微電網(wǎng)恒輸出功率“光伏+儲(chǔ)能”系統(tǒng)的功率和儲(chǔ)能容量研究

楊海濤

(中國(guó)電建集團(tuán)水利水電第十一工程局有限公司，鄭州450001)

0 引言

儲(chǔ)能技術(shù)常被用于電網(wǎng)調(diào)峰、峰谷套利、區(qū)域調(diào)頻等場(chǎng)景。目前，儲(chǔ)能技術(shù)包括蓄電池儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能、壓縮空氣儲(chǔ)能、抽水蓄能等類型，其對(duì)提高供電可靠性，改善電能質(zhì)量有明顯作用[1]。光伏發(fā)電在新能源領(lǐng)域占有重要地位，使用光伏發(fā)電有助于碳中和[2]目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。但光伏發(fā)電受天氣的影響較大，具有波動(dòng)性、間歇性、輸出功率無(wú)法恒定的特點(diǎn)，其并入電網(wǎng)會(huì)對(duì)電網(wǎng)負(fù)荷造成沖擊，且其也無(wú)法直接接受電網(wǎng)的調(diào)度，導(dǎo)致負(fù)荷和電網(wǎng)供求不平衡的情況出現(xiàn)。針對(duì)上述情況，電網(wǎng)會(huì)要求光伏電站與儲(chǔ)能系統(tǒng)相結(jié)合，以保持整個(gè)電站的輸出功率恒定，達(dá)到穩(wěn)定電網(wǎng)的目的。

光伏發(fā)電系統(tǒng)與儲(chǔ)能系統(tǒng)組成的“光伏+儲(chǔ)能”系統(tǒng)作為一個(gè)微電網(wǎng)，針對(duì)其配置問(wèn)題，既要考慮光伏發(fā)電的波動(dòng)性特點(diǎn)，又要考慮光伏發(fā)電系統(tǒng)總體光伏發(fā)電量與儲(chǔ)能容量的關(guān)系。儲(chǔ)能容量和負(fù)荷容量共同決定著光伏發(fā)電系統(tǒng)的裝機(jī)規(guī)模，而合理的計(jì)算儲(chǔ)能容量是保證“光伏+儲(chǔ)能”系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定運(yùn)行的必要條件。劉俊峰等[3]提出微電網(wǎng)的主動(dòng)能量管理理念，以博弈理論研究了可調(diào)負(fù)荷和儲(chǔ)能的互動(dòng)，論述了電站運(yùn)營(yíng)的優(yōu)化方案。劉暢等[4]綜述了儲(chǔ)能裝置在微電網(wǎng)領(lǐng)域的容量規(guī)劃、運(yùn)行策略及優(yōu)化目標(biāo)，主要闡述了不同儲(chǔ)能方式對(duì)微電網(wǎng)中規(guī)模、成本、響應(yīng)速度等要求響應(yīng)不同的側(cè)重點(diǎn)。吳小剛等[5]提出了一種以負(fù)荷電率和能量溢出比為目標(biāo)的獨(dú)立光伏儲(chǔ)能容量?jī)?yōu)化方法。賈禾等[6]研究了動(dòng)態(tài)電價(jià)對(duì)儲(chǔ)能容量選擇的影響。倪馳昊等[7]提出以儲(chǔ)能電池電量、功率，光伏發(fā)電消納能力為約束條件的采用分時(shí)電價(jià)的“光伏+儲(chǔ)能”系統(tǒng)優(yōu)化策略。殷仁豪等[8]針對(duì)運(yùn)行中的風(fēng)電場(chǎng)和光伏廠區(qū)進(jìn)行逐時(shí)數(shù)據(jù)分析，并基于經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)對(duì)儲(chǔ)能容量配置進(jìn)行研究。文獻(xiàn)[5-8]中分析優(yōu)化儲(chǔ)能容量主要是為了充分利用光伏電力，但對(duì)于可滿足電網(wǎng)恒功率供電要求的儲(chǔ)能容量的配置方式而言，適用性不強(qiáng)。為了解決此問(wèn)題，本文在電網(wǎng)有充電限制的條件下，根據(jù)“光伏+儲(chǔ)能”系統(tǒng)需在每天固定時(shí)間段內(nèi)恒定輸出功率的要求，提出一種通過(guò)綜合考慮“光伏+儲(chǔ)能”系統(tǒng)平準(zhǔn)化度電成本(LCOE)和凈現(xiàn)值收益率來(lái)分步確定此類系統(tǒng)最大恒輸出功率及儲(chǔ)能容量的方法，并以某項(xiàng)目為例，利用MATLAB軟件進(jìn)行模擬仿真驗(yàn)證。

1 “光伏+儲(chǔ)能”系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

“光伏+儲(chǔ)能”系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 “光伏+儲(chǔ)能”系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Structural diagram of “PV+ energy storage” system

在光伏發(fā)電滿足負(fù)載需求且有多余電能時(shí)，可將電力輸入電網(wǎng)，或?yàn)閮?chǔ)能系統(tǒng)充能；當(dāng)光伏發(fā)電不能滿足負(fù)載需求時(shí)，由儲(chǔ)能系統(tǒng)單獨(dú)供電或與電網(wǎng)共同對(duì)負(fù)載供電。儲(chǔ)能系統(tǒng)可由光伏發(fā)電系統(tǒng)或電網(wǎng)側(cè)進(jìn)行充電。

典型的“光伏+儲(chǔ)能”系統(tǒng)恒輸出功率曲線如圖2所示。圖中：h1～h4為業(yè)主要求的“光伏+儲(chǔ)能”系統(tǒng)開(kāi)始恒功率輸出的時(shí)間，其中，h1～h2和h3～h4段分別為輸出功率線性上升階段和線性下降階段；p1、p2均為輸出功率。

圖2 典型的“光伏+儲(chǔ)能”系統(tǒng)恒輸出功率曲線Fig.2 Typical constant output power curve of“PV+ energy storage”system

通過(guò)圖2可發(fā)現(xiàn)：h2～h3時(shí)間段內(nèi)“光伏+儲(chǔ)能”系統(tǒng)輸出功率需在p1～p2之間對(duì)電網(wǎng)保持恒定輸出，在此時(shí)間段內(nèi)不允許電網(wǎng)向儲(chǔ)能系統(tǒng)充電，且電網(wǎng)的反向充電時(shí)間和充電功率均受到限制。

本文將以先確定光伏發(fā)電量，然后確定系統(tǒng)最大輸出功率，最后確定儲(chǔ)能容量的順序進(jìn)行分析。

2 光伏發(fā)電量計(jì)算

光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由光伏組件、光伏支架、逆變器、開(kāi)關(guān)柜和變壓器等設(shè)備組成，其輸出功率主要受光伏組件自身性能和光照資源的影響。在進(jìn)行光伏電站設(shè)計(jì)時(shí)需考慮多種因素，比如：當(dāng)?shù)氐墓庹召Y源、地質(zhì)條件、可用區(qū)域范圍、裝機(jī)規(guī)模、發(fā)電量、光伏支架類型、逆變器類型、并網(wǎng)方式等。當(dāng)光伏電站設(shè)計(jì)完成后，即可求得該光伏電站全生命周期內(nèi)的各年發(fā)電量。光伏發(fā)電量計(jì)算流程圖如圖3所示。

圖3 光伏發(fā)電量計(jì)算流程圖Fig.3 Flow chart of PV generating capacity calculation

3 “光伏+儲(chǔ)能”系統(tǒng)最大恒輸出功率的計(jì)算

“光伏+儲(chǔ)能”系統(tǒng)最大恒輸出功率的計(jì)算流程為：1)確定同一時(shí)間段不同的恒輸出功率值；2)計(jì)算不同恒輸出功率下的凈現(xiàn)值收益率，并根據(jù)最大凈現(xiàn)值收益率來(lái)確定“光伏+儲(chǔ)能”系統(tǒng)的最大恒輸出功率。

根據(jù)光伏發(fā)電系統(tǒng)典型年的光伏發(fā)電量找出其最大輸出功率和最小輸出功率，并結(jié)合對(duì)“光伏+儲(chǔ)能”系統(tǒng)要求的輸出功率的限制，綜合考慮“光伏+儲(chǔ)能”系統(tǒng)的功率輸出范圍，建立每種輸出功率下的棄光量和發(fā)電量的關(guān)系，利用凈現(xiàn)值收益率作為判斷條件選出“光伏+儲(chǔ)能”系統(tǒng)最佳輸出功率。

在無(wú)電網(wǎng)給儲(chǔ)能電池充電的情況下，“光伏+儲(chǔ)能”系統(tǒng)的棄光功率和發(fā)電量的關(guān)系為：1)在儲(chǔ)能容量足夠的情況下，當(dāng)“光伏+儲(chǔ)能”系統(tǒng)以最大恒輸出功率向電網(wǎng)供電且光伏發(fā)電量完全被電網(wǎng)消納時(shí)，光伏發(fā)電系統(tǒng)多余的輸出功率可由儲(chǔ)能系統(tǒng)全部存儲(chǔ)，整個(gè)“光伏+儲(chǔ)能”系統(tǒng)不棄光；2)在儲(chǔ)能容量被限制的情況下，當(dāng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量在某段時(shí)間內(nèi)大于儲(chǔ)能容量和電網(wǎng)消納能力之和時(shí)，“光伏+儲(chǔ)能”系統(tǒng)會(huì)存在棄光現(xiàn)象。上述兩種情況分別由式(1)和式(2)計(jì)算。

式中：pds為棄光功率；Qday為光伏發(fā)電系統(tǒng)的日發(fā)電量；h為“光伏+儲(chǔ)能”系統(tǒng)需要供電的時(shí)長(zhǎng)；ps為“光伏+儲(chǔ)能”系統(tǒng)向電網(wǎng)供電時(shí)的最大恒輸出功率。

“光伏+儲(chǔ)能”系統(tǒng)的日棄光量Qds可表示為：

式中：hsr為純光伏發(fā)電滿足恒輸出功率的發(fā)電時(shí)長(zhǎng)；pdi為儲(chǔ)能系統(tǒng)的放電功率。

“光伏+儲(chǔ)能”系統(tǒng)的年發(fā)電收益A可表示為：

式中：i為一年中的第i天；C為售電電價(jià)。

“光伏+儲(chǔ)能”系統(tǒng)的凈現(xiàn)值收益率RNPV可表示為：

式中：IN為“光伏+儲(chǔ)能”系統(tǒng)的初始投資；PF為“光伏+儲(chǔ)能”系統(tǒng)不滿足供電要求時(shí)的罰款金額，PCF為“光伏+儲(chǔ)能”系統(tǒng)的充放電價(jià)差額；y為“光伏+儲(chǔ)能”系統(tǒng)的全生命周期，本文取20年；r為“光伏+儲(chǔ)能”系統(tǒng)的投資回報(bào)率。

綜合考慮年發(fā)電收益、初始投資、罰款電量等因素，以式(5)作為判別條件得到“光伏+儲(chǔ)能”系統(tǒng)的最大恒輸出功率。

4 儲(chǔ)能系統(tǒng)中儲(chǔ)能電池容量的計(jì)算

儲(chǔ)能系統(tǒng)由儲(chǔ)能電池電芯、功率變換器(PCS)、系統(tǒng)組件和輔助部分(比如：空調(diào)、消防裝備、照明設(shè)施、不間斷電源(UPS)、計(jì)量裝置等)、電池管理系統(tǒng)(BMS)、能量管理系統(tǒng)(EMS)等組成。

目前儲(chǔ)能系統(tǒng)中的儲(chǔ)能電池普遍采用磷酸鐵鋰電池。儲(chǔ)能系統(tǒng)與光伏發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)合方式可采用直流耦合和交流耦合兩種方式，當(dāng)應(yīng)用于高容配比場(chǎng)景時(shí)，多采用直流耦合方式，夜間深度調(diào)峰；當(dāng)應(yīng)用于新能源發(fā)電系統(tǒng)、源網(wǎng)、配套儲(chǔ)能系統(tǒng)和多能互補(bǔ)系統(tǒng)等場(chǎng)景時(shí)，多采用交流耦合方式。

儲(chǔ)能系統(tǒng)的放電倍率由PCS和儲(chǔ)能電池電芯共同決定。儲(chǔ)能電池的容量受老化損失、系統(tǒng)效率、電池效率、實(shí)際放電倍率、放電時(shí)間、放電功率等因素影響；儲(chǔ)能電池的容量會(huì)隨著循環(huán)次數(shù)和使用時(shí)間的增大而減小。由于光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出功率受到天氣影響會(huì)出現(xiàn)較大波動(dòng)，因此儲(chǔ)能系統(tǒng)的PCS功率要盡量接近“光伏+儲(chǔ)能”系統(tǒng)的輸出功率，保證儲(chǔ)能系統(tǒng)在短時(shí)間內(nèi)充滿電量，使儲(chǔ)能系統(tǒng)、光伏發(fā)電系統(tǒng)和電網(wǎng)能滿足供電要求。

儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電約束滿足以下公式：

式中：pdis為儲(chǔ)能系統(tǒng)額定放電功率；Soc(t-1)為(t-1)時(shí)刻儲(chǔ)能系統(tǒng)的電量；Soc,min為儲(chǔ)能系統(tǒng)最小儲(chǔ)電量；ηdi為放電效率；t為時(shí)刻；Δt為(t-1)時(shí)刻與t時(shí)刻的差值。

式(6)表示了儲(chǔ)能系統(tǒng)的放電約束條件，儲(chǔ)能系統(tǒng)的放電功率為儲(chǔ)能系統(tǒng)額定放電功率和匹配儲(chǔ)能系統(tǒng)剩余容量放電功率中較小的一個(gè)。

式中：pch為儲(chǔ)能系統(tǒng)的充電功率；pchm為儲(chǔ)能系統(tǒng)額定充電功率；ηch為充電效率；Soc,max為儲(chǔ)能系統(tǒng)最大儲(chǔ)電量。

式(7)表示了儲(chǔ)能系統(tǒng)的充電約束條件，儲(chǔ)能系統(tǒng)的充電功率為儲(chǔ)能系統(tǒng)額定充電功率和匹配儲(chǔ)能系統(tǒng)剩余容量充電功率中較小的一個(gè)。

式中：pch(t)為儲(chǔ)能系統(tǒng)t時(shí)刻的充電功率；pdi(t)為儲(chǔ)能系統(tǒng)t時(shí)刻的放電功率。

式(8)表示儲(chǔ)能系統(tǒng)t時(shí)刻存儲(chǔ)的電量由初始電量和到達(dá)t時(shí)刻后最終儲(chǔ)存的電量組成，并且需保證儲(chǔ)能系統(tǒng)最小的存儲(chǔ)電量，防止儲(chǔ)能電池過(guò)放電影響其壽命。

儲(chǔ)能系統(tǒng)儲(chǔ)能容量的范圍界定首先是根據(jù)典型年每天的太陽(yáng)輻照度逐時(shí)數(shù)據(jù)計(jì)算光伏發(fā)電系統(tǒng)首年及之后各年的發(fā)電量，同時(shí)綜合考慮首年和末年的發(fā)電量最大值、最小值，以及電網(wǎng)要求的儲(chǔ)能系統(tǒng)最大輸出功率、最小輸出功率和儲(chǔ)能系統(tǒng)衰減因素來(lái)確定儲(chǔ)能容量的最大和最小范圍；然后根據(jù)此范圍，以“光伏+儲(chǔ)能”系統(tǒng)LCOE最低、凈現(xiàn)值收益率最高為目標(biāo)求解。

求解過(guò)程中，首先計(jì)算各種儲(chǔ)能容量下不由電網(wǎng)反充電時(shí)，每天通過(guò)光伏發(fā)電向儲(chǔ)能系統(tǒng)可以充電的最大容量和“光伏+儲(chǔ)能”系統(tǒng)上網(wǎng)不足電量；然后根據(jù)電網(wǎng)反向給儲(chǔ)能系統(tǒng)充電的功率和時(shí)間限制，計(jì)算出儲(chǔ)能系統(tǒng)由電網(wǎng)所充的電量。

儲(chǔ)能容量的計(jì)算步驟為：1)根據(jù)“光伏+儲(chǔ)能”系統(tǒng)最大輸出功率和供電時(shí)間，由電網(wǎng)購(gòu)電限制等因素確定儲(chǔ)能容量的范圍；2)計(jì)算不同恒定功率條件下凈現(xiàn)值收益率，并確定“光伏+儲(chǔ)能”系統(tǒng)最大恒輸出功率；3)確定“光伏+儲(chǔ)能”系統(tǒng)中儲(chǔ)能系統(tǒng)的儲(chǔ)能容量。

平準(zhǔn)化度電成本CLoe的計(jì)算式可表示為：

式中：Ce為設(shè)備使用殘值；CM為設(shè)備維護(hù)費(fèi)用；Q(y)為第y年的發(fā)電量。

5 算例分析

“光伏+儲(chǔ)能”系統(tǒng)恒輸出功率曲線與光伏發(fā)電曲線如圖4所示。

圖4 “光伏+儲(chǔ)能”系統(tǒng)恒輸出功率曲線與光伏發(fā)電輸出功率曲線Fig.4 Constant output power curve of“PV+energy storage”system and PV power generation output power curve

由圖4可知：“光伏+儲(chǔ)能”系統(tǒng)需要在10:00～21:00保持恒輸出功率，恒輸出功率誤差在±10%內(nèi)，且最低輸出功率不能低于電網(wǎng)報(bào)備功率的10%(電網(wǎng)報(bào)備功率即“光伏+儲(chǔ)能”系統(tǒng)最大恒輸出功率)，即最低輸出功率不小于1 MW，而且在此時(shí)間段內(nèi)不允許由電網(wǎng)充電；09:00～10:00為線性上升階段、21:00～22:00為線性下降階段?？沙潆姇r(shí)間為00:00～05:00，允許以最大輸出功率2 MW對(duì)儲(chǔ)能電池充電。

“光伏+儲(chǔ)能”系統(tǒng)需保證20年穩(wěn)定供電同時(shí)保持最大輸出功率。

若光伏發(fā)電系統(tǒng)和儲(chǔ)能系統(tǒng)的總占地面積約為0.25 km2，則需提前預(yù)測(cè)1天的發(fā)電量并按照此預(yù)測(cè)值根據(jù)向電網(wǎng)報(bào)備的功率輸出曲線對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行供電。

5.1 光伏發(fā)電系統(tǒng)配置

根據(jù)選定的土地面積，設(shè)計(jì)光伏發(fā)電系統(tǒng)直流側(cè)裝機(jī)容量為24 MW，共44718塊540 W的單面單晶硅光伏組件；交流側(cè)采用7臺(tái)3125 kW的集中式逆變器，峰值功率為23.7 MW；采用固定式光伏支架，光伏支架排布間距為7 m；在此布置方式下計(jì)算無(wú)限制條件時(shí)20年內(nèi)光伏發(fā)電系統(tǒng)的各年發(fā)電量。計(jì)算結(jié)果如表1所示。

表1 20年內(nèi)光伏發(fā)電系統(tǒng)的各年發(fā)電量Table 1 Annual power generation of PV power generation systems within twenty years

5.2 “光伏+儲(chǔ)能”系統(tǒng)向電網(wǎng)報(bào)備的最大輸出功率選擇

根據(jù)上文中“光伏+儲(chǔ)能”系統(tǒng)最大恒輸出功率的計(jì)算步驟，本案例中恒輸出功率供電時(shí)間等效為12 h；最低供電功率要求為1 MW，根據(jù)逐日光伏發(fā)電量計(jì)算得到首年單日最大發(fā)電量為161 MWh，等效恒輸出功率為13.4 MW。因此，“光伏+儲(chǔ)能”系統(tǒng)最大恒輸出功率在1～13 MW之間進(jìn)行選擇。要求的儲(chǔ)能供電時(shí)間段為從純光伏發(fā)電輸出功率達(dá)不到恒輸出功率要求時(shí)起一直到要求的供電截止時(shí)間之間的時(shí)間段。

根據(jù)式(5)計(jì)算各最大恒輸出功率下的“光伏+儲(chǔ)能”系統(tǒng)的凈現(xiàn)值收益率，計(jì)算結(jié)果如圖5所示。

從圖5可以看出：隨著最大恒輸出功率的值由1 MW增加到9 MW，“光伏+儲(chǔ)能”系統(tǒng)的總發(fā)電量和總收益現(xiàn)值也隨之增加；當(dāng)“光伏+儲(chǔ)能”系統(tǒng)最大恒輸出功率為9 MW時(shí)，凈現(xiàn)值收益率曲線達(dá)到最高點(diǎn)，此時(shí)為“光伏+儲(chǔ)能”系統(tǒng)恒輸出功率的最優(yōu)解。

5.3 儲(chǔ)能容量選擇

儲(chǔ)能系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置為：儲(chǔ)能電池充放電效率取79%；放電截止值取5%；考慮電池衰減，當(dāng)電池可用容量低于65%時(shí)，淘汰電池。在滿足項(xiàng)目最小輸出功率的要求和合理的經(jīng)濟(jì)范圍前提下，經(jīng)初步計(jì)算，儲(chǔ)能容量分別選取36、42、48、54、60 MWh；并且為保持“光伏+儲(chǔ)能”系統(tǒng)需要的儲(chǔ)能容量，根據(jù)儲(chǔ)能電池衰減曲線考慮第7年和第15年增容，以達(dá)到第20年時(shí)儲(chǔ)能容量仍能滿足業(yè)主要求。光伏發(fā)電系統(tǒng)與儲(chǔ)能系統(tǒng)采用交流耦合方案。需要說(shuō)明的是，若未要求“光伏+儲(chǔ)能”系統(tǒng)最終的容量則性能衰減則不需要考慮。

仿真軟件的其他參數(shù)設(shè)置為：“光伏+儲(chǔ)能”系統(tǒng)恒定最大輸出功率定為9 MW；根據(jù)電網(wǎng)要求的10%最小輸出功率且不小于1 MW，設(shè)定最小輸出功率為1 MW；罰款電量為規(guī)定輸出功率時(shí)間內(nèi)小于10%的預(yù)測(cè)輸出功率的部分。

成本與收益方面的設(shè)置為：儲(chǔ)能系統(tǒng)單位造價(jià)取35萬(wàn)美元/MWh；光伏發(fā)電系統(tǒng)單位造價(jià)取750美元/kW；儲(chǔ)能系統(tǒng)年運(yùn)維成本為0.2美元/MWh；售電收入取0.25美元/kWh。

仿真步驟為：

1)首先根據(jù)光伏發(fā)電系統(tǒng)全年每天的輸出功率，繪制輸出功率曲線，作為預(yù)測(cè)值。其中，對(duì)于平均輸出功率小于1 MW的情況，設(shè)置為1 MW，而對(duì)于平均輸出功率大于9 MW的設(shè)定為9 MW。需要說(shuō)明的是，本案例假設(shè)每天的預(yù)測(cè)光伏發(fā)電輸出功率經(jīng)過(guò)平均化后，整體的預(yù)測(cè)誤差在10%內(nèi)。

2)根據(jù)輸出功率預(yù)測(cè)曲線先計(jì)算夜晚不充電時(shí)，在各種儲(chǔ)能容量下儲(chǔ)能系統(tǒng)每天通過(guò)光伏發(fā)電可以充得的最大容量和“光伏+儲(chǔ)能”系統(tǒng)上網(wǎng)不足電量；然后根據(jù)電網(wǎng)反向向儲(chǔ)能系統(tǒng)充電的功率和時(shí)間段，計(jì)算當(dāng)天夜晚(22:00～24:00)儲(chǔ)能系統(tǒng)可容納的充電容量。

3)基于夜晚充電模式計(jì)算儲(chǔ)能系統(tǒng)存儲(chǔ)的電能，當(dāng)光伏發(fā)電輸出功率大于預(yù)測(cè)值時(shí)，多余的電力可為電池充電；當(dāng)儲(chǔ)能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)為100%時(shí)棄光；當(dāng)光伏發(fā)電輸出功率小于預(yù)測(cè)值時(shí)，光伏發(fā)電系統(tǒng)和儲(chǔ)能系統(tǒng)共同工作；當(dāng)儲(chǔ)能系統(tǒng)達(dá)到放電截止值時(shí)，停止向電網(wǎng)供電。

仿真結(jié)果如圖6～圖8所示。

圖6 20年內(nèi)儲(chǔ)能容量的變化趨勢(shì)Fig.6 Trend in energy storage capacities over past twenty years

從圖6單個(gè)儲(chǔ)能容量20年內(nèi)的變化趨勢(shì)和圖7單個(gè)儲(chǔ)能容量下“光伏+儲(chǔ)能”系統(tǒng)的發(fā)電量曲線可以看出，“光伏+儲(chǔ)能”系統(tǒng)的總體發(fā)電量和儲(chǔ)能容量呈正相關(guān)。當(dāng)儲(chǔ)能容量在36～48 MWh之間時(shí)，其對(duì)系統(tǒng)發(fā)電量提升較為明顯；當(dāng)儲(chǔ)能容量在54～60 MWh之間時(shí)儲(chǔ)能容量對(duì)“光伏+儲(chǔ)能”系統(tǒng)發(fā)電量的提升幫助很小。這一規(guī)律可以從圖8的棄光率曲線可以看出，隨著儲(chǔ)能容量的增加，棄光率曲線由較大斜率逐漸變得平緩。

圖8 不同儲(chǔ)能容量下LCOE、凈現(xiàn)值收益率和棄光率之間的關(guān)系Fig.8 Relationship between LCOE，net present value yield，and abandonment ratio under different energy storage capacities

從圖8可以看出：雖然儲(chǔ)能容量由36 MWh向60 MWh變化時(shí)棄光率逐漸減小，但由于儲(chǔ)能成本增加，導(dǎo)致凈現(xiàn)值收益率逐漸降低LCOE逐漸加大；儲(chǔ)能容量為42 MWh時(shí)，凈現(xiàn)值收益率最大，此時(shí)LCOE較低，為0.136美元/kWh，這說(shuō)明優(yōu)化儲(chǔ)能容量有助于提高凈現(xiàn)值收益率。綜合考慮LCOE和凈現(xiàn)值收益率后選擇42 MWh為儲(chǔ)能容量。

針對(duì)固定規(guī)模的光伏電站，其發(fā)電量固定在某個(gè)范圍內(nèi)，光伏發(fā)電量為邊際效應(yīng)產(chǎn)生的主要因素。儲(chǔ)能容量的限制因素主要來(lái)自設(shè)備成本價(jià)格、棄電量、電價(jià)、罰款電量等，其容量能否合理選擇是決定電站收益的決定性因素。

6 結(jié)論

本文在電網(wǎng)有充電限制的條件下，根據(jù)“光伏+儲(chǔ)能”系統(tǒng)需在每天固定時(shí)間段內(nèi)恒定輸出功率的要求，提出了一種通過(guò)綜合考慮“光伏+儲(chǔ)能”系統(tǒng)LCOE和凈現(xiàn)值收益率來(lái)分步確定此類系統(tǒng)最大恒輸出功率及儲(chǔ)能容量的方法，并以某項(xiàng)目為例，利用MATLAB軟件進(jìn)行了模擬仿真驗(yàn)證。仿真結(jié)果表明：本文所述計(jì)算方法有效解決了微電網(wǎng)恒輸出功率要求下儲(chǔ)能設(shè)備容量選擇問(wèn)題。

針對(duì)受天氣影響的光伏發(fā)電的不確定性和輸出功率預(yù)測(cè)誤差對(duì)“光伏+儲(chǔ)能”系統(tǒng)輸出電量的影響需要進(jìn)一步研究。未來(lái)隨著儲(chǔ)能電池價(jià)格降低，其衰減老化程度會(huì)隨著新儲(chǔ)能電池技術(shù)的發(fā)展而降低，儲(chǔ)能系統(tǒng)將在新能源領(lǐng)域發(fā)揮不可或缺的作用。