōu)化配置策略是否有效，將儲能裝置與節(jié)點系統(tǒng)相結(jié)合，從配網(wǎng)電壓和損耗角度分析儲能配置的影響。在確定節(jié)點系統(tǒng)的負(fù)荷后，依次選定光伏系統(tǒng)與儲能裝置，將儲能裝置布局在節(jié)點系統(tǒng)的某個節(jié)點中。

與此同時關(guān)注到安裝光伏和儲能后的網(wǎng)絡(luò)損耗變動情況，加入光伏和儲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：針對儲能配置進(jìn)行優(yōu)化分析，在保證儲能配置應(yīng)用效果的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提升儲能配置的經(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)更多的儲能優(yōu)化配置策略。

參考文獻(xiàn)

[1]任惠，孫辰軍，陳靜，米增強，盧錦玲，周家林. 分布式光伏配網(wǎng)補貼方法的長期效果分析[J]. 太陽能學(xué)報，2019，40（07）：1881-1889.

[2]程傳飛. 保證光伏發(fā)電并網(wǎng)配網(wǎng)電壓穩(wěn)定的策略[J]. 通信電源技術(shù)，2018，35（07）：231-232+234.