分布式儲能項目經濟性分析及應用

盛化才

上海置信節能環保有限公司

1 引言

當前我國能源與環境問題日益突出，國家正在大力推進能源轉型的發展。隨著新一輪電力體制改革和能源供需格局的變化，我國的能源生產和消費革命勢在必行。2017年10月，國家相關部委出臺了《關于促進儲能技術與產業發展指導意見》，明確了促進我國儲能技術與產業發展的重要意義、總體要求、重點任務和保障措施。指導意見指出，儲能是智能電網、可再生能源高占比能源系統、“互聯網+”智慧能源的重要組成部分和關鍵支撐技術[1]。加快儲能技術與產業發展，對于構建“清潔低碳、安全高效”的現代能源產業體系，推進我國能源行業供給側改革、推動能源生產和利用方式變革具有重要戰略意義。

隨著儲能技術發展和投資成本降低，分布式儲能的應用十分廣泛[2]。國家鼓勵在用戶側建設分布式儲能系統，支持用戶側建設一定規模的電儲能實施參與調頻、調峰等輔助服務。當期，我國還沒有出臺與儲能相關的政策體系和價格機制，儲能行業財政補貼有關政策、辦法目前還比較少[3]。用戶側儲能的經濟效益取決于電力市場分時電價政策，以及用戶使用儲能所需實現的具體功能。用戶側分布式儲能項目主要包括工商業削峰填谷及需求側響應，分布式儲能項目可實現削峰填谷、減少電費、消納清潔能源、提高供電可靠性、避免電力增容等重要作用。國內已有的分布式儲能項目多以示范應用為主，面臨技術選擇、性能需求、投資成本及安全性等問題[4]。

以上海某電氣設備制造企業分布式儲能項目為例，對分布式儲能項目的應用需求、技術方案、運行策略、項目經濟性進行分析，為類似項目提供借鑒參考。

2 項目需求

2.1 需求分析

分布式儲能一般安裝于工商業用戶端或園區，主要服務于電費管理，幫助用戶降低需量電費和電量電費。企業主要生產非晶合金變壓器，用電量較大且用電負荷主要集中在白天時段，晚上生產負荷較小。根據2016年企業用電量統計數據，每月平均用電量在60萬kWh，全部從電網購買。結合企業用電特點，參照上海市分時電價政策，利用峰谷電價差，考慮建設分布式儲能示范項目，降低企業用電成本、提高供電可靠性。圖1為該企業2016年典型月用電量統計圖。

圖1 典型月份用電量數據

2.2 建設原則

用戶側儲能項目建設要考慮的內容和基本原則包括：需求場景、用電負荷狀況、月（年）度用電量、變壓器容量及利用率、峰谷電價差及時段、配電系統接線及平面圖、場地狀況及采用的儲能技術。針對儲能技術要結合項目規模容量，綜合考慮儲能電池類型、充放電方式、系統效率、循環壽命、投資成本、占地面積、運行維護和安全性等因素。

3 項目方案

3.1 方案設計

綜合考慮項目需求及不同儲能技術性能，采用鉛碳電池儲能技術，建設規模容量250kW/1.2MWh。儲能系統由鉛碳蓄電池單元、儲能變流器（PCS）、電池管理系統（BMS）、電池監控系統和預裝式集裝箱組成，項目采用“削峰填谷”運行方式，儲能系統采用1個40呎標準集裝箱，占地約30平方米。儲能系統通過配電柜備用抽屜接入400V低壓母線。詳見圖2所示。

圖2 250kW/1.2MWh儲能系統架構圖

3.2 設備選型

（1）儲能電池

方案選用鉛碳蓄電池，蓄電池額定電壓為2V，額定容量為1 000Ah，本項目儲能系統共包括600只該型號電池，由300串2并組成，額定電壓為600V，電池組額定容量1 200kWh。該電池采用鉛碳技術并對電池的板柵、活性物質、殼體、電解液等進行全新設計，提高了電池循環使用壽命，產品設計壽命20年，70%DOD循環壽命可達3 500次。單體鉛碳電池參數詳見表1。

（2）儲能變流器

儲能變流器是連接電網與儲能電池組的電力電子接口設備，通過控制可實現電壓、電流的交直流雙向變換功能，并通過控制策略實現對電池系統的充放電管理、負荷功率跟蹤、電池儲能系統充放電功率控制。本項目采用250kW儲能變流器。

儲能變流器在整個系統中起著核心作用，具有高轉換效率、寬電壓輸入范圍、快速并離網切換和方便維護等特點，同時具備完善的保護功能，如孤島保護、直流過壓保護和低電壓穿越等，滿足系統并、離網要求。

（3）電池管理系統

電池管理系統由電池組管理單元BMU、電池組串管理系統MBMS和電池堆管理系統BAMS等組成。電池管理系統主要包括電池組的電壓、電流、溫度等狀態信息的采集，以及容量診斷SOC、電池健康狀況預估SOH和電池的均衡等工作，同時將電池組的各種運行狀態、各類報警等信息及時上傳給遠程服務器綜合管理系統，綜合管理系統通過BMS上傳的各種信息進而控制逆變器對電池組進行有效地充放電，達到調峰調頻、削峰填谷等作用，以提高大容量可再生電源的可控性、可調度性以及可預測性，實現整個儲能系統的優質、可靠運行。

3.3 系統配置

本項目儲能系統配置見表2。

表1 單體鉛碳電池參數

表2 儲能系統配置參數

3.4 循環回收

鉛碳電池儲能系統廠家通常擁有具備回收資質的成員公司，負責產品的回收、冶煉，實現能源再生，把對資源的能耗降至最低。鉛的直收率由傳統工藝80%～85%提升至98%以上，實現節能減排、資源循環綜合利用。鉛碳電池在達到使用壽命之后，由鉛碳電池廠家負責上門回購，回收價格約為電池售價的20%～30%。

4 經濟性分析

4.1 分時電價及時段

根據上海市物價局關于合理調整電價結構有關事項的通知（滬價管〔2017〕17號），上海市大工業用電（1～10kV）峰谷平時段及電價如下：

夏 季 ：峰 時 段（8：00-11：00、13：00-15：00，18：00-21：00），平時段（6：00-8：00、11：00-13：00、15：00-18：00，21：00-22：00），谷時段（22：00-次日6：00）；峰時段電價 1.132 元/kWh，平時段電價0.700元/kWh，谷時段電價0.264元/kWh。

非夏季：峰時段（8：00-11：00、18：00-21：00），平 時 段（6：00-8：00、11：00-18：00 時 、21：00-22：00），谷時段（22：00-次日 6：00）；峰時段電價1.097元/kWh、平時段電價0.665元/kWh、谷時段電價0.335元/kWh。

4.2 運行策略

結合鉛碳電池循環壽命及充放電周期較長，一般一個循環次數采用一充多放的運行方式，本項目可選擇在低谷時段22：00-06：00進行充電時間，在高峰時段 08：00-11：00、13：00-15：00（夏季）、19：00-21：00進行放電，項目在夏季和非夏季的運行方式見圖3和圖4。

圖3 儲能系統夏季運行方式示意圖

圖4 儲能系統非夏季運行方式示意圖

4.3 經濟性分析模型

本項目儲能系統的收益主要來源于峰谷電價差收益。以上海市普通工業峰谷電價計算儲能系統在削峰填谷中的經濟效益，按照夏季3個月、非夏季9個月進行計算。根據上述運行方式和夏季、非夏季電價，給出基于峰谷電價差收益的儲能項目收益計算模型：

式中：benefit——利用峰谷電價差通過充放電實現的收益

D——儲能電池的日放電量

C——儲能電池的日充電量

td1，td2…tdi——儲能電池在i個放電時段的持續放電時間

Psd1，Psd2…Psdi——儲能電池在i個放電時刻所對應的夏季電價

Pnd1，Pnd2…Pndi——儲能電池在i個放電時刻所對應的非夏季電價

tc1，tc2…tcj——儲能電池在j個充電時段的持續充電時間

Psc1，Psc2…Pscj——儲能電池在j個充電時刻所對應的夏季電價

Pnc1，Pnc2…Pncj——儲能電池在j個充電時刻所對應的非夏季電價

SD——儲能電池在一年中夏季運行天數ND——儲能電池在一年中非夏季運行天數

4.4 經濟性影響因素[5]

根據上述分析，現階段分布式儲能項目的經濟性主要影響因素包括：項目投資成本、當地峰谷電價差、峰谷平時段、電池壽命、儲能充放電方式、企業用電量、生產運行狀況和電池梯級利用及回收成本等。據統計數據顯示，廣東省、江蘇省、上海市等峰谷電價差較大的地區（一般電價差大于0.75元/kWh），儲能項目已具有經濟性，部分地區已建設較大規模的儲能示范項目[6]。

5 結論

隨著儲能技術日趨成熟、降低電池成本、提升電池壽命和安全性，儲能產業必將創造巨大的市場商機，儲能在用戶側規模化應用是儲能的重點發展方向。當前，各類儲能技術已經開展商業或示范應用，在部分地區建設用戶側分布式儲能項目已具有經濟性。分布式儲能項目通過峰谷電價差套利是最主要的盈利手段，根據不同地區的政策，需量電費管理和需求側管理是輔助盈利點。