【儲能】充電站儲能削峰填谷方案設計測算報告

1、充電站儲能削峰填谷方案設計測算報告1、近年來，為推進我國儲能技術(shù)朝著商業(yè)化應用發(fā)展，國家出臺了多項政策。從現(xiàn)有政策解讀可知，雖然國家鼓勵在用戶側(cè)建設分布式儲能系統(tǒng)，但暫未出臺針對用戶側(cè)電池儲能的充放電標桿電價、容量補貼細則、充放電補貼細則、用戶容量費抵扣細則等；配用電側(cè)的電力現(xiàn)貨市 場和用戶側(cè)參與輔助服務市場等方面的市場機制尚未真正建立，用戶側(cè) 投資建設的儲能在此外部環(huán)境下僅能通過削峰填谷，從峰谷電價差中套目前，全國用電大省的峰谷價差區(qū)間為 0.4-0.9元/kWh。據(jù)統(tǒng)計，2018 年全社會用電量排名前二的省份是廣東和江蘇,用電量分別為5958.97億千瓦時和5807.89億千瓦時。而其峰谷

2、價差均高于 0.8元/kWh ,為用 戶側(cè)儲能的峰谷價差套利提供了空間 。在用戶側(cè)安裝電池儲能系統(tǒng)常見的有 3種應用模式，分別是離網(wǎng)型自發(fā)自用系統(tǒng)、并網(wǎng)型負荷+儲能系統(tǒng)和并網(wǎng)型光伏+儲能系統(tǒng) 離網(wǎng)型自發(fā)自用系統(tǒng)是一個獨立的解決方案，適用于沒有并網(wǎng)或并網(wǎng)電 力不穩(wěn)定地區(qū)，重點解決無電區(qū)人口用電和海島供電問題，安裝儲能裝 置用以保障用戶供電的持續(xù)性，減少高成本低負載的線路建設投資。并網(wǎng)型負荷+儲能系統(tǒng)是指單純通過儲能電池的充放電過程調(diào)節(jié)用戶用電曲線，實現(xiàn)削峰填谷的電池儲能系統(tǒng)。 從用戶價值角度講，可通過峰谷價差實現(xiàn)套利、減少用戶配電變壓配置容量和負載損耗、降低停電損失。并網(wǎng)型光伏 +儲能系統(tǒng)在光伏

3、發(fā)電基礎上使用儲能電池作為機動資源，提升自用比例。在光伏發(fā)電量多于系統(tǒng)消納時，儲存盈余電量，并在光伏發(fā)電量不足時放電。過濾光伏發(fā)電的波動性，提升用電質(zhì)量和可靠性。通過建立適當?shù)哪茉凑{(diào)度模型，進行更為高效的削峰填谷。本報告主要探討并網(wǎng)型負荷+儲能系統(tǒng)的應用模式 ，具體而言，負荷主要是充電樁，使用場景為儲能充電站。2、儲能削峰填谷方案設計儲能用于充電站的應用場景主要有兩種方式， 一種是分布式，即在每臺充電樁各配置一定容量的梯次儲能電池， 這種方式不需要儲能逆變器，但需采用兼容直流輸入的充電模塊，充電樁結(jié)構(gòu)設計得為儲能電池留出空間，另外，直流輸入還可能涉及斷路器、輸入接觸器等器件的重新選型； 另一種

4、是集中式，即整個場站配置儲能電池， 這種方式需要儲能逆變器， 將儲能逆變器的直流輸出變成交流電接到充電樁輸入端。 比較而言，一方面集中式的儲能循環(huán)利用效率更高，更便于集中管理，在儲能集裝箱中配置空調(diào)系統(tǒng)，改善電池工況；另一方面不涉及充電樁器件的重新選型和結(jié)構(gòu)的變動，因此本方案采用集中式的儲能方式。圖 2 為儲能充電站的系統(tǒng)架構(gòu)，通常而言，該系統(tǒng)架構(gòu)都支持光伏等清潔能源的接入。光伏接入僅需額外投入太陽能電池板，通常而言，充電站都能及時消耗光伏發(fā)電，極少存在“棄光”現(xiàn)象。據(jù)揚州示范場站的反饋， 光伏的回收期僅需要3 年 ，顯著短于儲能的回收期 57 年 ，因此，儲能充電站通常都會接入光伏，形成“光

5、儲充 ”一體化場站。但因為光伏容量有限（常規(guī)場站雨棚頂部配置太陽能電池板規(guī)模通常在 100kW左右），相比儲能電池 MW級別而言可以忽略，因此，本報告不 對其進行測算。圖2儲能充電站系統(tǒng)架構(gòu)3、儲能系統(tǒng)投資收益靜態(tài)測算3.1 儲能電池容量計算如果想充分利用儲能設備，盡快收回投資，則應按最小需求容量配置儲 能電池（不考慮電池的衰減），此時電池在一年中各月都滿負荷運行， 季差容量利用率為100%。以江蘇某場站今年截至 9月每月用電情況為 例分析，可通過以下公式計算儲能電池需求容量。儲能電池容量二日均峰時用電量/（充放電深度 "池效率X®變器效率）充放電深度70每月計算天數(shù)24電

6、池效率95%逆變器效率95；月份峰時用電量日均峰時用電量需求金2126&46111Q.251757.422221164921.51665671458.673325818.41075.76666717C2.S364392c2,91633.4541672585.602538800.8161672569.082659060246OS333333895.2647642382676.5831334236.776869825 62909.44605.303960777.625324。居 33匕加韻初I圖3儲能電池容量需求計算（設每周用電6日）從用電負荷來看，在不同的季節(jié)用電行為有較大差別，最大需求

7、容量是最小需求容量的3倍。如果想充分利用儲能設備，盡快收回投資，則應按最小需求容量配置儲 能電池（不考慮電池的衰減）。在此算例中，最小需求容量為 1458kWh ,取1500kWh作為建設容量。此時電池在一年中各月都滿負 荷運行，季差容量利用率為 100%。3.2 儲能電池充放電量計算儲能電池的年衰減系數(shù)以 0.03計算，隨著使用年數(shù)i增加，電池容量的 剩余比率降低。江蘇省的峰谷電價曲線為兩峰一谷，由圖1可知，每天最多可完成 谷峰” +平峰”兩次循環(huán)，但考慮到 平峰”不一定能完成一個完整的循環(huán)， 因此需要乘以一個平峰折算系數(shù)，該系數(shù)介于01之間，當平峰折算系數(shù)取0時，即表示每天只進行谷峰”循環(huán)

8、。則，當年谷時充電量=電池剩余容量循環(huán)次數(shù)DOD電池放電深度 鄧差 容量利用率當年峰時放電量 仁當年谷時充電量 地池充放電效率 期變器效率當年平時充電量=當年谷時充電量X平峰折算系數(shù)當年峰時放電量2=當年峰時放電量1X平峰折算系數(shù)3.3 儲能系統(tǒng)投資成本及每年收益電池儲能系統(tǒng)的成本主要包含電池的容量成本、逆變器成本和系統(tǒng)的維護成本。容量成本設定為 900元/kWh。逆變器成本設定為 600元/kWh。系統(tǒng)維護費用設定為 5000元/年。初期建設總成本=建設容量X（電池單位成本+逆變器單位成本）當年收益=（峰價x當年峰時放電量1-谷價x當年谷時充電量）+平峰折算 系數(shù)x （峰價x當年峰時放電量1

9、-平價 型年谷時充電量）3.4 儲能系統(tǒng)投資收益靜態(tài)測算設定的測算條件如下：1 .建設總?cè)萘?500kWh ,初期建設總成本按每瓦 1.5元計；2 .電池循環(huán)深度按90%計；3 .每年運行按330天計，平峰折算系數(shù)設定為0.5,即每年完成330個谷峰循環(huán)+330*0.5個平峰循環(huán)；4 .峰谷價差0.8元，平谷價差0.3元計。結(jié)果如圖4所示，從圖4可以看出，當前階段，儲能回收期在 67年左右。領(lǐng)產(chǎn)連堂建學望成基一600匐電藝1 -更地克芭電抬芒9sp年費找鈾G03制電檢生費融奴本珈E踵溺1jriI省玉生希033不明印，舞ETKT乜年捧燈段是看*屈舟卓m用國科1-H就之品133c1SCC4J55O

10、0的206”55000225S0CC獨1前5映皿浪26601456期便39OM1 S3-S：ocoo經(jīng)65雙332326"-6JT6595£-1433523 JC43頰UH 35419i?C9537S3CL7S：J5000226SXC370856 261147332 B&4-U1潮門善41320a go:史JC65K9215三神M7笈*20000227CC0C3=9'30 57130706542=-762936 5：525165C1327939215逼第9瑚3S59i114?25000257500C期的出156002075-4189976I班12S810IC

11、39您弼OCSi34=265 02：630C0022BCC0C33947049_T點卷或嘀鐮幽23101249-15SCC73T1CS9C2S2的'國內(nèi)3500022B5CCC323316 S3£2MC1211974573599殳把書32-：SK 61： 5100002200000打*66百取三55E務1:?1255 33圖4常規(guī)條件下的儲能投收益測算結(jié)果當前及未來一段時間，電池充放電效率、逆變器效率、電池年衰減系數(shù)、電池充放電深度、維護成本不會有太大變化，當儲能電池容量按最小需求容量配置時，季差容量利用率等于1,在峰平谷電價一定的條件 下，對投資收益影響較大的因素主要有：年

12、運行天數(shù)、初期建設單位成 本(電池單位成本+PCS逆變器單位成本)、平峰折算系數(shù)，如上圖黃 色標注所示。3.5初期建設單位成本的考察設定測算條件如下，考察初期建設單位成本：(1)建設總?cè)萘?500kWh ;(2)電池循環(huán)深度按90%計；0.5,即每年完成330(3)每年運行按330天計，平峰折算系數(shù)設定為 個谷峰循環(huán)+330*0.5個平峰循環(huán)；(4)峰谷價差0.8元，平谷價差0.3元計。結(jié)果如下：(1)初期建設單位成本為 1.5元/瓦時，初期建設總成本 225萬，回 收期67年；(2)初期建設單位成本為 1.3元/瓦時，初期建設總成本，回收期56 年；(3)初期建設單位成本為 1.1元/瓦時，

13、回收期45年；上述條件下，初期建設成本為1.2元/瓦時，項目回收期正好在 5年左右，如圖5所示IWOZfi5(加不早二二Fm F1F 1，工 1JBJ11W口耳千中二七基里掙fci Pj1*1 1-E j ,造LACSq汨Ei r»,f -J5000isoccffi1033P-TTT-尸 11通IMGW5OGit) 2061 金905O0C3«iy5C以50 56a：JlC5d?；WJ也1或5J521?553W751DOQ0jaicoocJ3S232ipGJLS下呼*>5IS33式獨收mUHJ.5119170953?&3C 1 737J15000閭即cc36詞

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15、412S5 839：圖5初期建設成本降至1.2元/瓦時的儲能投資收益測算結(jié)果4、儲能系統(tǒng)投資收益靜態(tài)測算的數(shù)學模型4.1 最簡單的數(shù)學模型不考慮電池容量隨時間的衰減，忽略每年的維護成本，假定每年的電價（峰時電價、谷時電價、平時電價）相同，假定每年的運行狀況（運行天數(shù)，平峰折算系數(shù)）相同，則累計收益 y1 ：y1=k1*a*t其中，t 表示運行年份；a 表示系統(tǒng)建設容量；k1 表示單位容量的電池每年產(chǎn)生的收益；在上述假定條件下， k1 、 a 都是常量，累計收益是時間 t 的一次函數(shù)。投入總成本y0 ：y0=k0*a其中，a 表示系統(tǒng)建設容量；k0 表示初期建設每瓦單位成本；投入總成本是時間 t

16、 的常量函數(shù)?？赏ㄟ^方程y1=y0求解。即：k1*a*t=k0*a也就是圖6中兩條直線交叉的年限to從上面的方程可以看出，在不考 慮電池容量隨時間的衰減，忽略每年的維護成本，假定每年的電價（峰 時電價、谷時電價、平時電價）相同，假定每年的運行狀況（運行大 數(shù)，平峰折算系數(shù)）相同的條件下，儲能項目的回收期與投建規(guī)模無 關(guān)。4.2各因素的影響如圖7所示，隨著初期建設每瓦單位成本的下降，投入總成本曲線向下 平移，項目回收期會縮短。圖7初期建設單位成本下降的影響其余條件與最簡單的數(shù)學模型相同，但考慮電池容量隨時間的衰減，如 圖8所示，累計收益曲線逐漸向下偏離最簡單數(shù)學模型的累計收益曲 線，項目回收年限

17、變長。圖8電池容量衰減的影響再考慮每年的維護成本，如圖 9所示，儲能投入總成本會隨著時間略微 上翹，但MW級別的充電站，維護成本僅占投入總成本很小的比例，雖 然其會延長項目回收年限，但影響可以忽略不計。另外，一個很顯然的事實是，隨著系統(tǒng)建站容量的減小，維護成本對項 目回收年限的影響會逐漸增大。圖9電池容量衰減疊加維護成本的影響峰、平、谷電價差會影響最簡單數(shù)學模型中累計收益直線的斜率。每年運行天數(shù)、平峰折算系數(shù)的變化會影響橫向坐標，在最簡單的數(shù)學 模型中也可以看作對累計收益直線斜率的影響。5、靜態(tài)測算存在的問題及解決上面儲能系統(tǒng)投資收益的靜態(tài)測算，并未考慮負荷端用電成本對充電需 求的影響，對于自

18、用電且用電需求不能在峰、平、谷之間轉(zhuǎn)移的情形是 沒有問題的。但通常來說，用電成本的上升會抑制充電需求。只有在用電成本（服務費+峰、平、谷電價）的變化對充電需求沒有影響或影 響很小的前提下，上述分析才有意義。如果充電成本的上升抑制了峰時 充電需求，那么項目回收期會變長。那么怎么解決這個問題呢?前面儲能電池容量計算的時候提到，如果想充分利用儲能設備，盡快收回投資，則應按最小需求容量配置儲能電池（不考慮電池的衰減），此時電池在一年中各月都滿負荷運行?？梢钥闯觯瑸榱吮ＷC電池在一年中各月都滿負荷運行，計算儲能電池容量的時候，得考慮用電成本（服務費 +峰、平、谷電價）的變化對充電需求的影響。因此，實際用于

19、計算的峰時用電量，得考慮用電成本變化造成的影響。6、分析總結(jié)簡單做一下回顧。o 如圖 5 所示，電池循環(huán)深度按90%計，每年完成330 個谷峰循環(huán)+330*0.5個平峰循環(huán)，峰谷價差 0.8 元、平谷價差0.3 元，初期建設單位成本為 1.2元 / 瓦的條件下， 項目回收期正好在5 年左右 。o 從最簡單的數(shù)學模型可知道，在不考慮電池容量隨時間的衰減，忽略每年的維護成本，假定每年的電價（峰時電價、谷時電價、平時電價）相同，假定每年的運行狀況（運行天數(shù)，平峰折算系數(shù)）相同的條件下，儲能項目的回收期與投建規(guī)模無關(guān)。o 如圖 7 所示，在最簡單的數(shù)學模型中，隨著初期建設每瓦單位成本的下降，投入總成本曲線向下平移，項目回收期會縮短。o 其余條件與最簡單的數(shù)學模型相同，但考慮電池容量隨時間的衰減，如圖8 所示，累計收益曲線逐漸向下偏離最簡單數(shù)學模型的累計收益曲線，項 目回收年限變長。o 再考慮每年的維護成本，如圖 9 所示，儲能投入總成本會隨著時間略微上翹，但 MW 級別的充電站，維護成本僅占投入總成本很小的比例，雖然其會延長項目回收年限，但影響可以忽略不計。另外，一個很顯然的事實是，隨著系統(tǒng)建站容量的減小，維護成本對項目回收年限的影響會逐漸增大。峰、平、谷電價差會影響最簡單數(shù)學模型中累計收益直線的斜率。每年運行天