中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：
01.光伏儲(chǔ)能耦合系統(tǒng)介紹
隨著全球能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的加速推進(jìn)和可再生能源的大規(guī)模開發(fā)利用,光伏發(fā)電已成為眾多國(guó)家和地區(qū)的重要電力來源之一。然而,光伏發(fā)電具有間歇性和波動(dòng)性的特點(diǎn),其輸出功率受日照強(qiáng)度影響顯著。在陰雨天氣或夜晚,光伏電站的發(fā)電量會(huì)大幅降低甚至完全中斷,給電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行帶來了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。
儲(chǔ)能系統(tǒng)的出現(xiàn)為解決光伏發(fā)電的不穩(wěn)定性問題提供了有效途徑。儲(chǔ)能裝置可在光照充足時(shí)吸收富余電能,在用電高峰或光伏出力不足時(shí)釋放電能,從而平滑光伏發(fā)電的波動(dòng),提高能源利用效率。光伏發(fā)電與儲(chǔ)能技術(shù)的耦合,構(gòu)成了一種新型的能源系統(tǒng)形態(tài)——光伏儲(chǔ)能耦合系統(tǒng)。光伏儲(chǔ)能耦合系統(tǒng)是由光伏發(fā)電單元、儲(chǔ)能單元和能量管理單元組成的綜合能源系統(tǒng)。其中:
①光伏發(fā)電單元通過光電轉(zhuǎn)換將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能,是系統(tǒng)的能量來源；
②儲(chǔ)能單元主要由電池組成,可吸收光伏發(fā)出的多余電能,也可在需要時(shí)向外釋放電能,起到調(diào)節(jié)和緩沖的作用；
③能量管理單元?jiǎng)t集成了監(jiān)測(cè)、控制、通信等功能,負(fù)責(zé)優(yōu)化調(diào)度光伏和儲(chǔ)能的運(yùn)行,保障系統(tǒng)安全、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定。
通過這三大單元的協(xié)同工作和統(tǒng)一調(diào)度,光伏儲(chǔ)能耦合系統(tǒng)可顯著提高可再生能源消納能力,降低棄光限電比例,改善電能質(zhì)量。同時(shí)充分發(fā)揮儲(chǔ)能的靈活性和快速響應(yīng)能力,為電網(wǎng)提供調(diào)頻、調(diào)壓等多種輔助服務(wù),提升電力系統(tǒng)的安全性和可靠性。
根據(jù)光伏和儲(chǔ)能在電力系統(tǒng)中的并聯(lián)位置,光儲(chǔ)耦合可分為直流側(cè)耦合、交流側(cè)耦合和混合耦合三種形式。直流側(cè)耦合是將儲(chǔ)能接入光伏陣列的直流母線,通過共用逆變器并網(wǎng),效率較高但控制靈活性差。交流側(cè)耦合是光伏和儲(chǔ)能配置各自逆變器,在并網(wǎng)點(diǎn)交流母線并聯(lián),可降低能量轉(zhuǎn)換次數(shù),控制更靈活。而混合耦合則結(jié)合了兩種方式的優(yōu)點(diǎn),但系統(tǒng)更復(fù)雜。
高壓交流側(cè)耦合并網(wǎng)光儲(chǔ)系統(tǒng)圖
低壓交流側(cè)耦合并網(wǎng)光儲(chǔ)系統(tǒng)圖
直流側(cè)耦合并網(wǎng)光儲(chǔ)系統(tǒng)圖
總的來說,光伏儲(chǔ)能耦合作為一種新興的能源利用方式,可顯著提升可再生能源利用水平,優(yōu)化電網(wǎng)運(yùn)行,推動(dòng)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型。但其規(guī)?；瘧?yīng)用仍面臨著技術(shù)、成本、政策等諸多挑戰(zhàn),需要產(chǎn)學(xué)研用各界的協(xié)同創(chuàng)新和大力支持。
02.光儲(chǔ)耦合系統(tǒng)的應(yīng)用價(jià)值
光伏儲(chǔ)能耦合系統(tǒng)憑借其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和廣闊的應(yīng)用前景,在電力系統(tǒng)的供應(yīng)側(cè)、電網(wǎng)側(cè)和用戶側(cè)均能發(fā)揮重要價(jià)值,具體體現(xiàn)在:
①提高可再生能源滲透率。光伏發(fā)電容量大,但受天氣條件影響較大,發(fā)電功率難以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)和有效調(diào)控。通過與儲(chǔ)能進(jìn)行優(yōu)化配置和耦合運(yùn)行,可大幅提高可再生能源的消納比例和利用效率,實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)對(duì)高滲透率光伏的友好接納。
②增強(qiáng)電力系統(tǒng)靈活性。儲(chǔ)能作為連接發(fā)電側(cè)和用電側(cè)的橋梁,可通過自身的靈活調(diào)節(jié),快速響應(yīng)電網(wǎng)需求變化,降低電力系統(tǒng)的備用容量,為新能源大規(guī)模接入創(chuàng)造有利條件。同時(shí),分布式光儲(chǔ)系統(tǒng)可就近滿足用戶用電,減輕電網(wǎng)輸電壓力。
③參與電網(wǎng)輔助服務(wù)。光儲(chǔ)耦合系統(tǒng)可作為分布式電源參與電網(wǎng)頻率調(diào)節(jié)和電壓支撐,提供旋轉(zhuǎn)備用和黑啟動(dòng)等輔助服務(wù),減少常規(guī)調(diào)峰電源出力調(diào)整頻次,延長(zhǎng)機(jī)組使用壽命。儲(chǔ)能也可平滑光伏發(fā)電功率波動(dòng),改善電能質(zhì)量。
④支撐微電網(wǎng)運(yùn)行。在偏遠(yuǎn)島嶼、山區(qū)等電網(wǎng)薄弱地區(qū),光伏加儲(chǔ)能可組建獨(dú)立運(yùn)行的微電網(wǎng)系統(tǒng),充分利用當(dāng)?shù)刎S富的太陽(yáng)能資源,滿足居民基本用電需求。儲(chǔ)能可在微電網(wǎng)內(nèi)部平衡功率,維持電壓、頻率穩(wěn)定。
⑤推動(dòng)源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)調(diào)。在新型電力系統(tǒng)中,光伏代表分布式電源、儲(chǔ)能代表靈活負(fù)荷,兩者與電網(wǎng)、用戶負(fù)荷形成協(xié)同互動(dòng)的共生關(guān)系。通過優(yōu)化調(diào)度源網(wǎng)荷儲(chǔ),可有效解決新能源高比例接入、電動(dòng)汽車大量充電等場(chǎng)景下的電網(wǎng)瓶頸問題。
⑥助力需求側(cè)管理。對(duì)于工商業(yè)用戶,配置光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)可顯著降低用電成本,提高能源自給率、電費(fèi)管理效率和供電可靠性。儲(chǔ)能還能錯(cuò)峰填谷,削減用電負(fù)荷尖峰,為需求側(cè)管理創(chuàng)造條件。同時(shí)光儲(chǔ)系統(tǒng)的友好接口,可支持主動(dòng)響應(yīng)電價(jià)和電網(wǎng)調(diào)度指令。
⑦促進(jìn)能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)。在能源互聯(lián)網(wǎng)背景下,分布式光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)的廣泛接入,將顯著提高電網(wǎng)的靈活性、高效性和互動(dòng)性。海量分散的儲(chǔ)能單元可通過能量路由器聚合為虛擬電廠,整合成為電網(wǎng)可調(diào)度的負(fù)荷資源,參與系統(tǒng)優(yōu)化。
⑧探索多能互補(bǔ)新模式。"光伏+儲(chǔ)能"系統(tǒng)還可與其他能源形式組合,實(shí)現(xiàn)電、熱、冷、氣等多能流的耦合與協(xié)同。例如與電動(dòng)汽車充電樁結(jié)合,可構(gòu)建"光伏+儲(chǔ)能+充電"的綠色交通能源網(wǎng)絡(luò);與燃料電池、熱泵等聯(lián)用,可打造兼具環(huán)保與經(jīng)濟(jì)性的能源互補(bǔ)系統(tǒng)。
03.光儲(chǔ)耦合系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性分析
【注】文中所有案例僅作為說明示例，不作為價(jià)格參考。
以某礦山3MW屋頂光伏電站為例,配套1MW/1MWh的集裝箱式鋰電儲(chǔ)能系統(tǒng),可較好地實(shí)現(xiàn)削峰填谷、錯(cuò)峰套利等多重效益。
該3MW光伏電站首年發(fā)電量超過380萬kWh,預(yù)計(jì)前10年年平均發(fā)電量為340萬kWh,25年使用壽命期內(nèi)年均發(fā)電量可達(dá)310萬kWh。按照78%的自發(fā)自用電量和22%的余電上網(wǎng)電量,并以0.75元/kWh的工業(yè)用電均價(jià)、0.3949元/kWh的燃煤標(biāo)桿上網(wǎng)電價(jià)為參考,同時(shí)考慮每年7萬元/MW的運(yùn)維費(fèi)用,該光伏電站年均創(chuàng)效總收益（單位：萬元）:
340×78%×0.75 + 340×22%×0.3949 - 7×3 = 207
可以看出,單純光伏項(xiàng)目就已具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。據(jù)測(cè)算,該系統(tǒng)還可幫助企業(yè)每年減少標(biāo)煤消耗960噸,減排二氧化碳2500噸、二氧化硫72噸、氮氧化物36噸、粉塵650噸,環(huán)境效益也十分可觀。
（1）鋰電儲(chǔ)能系統(tǒng)效益分析
按照儲(chǔ)能與光伏 20%的匹配比例、2小時(shí)儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng),3MW光伏宜配套容量約1MW/1MWh的儲(chǔ)能系統(tǒng)。目前鋰電池的投資成本大約為1.5元/Wh,即1MW/1MWh系統(tǒng)的設(shè)備費(fèi)用在150萬元左右。
參考全國(guó)各地目前普遍0.6元/kWh以上的峰谷電價(jià)差,且光伏上網(wǎng)電價(jià)和低谷電價(jià)已相差無幾,可認(rèn)為儲(chǔ)能系統(tǒng)每天兩次充放電的套利空間保守估計(jì)為0.6元/kWh。若儲(chǔ)能全年利用300天、年維護(hù)費(fèi)用5萬元,則1MW/1MWh系統(tǒng)年創(chuàng)收（單位：萬元）:
1000kWh×2次×0.6元/kWh×300天 / 10000 - 5 = 31
而通過削峰填谷,儲(chǔ)能還可幫助企業(yè)節(jié)省每月的最大需量電費(fèi),提高自發(fā)自用率約5%,若按年均光伏發(fā)電量340萬kWh計(jì),這部分電費(fèi)節(jié)省大約為（單位：萬元）:
340×5%×0.75 = 12.75
綜上,1MW/1MWh鋰電儲(chǔ)能系統(tǒng)全年總創(chuàng)收約43.75萬元,投資回收期略高于3年。
（2）光儲(chǔ)耦合系統(tǒng)整體效益
將3MW屋頂光伏與1MW/1MWh鋰電儲(chǔ)能進(jìn)行耦合,項(xiàng)目總投資約為（單位：萬元）:
3000×4 + 1000×1.5 = 13500
在25年項(xiàng)目全周期內(nèi),光伏年均創(chuàng)效207萬元,儲(chǔ)能年創(chuàng)效43.75萬元,扣除年運(yùn)維成本,光儲(chǔ)耦合系統(tǒng)年總效益可達(dá)（單位：萬元）:
207 + 43.75 - 21 = 229.75
對(duì)應(yīng)項(xiàng)目投資回收期為:
13500 / 229.75 = 5.9年
此外,隨著儲(chǔ)能核心部件成本的進(jìn)一步下降、電價(jià)市場(chǎng)化進(jìn)程的加速,以及"雙碳"政策帶來的更多補(bǔ)貼與激勵(lì),該項(xiàng)目的投資回報(bào)率有望進(jìn)一步提升。
綜上所述,光伏儲(chǔ)能耦合系統(tǒng)在經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性方面均表現(xiàn)亮眼。工商業(yè)用戶尤其是高耗能企業(yè),應(yīng)充分考慮"光伏+儲(chǔ)能"模式帶來的多重效益,因地制宜布局新型電力系統(tǒng),既能節(jié)省成本、提升供電可靠性,又可減碳減排、履行社會(huì)責(zé)任,實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)的雙豐收。
【小航結(jié)語(yǔ)】
總的來看,隨著"雙碳"目標(biāo)的推進(jìn)和電力體制改革的深化,在工商業(yè)園區(qū)推廣"光伏+儲(chǔ)能"將是大勢(shì)所趨。儲(chǔ)能與光伏的互補(bǔ)耦合,可有效提升可再生能源消納比例,優(yōu)化用戶側(cè)能源管理,推動(dòng)電網(wǎng)調(diào)峰需求響應(yīng),是實(shí)現(xiàn)工商業(yè)能源清潔化、低碳化的重要路徑選擇。
當(dāng)前,實(shí)現(xiàn)光儲(chǔ)系統(tǒng)成本最優(yōu)、效益最大化仍需在機(jī)理分析、優(yōu)化控制、商業(yè)模式等方面開展更深入的研究。建議廣大工商業(yè)屋頂電站業(yè)主加強(qiáng)與專業(yè)機(jī)構(gòu)合作,因地制宜地探索光儲(chǔ)耦合的最佳實(shí)踐,為我國(guó)能源轉(zhuǎn)型和"雙碳"目標(biāo)貢獻(xiàn)更多企業(yè)方案和微觀樣本。
