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光儲系統,一文詳盡光伏儲能的類型、模式、成本

2019-11-14

自能源局2018年5月31號發布新的政策,分布式光伏只安排10G左右的補貼規模,而在2018年6月1號之前,全國分布式光伏的安裝規模已經突破了10GW,因此2018年6月后,分布式光伏可能已沒有國家補貼。如果沒有補貼,全額上網的項目、自用比例較少的項目、電價較低的地區,收益將大幅下降,沒有投資價值。純光伏項目投資收益下降,于是大家將目光投向光伏儲能,希望在這個領域有所突破,增加新收益。

光伏儲能與并網發電不一樣,要增加蓄電池,以及蓄電池充放電裝置,雖然前期成本要增加20-40%,但是應用范圍要寬廣很多。下面會從儲能的類型、商業模式、設計方案等方面講下儲能,希望大家看完對儲能有初步的了解。

1、儲能系統的類型

根據不同的應用場合,太陽能光伏儲能發電系統分為離網發電系統、并離網儲能系統、并網儲能系統和多種能源混合微網系統等四種。

01光伏離網發電系統

光伏離網發電系統,不依賴電網而獨立運行,應用于偏僻山區、無電區、海島、通訊基站和路燈等應用場所。系統由光伏方陣、太陽能控制器、逆變器、蓄電池組、負載等構成。光伏方陣在有光照的情況下將太陽能轉換為電能,通過太陽能控制逆變一體機給負載供電,同時給蓄電池組充電;在無光照時,由蓄電池通過逆變器給交流負載供電。

離網發電系統示意圖

圖1、離網發電系統示意圖

光伏離網發電系統是專門針對無電網地區或經常停電地區場所使用的,是剛性需求,離網系統不依賴于電網,靠的是“邊儲邊用”或者“先儲后用”的工作模式,干的是“雪中送炭”的事情。對于無電網地區或經常停電地區家庭來說,離網系統具有很強的實用性,目前光伏離網度電成本約1.0-1.5元,相比并網系統要高很多,但相比燃油發電機的度電成本1.5-2.0元,更經濟環保。

02并離網儲能系統

并離網型光伏發電系統廣泛應用于經常停電,或者光伏自發自用不能余量上網、自用電價比上網電價貴很多、波峰電價比波谷電價貴很多等應用場所。

并離網發電系統示意圖

圖2、并離網發電系統示意圖

系統由太陽電池組件組成的光伏方陣、太陽能并離網一體機、蓄電池組、負載等構成。光伏方陣在有光照的情況下將太陽能轉換為電能,通過太陽能控制逆變一體機給負載供電,同時給蓄電池組充電;在無光照時,由蓄電池給太陽能控制逆變一體機供電,再給交流負載供電。相對于并網發電系統,并離網系統增加了充放電控制器和蓄電池,系統成本增加了30%左右,但是應用范圍更寬。一是可以設定在電價峰值時以額定功率輸出,減少電費開支;二是可以電價谷段充電,峰段放電,利用峰谷差價賺錢;三是當電網停電時,光伏系統做為備用電源繼續工作,逆變器可以切換為離網工作模式,光伏和蓄電池可以通過逆變器給負載供電。

03光伏并網儲能系統

并網儲能光伏發電系統,能夠存儲多余的發電量,提高自發自用比例,應用于光伏自發自用不能余量上網、自用電價比上網電價價格貴很多、波峰電價比波平電價貴很多等應用場所。系統由太陽電池組件組成的光伏方陣、太陽能控制器、電池組、并網逆變器、電流檢測裝置、負載等構成。當太陽能功率小于負載功率時,系統由太陽能和電網一起供電,當太陽能功率大于負載功率時,太陽能一部分給負載供電,一部分通過控制器儲存起來。

并網儲能系統示意圖

圖3、 并網儲能系統示意圖

在一些國家和地區,之前裝了一套光伏系統,后取消了光伏補貼,就可以安裝一套并網儲能系統,讓光伏發電完全自發自用。并網儲能機可以兼容各個廠家的逆變器,原來的系統可以不做任何改動。當電流傳感器檢測到有電流流向電網時,并網儲能機開始工作,把多余的電能儲存到蓄電池中,如果蓄電池也充滿了,還可以打開電熱水器。晚上家庭負載增加時,可以控制蓄電池通過逆變器向負載送電。

04微網儲能系統

微網系統由太陽能電池方陣、并網逆變器、PCS雙向變流器、智能切換開關、蓄電池組、發電機、負載等構成。光伏方陣在有光照的情況下將太陽能轉換為電能,通過逆變器給負載供電,同時通過PCS雙向變流器給蓄電池組充電;在無光照時,由蓄電池通過PCS雙向變流器給負載供電。

微電網可充分有效地發揮分布式清潔能源潛力,減少容量小、發電功率不穩定、獨立供電可靠性低等不利因素,確保電網安全運行,是大電網的有益補充。微電網可以促進傳統產業的升級換代,從經濟環保的角度可以發揮巨大作用。專家表示,微電網應用靈活,規??梢詮臄登咧敝翈资淄?,大到廠礦企業、醫院學校,小到一座建筑都可以發展微電網。

光伏微網儲能系統示意圖

圖4、光伏微網儲能系統示意圖

2、儲能發展的幾種商業模式

01. 動態擴容

我們都知道,變壓器的額定容量在出廠的那一刻起就是固定的,而當電力用戶由于后期某些需求的影響,造成變壓器滿額運行,就要進行擴容,據了解,一般地區的擴容費用都非常高,這個時候安裝儲能就可以實現動態擴容,避免花費大量金錢。

02. 需求響應

需求響應,說的簡單點,就是用戶根據電網發出的信號,改變負荷曲線的行為。我國的電力負荷曲線有個非常明顯的高峰,實行需求側響應能有效的改善這一現象。用戶的儲能設施參與需求響應后,電網會給一定的補償費用,或者依靠峰谷價差獲得收益。有一點需要注意,參與需求響應是要接受電網的調度。

03. 需量電費管理

想要知道儲能如何參與需量電費管理,首先一定要了解什么是需量電費,簡單點說,就是大工業客戶針對變壓器收取的電費,而無論是按變壓器的容量收取,還是按最大負荷收費,都無法滿足用戶的峰谷用電負荷特性,而儲能可以進行削峰填谷,改善這一狀況,減少需量電費。

04. 配套工商業光伏

隨著光伏補貼的退坡,光伏企業必須尋找新的模式提高收益。工商業光伏+儲能,可以提高自發自用率,從而減輕用戶的電費壓力,同時也可以白天對儲能電池充電,晚上放電,從而賺錢價差。

05. 峰谷價差

相信很多人對這個盈利模式一點也不陌生,目前大部分企業的盈利來源就是峰谷價差。峰谷價差是指根據電網的負荷變化情況,將每天24小時劃分為高峰、平段、低谷等多個時段,對各時段分別制定不同的電價水平,以鼓勵用電客戶合理安排用電時間,削峰填谷,提高電力資源的利用效率。

7月2日,國家發改委網站正式發布《關于創新和完善促進綠色發展價格機制的意見》,文件中說:“加大峰谷電價實施力度,運用價格信號引導電力削峰填谷。省級價格主管部門可在銷售電價總水平不變的前提下,建立峰谷電價動態調整機制,進一步擴大銷售側峰谷電價執行范圍,合理確定并動態調整峰谷時段,擴大高峰、低谷電價價差和浮動幅度,引導用戶錯峰用電。鼓勵市場主體簽訂包含峰、谷、平時段價格和電量的交易合同。利用峰谷電價差、輔助服務補償等市場化機制,促進儲能發展。利用現代信息、車聯網等技術,鼓勵電動汽車提供儲能服務,并通過峰谷價差獲得收益。完善居民階梯電價制度,推行居民峰谷電價?!睂τ谀壳暗姆骞入妰r水平,行業普遍認為,推動用戶側儲能行業的發展,峰谷電價差7毛是一個檻。

附江蘇峰谷電價表:

江蘇峰谷電價表

從上圖可以看出,江蘇最大的峰谷價差是0.9342元每千瓦時,當電差達到7毛以上,儲能就有盈利的可能性。峰谷電價差較大的在江蘇、北京等省市。

3、儲能系統設計和配置

以下以并離網儲能系統為例

01.那么如何去設計一個儲能系統呢?

可以看到,與并網系統相比較。逆變器要改為混合型逆變器,即并網和離網儲能一體功能的機器。同時要增加儲能蓄電池。

02.如何為儲能系統選配蓄電池呢?

由于是設計的是離并網一體儲能系統,負載用電可以由電網作為后備。那么蓄電池的選擇可以根據計劃儲存的能量來確定。例如,計劃配置可以儲存10度電的蓄電池,該如何選擇呢?10度電,即10 kWh,也就是10000VAh。

儲能電池容量公式

電池額定電壓:48V;及電池放電效率取94%;

考慮到電池壽命和性能,計算時采用鋰電池電池的放電深度(80%)。

鉛酸電池的放電深度一般在50%~70%。

1)選用鋰電池

計算所得電池容量

電池容量計算公式

鋰電電池常規規格48V,50Ah,可以選用6并聯,總容量300Ah。

2)選用鉛酸電池

電池容量計算公式

鉛酸電池放電深度取50%。

需要12V,100Ah鉛酸電池20節,進行4串5并連接,總容量500Ah。

這時,大家也許會有疑問:為什么鉛酸電池發電深度只有50%?

從循環此事與放電深度的關系曲線圖中可見,放電深度為50%,當有效容量變為60%時。循環充放電次數約500次。按照一天一次充放電,電池壽命不到兩年。所以適當增大電池容量,減小放電深度,可以延長電池的使用壽命。

循環次數與放電深度的關系

4、儲能蓄電池成本

從目前市場競爭格局來看,鋰電池和鉛蓄電池占據大部分電化學儲能市場。電化學儲能載體是各種二次電池,主要包括鋰離子電池、鉛蓄電池、鈉硫電池和液流電池等。先計算成本,儲能系統主要設備是儲能雙向變流器,儲能蓄電池和配套的電費等設備,目前大型的儲能蓄電池價格有所下降,鋰電池能做到每度1.6元,使用壽命約8-12年,充電效率約88%,鉛炭電池能做到每度0.7元,使用壽命約5-7年,充電效率約85%。盡管商業模式簡單明了,但投資回收期仍然很長。

總結,行業資深人士認為,儲能行業的發展還需要更多的產業政策支持,包括稅收、社會資本的接入、并網接入支持等更多有利的組合拳的形式,給市場提供一個良性的發展空間。CNESA 今年4月提供的行業研究白皮書顯示,中國的儲能市場未來3年主要場景分布中,商用節能占到27.8%,調峰調頻占到24.1%,戶用光伏占到18.5%。在政策上,峰谷電價差未來是否能夠擴大,在較長的投資回收周期中,電力價格的變化將對儲能項目的收益產生重大的影響。

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