微电网电池储能技术经济分析

2019-01-15贺钟灵

现代工业经济和信息化 2018年17期

贺钟灵

（湖北省电力勘测设计院有限公司，湖北武汉 430040）

引言

微电网以分布式的方式接入到国家电网当中，可以有效提高电力的使用效率。但是微电网储能技术在应用的过程中必须要从多个方面，对该技术的可行性进行评估。主要从工程的构建、经济性、安全性、可靠性、电力的稳定性、运行控制的便捷性和结构的设计合理性等方面。目前国内外研究微电网储能技术已经取得了较大的进展，将微电网应用在智能电网系统当中，可以实现多源头协调控制、电力资源的综合管理、配电网和微电网之间的交互、电能的质量治理控制等，微电网电池储能技术对未来我国智能电网的建设具有非常重要的作用。

1 微电网电池储能技术应用特点

1.1 微型性

在微电网应用的过程中电压一般都是控制在10 kV以下，也就是低于电网普通的运行电压。并且系统的整体电力容量，一般都是在兆瓦以下。因此在应用的过程中主要是与用户电力系统直接相连，从而实现电力的快捷使用。

1.2 清洁性

微电网的电池储能应用过程中主要是利用分布式的清洁能源为电力来源，也就是说微电网的电力都是来源于清洁能源，可以有效地提高电力资源的循环使用[1]。

1.3 自治性

在微电网技术应用的过程中不需要进行人为的控制，因为微电网电池在运行的过程中具有很好的自动平衡功能，从而保障电池电力资源的平衡稳定。

1.4 友好性

在电网组成中有稳定安全的配电网系统、分布式电力系统和接入式电力系统，在大规模的分布式电力资源接入到电网当中，会给电力资源造成波动。但是微电网在应用的过程中就可以避免这样的情况发生，由于微电网和配电网之间是可以进行实时的能量交换的，因此微电网在运行的过程中可以保证较好的可靠性和多元化能源的交互利用。

2 微电网电池储能技术经济分析

2.1 运行成本的模型

2.1.1 磷酸铁锂储能电池的特征

在电网系统运行的过程中越来越多的可再生电力资源的利用，成为了一个主要的发展方向，其中通过对资源的储蓄是电力资源转换的主要方式。比如说抽水储能、超导储能和压缩空气储能等，在所有的储能技术应用的过程中通过经济性、可行性和能耗比的相互对比，最后可以确定出蓄水储能和电池储能是较为可靠的技术，但是蓄水储能技术在应用的过程中受到了地理环境和水资源的制约，因此在对比之后，人们将电池储能技术作为一个主要的发展方向。

目前电网系统应用的过程中主要有酸电池、液流电池和铁锂电池，从研究成果中可以发现储能电池的发展已经取得了突破性的进展。其中的磷酸铁锂电池凭借优越的性能和稳定的可靠性，在电力市场中受到了广泛的关注，该电池的AH—200AH单体电池的产品研发一直处于行业的领先地位。

2.1.2 磷酸铁锂电池主要优点

1）工作温度范围广，可以达到-25～60℃，在使用的过程中随着电池电解液的化学变化，温度还可以达到-40～70℃。

2）可以实现快速充放电，并且在充放电的过程中可以达到100%的资源转换。

3）使用寿命非常久，可以在两千次以上。

4）电池储能可以达到普通铅酸电池储能的五倍左右。

5）单体电池的电压非常高，可以达到3.7V左右[2]。

2.2 磷酸铁锂电池的运行控制

在微电网运行的过程中必须要保障运行的稳定性和可靠性，在独立运行的过程中一般不会考虑微电网的经济性，只有在微电网接入配电网之后，才需要计算微电网的经济性。以陕西某区域的微电网并入配电网的过程为研究对象，该微电网的运行结构如图1所示。

图1 微电网的运行结构图

储能电池的运行经济性主要取决于微电网的运行方式，通过对通过风机和光伏的发电模块进行有效的优化，调节该模块的负荷工作情况。通过以下的调控方式来提高微电网的运行经济性。

2.2.1 并网平衡控制

在微电网运行的过程中需要将电力资源转化到配电网当中，因为在并网的过程中需要让微电网可以最大程度的吸收转化可再生资源，从而更好地提高微电网的电力储能。在并网的过程中很好地调整微电网和配电网之间的平衡，可以有效地降低微电网与配电网之间的功率损失[3]。

2.2.2 峰谷时储能运行

微电网应用的主要目的就是为了提高电力的利用率，可以使得可再生资源转化为电能储存在电池当中，在用户用电的过程中会出现用电高峰期和低谷时期，可以通过微电网比如主网当中，从而更加合理科学地调整电力的供应顺序，从而使得微电网资源可以发挥出最大的经济效益。在峰谷处储能运营的过程中需要遵循的原则，就是在放电高峰的时间段微电网全部投入放电工况当中，在用电回归到低谷的时候，可以让微电池尽量充电，从而达到微电网的标准运行状态。

2.2.3 储能充放电的分析

在储能电池并入电网进行用电高峰时期的工作时，电池的工作功率可以达到20 kW，在储能电池处于用电低谷的过程中，该电池的最佳充电功率为16 kW，微电网的运行效率需要调节配电网和微电网之间的并网功率，最佳的并网功率应该是10 kW。

储能电池在进行充放电的过程中该磷酸铁锂电池的最大充分电功率和实际的电力储能容量都具有一定的限制，在该微电网运行的过程中储能的最大充电功率可以达到64 kW，在运行放电的过程中最大的功率可以达到80 kW。通过独立运行的功率和并网之后的运行功率，进行有效的对比，可以发现该微电网的储能工作性能缩减了20%～80%左右。也就是说磷酸铁锂电池在电能的容量缩减到20%的时候，不能继续放电工作，需要采取待机处理。还有就是当磷酸铁锂电池的电力储能达到了80%的时候，就可以采取电池充电，也可以采取待机操作。

2.2.4 磷酸铁锂电池的运行成本分析

为了更好地研究该微电网的经济性，需要分析计算出该磷酸铁锂电池运行成本，在模拟计算的过程中为了确保运行成本的可靠性，假设风力、光伏和运行负荷都处于相同的环境下。通过对储能的次数，以及配电网和微电网之间的交互功率变化，从而计算磷酸铁锂电池的运行成本。

在采取并网功率平衡处理的时候，该储能电池的实际运行情况如图2所示。

图2 并网平衡的运行变化图

在采取峰谷储能电家的处理工作时，根据并网平衡的运行可以得到下页图3的储能电池的功率变化图。

在采取并网功率定值的处理时，储能电池的实际功率变化如图3所示。

从图1、2和下页图3、4中微电网运行变化的趋势中可以发现，该微电网在实际运行的过程中只有在采取配电网与微电网并网，且功率设定为统一值的时候，该微电网的运行经济效益才可以得到最大的发挥，并且在并网功率定值策略下电池的使用寿命可以达到最大，因为也就是说在并网定值功率的运行管理的过程中微电网电池储能技术可以实现最好的经济性[4]。

2.2.5 磷酸铁锂电池投资成本与效益分析

图3 功率变化图

图4 功率定值的变化图

磷酸铁锂电池储能的迅速发展有赖于储能技术的革新带动成本大幅度下降。随着储能规模化的推广和应用，电池系统的性能提高和成本逐渐降低，在微电网中利用附近工业或一般工商业的峰谷电价差，在电价较低的谷期利用储能装置存储电能，在用电高峰期使用存储好的电能，避免直接大规模使用高价的电网电能，从而降低用户的电力使用成本，从降低的用电单价中获得收益具有良好的经济效益。成本和效益测算分析如表1所示。

从表1分析，随着电池成本的进一步降低将会有良好的经济和社会投资价值。