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編者按：隨著電力技術(shù)的不斷發(fā)展，微電網(wǎng)電池儲(chǔ)能技術(shù)作為一種新型的電力研發(fā)方向，受到了廣大科研人員的重視。

闡述微電網(wǎng)電池儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用特點(diǎn)，對(duì)微電網(wǎng)的電池儲(chǔ)能技術(shù)經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行研究分析，通過(guò)微電網(wǎng)和配電網(wǎng)之間的無(wú)縫對(duì)接，可以有效地提高電力資源的使用效率。

引言

微電網(wǎng)以分布式的方式接入到國(guó)家電網(wǎng)當(dāng)中，可以有效提高電力的使用效率。但是微電網(wǎng)儲(chǔ)能技術(shù)在應(yīng)用的過(guò)程中必須要從多個(gè)方面，對(duì)該技術(shù)的可行性進(jìn)行評(píng)估。主要從工程的構(gòu)建、經(jīng)濟(jì)性、安全性、可靠性、電力的穩(wěn)定性、運(yùn)行控制的便捷性和結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)合理性等方面。目前國(guó)內(nèi)外研究微電網(wǎng)儲(chǔ)能技術(shù)已經(jīng)取得了較大的進(jìn)展，將微電網(wǎng)應(yīng)用在智能電網(wǎng)系統(tǒng)當(dāng)中，可以實(shí)現(xiàn)多源頭協(xié)調(diào)控制、電力資源的綜合管理、配電網(wǎng)和微電網(wǎng)之間的交互、電能的質(zhì)量治理控制等，微電網(wǎng)電池儲(chǔ)能技術(shù)對(duì)未來(lái)我國(guó)智能電網(wǎng)的建設(shè)具有非常重要的作用。

1 微電網(wǎng)電池儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用特點(diǎn)

1.1微型性

在微電網(wǎng)應(yīng)用的過(guò)程中電壓一般都是控制在10 kV以下，也就是低于電網(wǎng)普通的運(yùn)行電壓。并且系統(tǒng)的整體電力容量，一般都是在兆瓦以下。因此在應(yīng)用的過(guò)程中主要是與用戶電力系統(tǒng)直接相連，從而實(shí)現(xiàn)電力的快捷使用。

1.2清潔性

微電網(wǎng)的電池儲(chǔ)能應(yīng)用過(guò)程中主要是利用分布式的清潔能源為電力來(lái)源，也就是說(shuō)微電網(wǎng)的電力都是來(lái)源于清潔能源，可以有效地提高電力資源的循環(huán)使用[1]。

1.3自治性

在微電網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的過(guò)程中不需要進(jìn)行人為的控制，因?yàn)槲㈦娋W(wǎng)電池在運(yùn)行的過(guò)程中具有很好的自動(dòng)平衡功能，從而保障電池電力資源的平衡穩(wěn)定。

1.4友好性

在電網(wǎng)組成中有穩(wěn)定安全的配電網(wǎng)系統(tǒng)、分布式電力系統(tǒng)和接入式電力系統(tǒng)，在大規(guī)模的分布式電力資源接入到電網(wǎng)當(dāng)中，會(huì)給電力資源造成波動(dòng)。但是微電網(wǎng)在應(yīng)用的過(guò)程中就可以避免這樣的情況發(fā)生，由于微電網(wǎng)和配電網(wǎng)之間是可以進(jìn)行實(shí)時(shí)的能量交換的，因此微電網(wǎng)在運(yùn)行的過(guò)程中可以保證較好的可靠性和多元化能源的交互利用。

2 微電網(wǎng)電池儲(chǔ)能技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

2.1運(yùn)行成本的模型

2.1.1磷酸鐵鋰儲(chǔ)能電池的特征

在電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程中越來(lái)越多的可再生電力資源的利用，成為了一個(gè)主要的發(fā)展方向，其中通過(guò)對(duì)資源的儲(chǔ)蓄是電力資源轉(zhuǎn)換的主要方式。比如說(shuō)抽水儲(chǔ)能、超導(dǎo)儲(chǔ)能和壓縮空氣儲(chǔ)能等，在所有的儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用的過(guò)程中通過(guò)經(jīng)濟(jì)性、可行性和能耗比的相互對(duì)比，最后可以確定出蓄水儲(chǔ)能和電池儲(chǔ)能是較為可靠的技術(shù)，但是蓄水儲(chǔ)能技術(shù)在應(yīng)用的過(guò)程中受到了地理環(huán)境和水資源的制約，因此在對(duì)比之后，人們將電池儲(chǔ)能技術(shù)作為一個(gè)主要的發(fā)展方向。

目前電網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)用的過(guò)程中主要有酸電池、液流電池和鐵鋰電池，從研究成果中可以發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)能電池的發(fā)展已經(jīng)取得了突破性的進(jìn)展。其中的磷酸鐵鋰電池憑借優(yōu)越的性能和穩(wěn)定的可靠性，在電力市場(chǎng)中受到了廣泛的關(guān)注，該電池的AH—200AH單體電池的產(chǎn)品研發(fā)一直處于行業(yè)的領(lǐng)先地位。

2.1.2磷酸鐵鋰電池主要優(yōu)點(diǎn)

1）工作溫度范圍廣，可以達(dá)到-25~60℃，在使用的過(guò)程中隨著電池電解液的化學(xué)變化，溫度還可以達(dá)到-40~70℃。

2）可以實(shí)現(xiàn)快速充放電，并且在充放電的過(guò)程中可以達(dá)到100%的資源轉(zhuǎn)換。

3）使用壽命非常久，可以在兩千次以上。

4）電池儲(chǔ)能可以達(dá)到普通鉛酸電池儲(chǔ)能的五倍左右。

5）單體電池的電壓非常高，可以達(dá)到3.7 V左右[2]。

2.2磷酸鐵鋰電池的運(yùn)行控制

在微電網(wǎng)運(yùn)行的過(guò)程中必須要保障運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性，在獨(dú)立運(yùn)行的過(guò)程中一般不會(huì)考慮微電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性，只有在微電網(wǎng)接入配電網(wǎng)之后，才需要計(jì)算微電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性。以陜西某區(qū)域的微電網(wǎng)并入配電網(wǎng)的過(guò)程為研究對(duì)象，該微電網(wǎng)的運(yùn)行結(jié)構(gòu)如圖1所示。


儲(chǔ)能電池的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性主要取決于微電網(wǎng)的運(yùn)行方式，通過(guò)對(duì)通過(guò)風(fēng)機(jī)和光伏的發(fā)電模塊進(jìn)行有效的優(yōu)化，調(diào)節(jié)該模塊的負(fù)荷工作情況。通過(guò)以下的調(diào)控方式來(lái)提高微電網(wǎng)的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。

2.2.1并網(wǎng)平衡控制

在微電網(wǎng)運(yùn)行的過(guò)程中需要將電力資源轉(zhuǎn)化到配電網(wǎng)當(dāng)中，因?yàn)樵诓⒕W(wǎng)的過(guò)程中需要讓微電網(wǎng)可以最大程度的吸收轉(zhuǎn)化可再生資源，從而更好地提高微電網(wǎng)的電力儲(chǔ)能。在并網(wǎng)的過(guò)程中很好地調(diào)整微電網(wǎng)和配電網(wǎng)之間的平衡，可以有效地降低微電網(wǎng)與配電網(wǎng)之間的功率損失[3]。

2.2.2峰谷時(shí)儲(chǔ)能運(yùn)行

微電網(wǎng)應(yīng)用的主要目的就是為了提高電力的利用率，可以使得可再生資源轉(zhuǎn)化為電能儲(chǔ)存在電池當(dāng)中，在用戶用電的過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)用電高峰期和低谷時(shí)期，可以通過(guò)微電網(wǎng)比如主網(wǎng)當(dāng)中，從而更加合理科學(xué)地調(diào)整電力的供應(yīng)順序，從而使得微電網(wǎng)資源可以發(fā)揮出最大的經(jīng)濟(jì)效益。在峰谷處儲(chǔ)能運(yùn)營(yíng)的過(guò)程中需要遵循的原則，就是在放電高峰的時(shí)間段微電網(wǎng)全部投入放電工況當(dāng)中，在用電回歸到低谷的時(shí)候，可以讓微電池盡量充電，從而達(dá)到微電網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行狀態(tài)。

2.2.3儲(chǔ)能充放電的分析

在儲(chǔ)能電池并入電網(wǎng)進(jìn)行用電高峰時(shí)期的工作時(shí)，電池的工作功率可以達(dá)到20 kW，在儲(chǔ)能電池處于用電低谷的過(guò)程中，該電池的最佳充電功率為16 kW，微電網(wǎng)的運(yùn)行效率需要調(diào)節(jié)配電網(wǎng)和微電網(wǎng)之間的并網(wǎng)功率，最佳的并網(wǎng)功率應(yīng)該是10 kW。

儲(chǔ)能電池在進(jìn)行充放電的過(guò)程中該磷酸鐵鋰電池的最大充分電功率和實(shí)際的電力儲(chǔ)能容量都具有一定的限制，在該微電網(wǎng)運(yùn)行的過(guò)程中儲(chǔ)能的最大充電功率可以達(dá)到64 kW，在運(yùn)行放電的過(guò)程中最大的功率可以達(dá)到80 kW。通過(guò)獨(dú)立運(yùn)行的功率和并網(wǎng)之后的運(yùn)行功率，進(jìn)行有效的對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)該微電網(wǎng)的儲(chǔ)能工作性能縮減了20%~80%左右。也就是說(shuō)磷酸鐵鋰電池在電能的容量縮減到20%的時(shí)候，不能繼續(xù)放電工作，需要采取待機(jī)處理。還有就是當(dāng)磷酸鐵鋰電池的電力儲(chǔ)能達(dá)到了80%的時(shí)候，就可以采取電池充電，也可以采取待機(jī)操作。

2.2.4磷酸鐵鋰電池的運(yùn)行成本分析

為了更好地研究該微電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性，需要分析計(jì)算出該磷酸鐵鋰電池運(yùn)行成本，在模擬計(jì)算的過(guò)程中為了確保運(yùn)行成本的可靠性，假設(shè)風(fēng)力、光伏和運(yùn)行負(fù)荷都處于相同的環(huán)境下。通過(guò)對(duì)儲(chǔ)能的次數(shù)，以及配電網(wǎng)和微電網(wǎng)之間的交互功率變化，從而計(jì)算磷酸鐵鋰電池的運(yùn)行成本。

在采取并網(wǎng)功率平衡處理的時(shí)候，該儲(chǔ)能電池的實(shí)際運(yùn)行情況如圖2所示。


在采取峰谷儲(chǔ)能電家的處理工作時(shí)，根據(jù)并網(wǎng)平衡的運(yùn)行可以得到下頁(yè)圖3的儲(chǔ)能電池的功率變化圖。

在采取并網(wǎng)功率定值的處理時(shí)，儲(chǔ)能電池的實(shí)際功率變化如圖3所示。

從圖1、2和下頁(yè)圖3、4中微電網(wǎng)運(yùn)行變化的趨勢(shì)中可以發(fā)現(xiàn)，該微電網(wǎng)在實(shí)際運(yùn)行的過(guò)程中只有在采取配電網(wǎng)與微電網(wǎng)并網(wǎng)，且功率設(shè)定為統(tǒng)一值的時(shí)候，該微電網(wǎng)的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效益才可以得到最大的發(fā)揮，并且在并網(wǎng)功率定值策略下電池的使用壽命可以達(dá)到最大，因?yàn)橐簿褪钦f(shuō)在并網(wǎng)定值功率的運(yùn)行管理的過(guò)程中微電網(wǎng)電池儲(chǔ)能技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)最好的經(jīng)濟(jì)性[4]。

2.2.5磷酸鐵鋰電池投資成本與效益分析


磷酸鐵鋰電池儲(chǔ)能的迅速發(fā)展有賴于儲(chǔ)能技術(shù)的革新帶動(dòng)成本大幅度下降。隨著儲(chǔ)能規(guī)模化的推廣和應(yīng)用，電池系統(tǒng)的性能提高和成本逐漸降低，在微電網(wǎng)中利用附近工業(yè)或一般工商業(yè)的峰谷電價(jià)差，在電價(jià)較低的谷期利用儲(chǔ)能裝置存儲(chǔ)電能，在用電高峰期使用存儲(chǔ)好的電能，避免直接大規(guī)模使用高價(jià)的電網(wǎng)電能，從而降低用戶的電力使用成本，從降低的用電單價(jià)中獲得收益具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

成本和效益測(cè)算分析如表1所示。


從表1分析，隨著電池成本的進(jìn)一步降低將會(huì)有良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)投資價(jià)值。

本文主要是針對(duì)該微電網(wǎng)中風(fēng)力、光伏和符合控制在一定的標(biāo)準(zhǔn)下，從而研究分析三者之間的變化，從而得出風(fēng)力、光伏和負(fù)荷，三者在不同工作環(huán)境下，會(huì)出現(xiàn)那些具體的變化，該研究策略是具有可靠性的。

3 結(jié)語(yǔ)

在今后的微電網(wǎng)電池儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用的過(guò)程中為了提高微電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)效益，可以采取微電網(wǎng)和配電網(wǎng)并網(wǎng)功率定值的管理方式，從而提高微電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性和可行性。

參考文獻(xiàn)

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原標(biāo)題：微電網(wǎng)電池儲(chǔ)能技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析