基于經濟成本的光伏電站儲能容量配置分析

陸如 劉自超

【摘? 要】太陽能是一種可再生新資源，太陽能發電是直接將光能轉變成電能的發電方式，光伏發電是太陽光發電的主流，利用太陽能級半導體電子器件，有效吸收太陽光輻射能，轉變成電能。光伏發電具有不確定性和隨機性，使供電也出現較大幅度的隨機性變化，系統在并網運行中產生瞬時功率就會大幅波動，影響供電質量、供電的穩定性和可靠性。將儲能技術引入光伏發電系統中，為平抑光伏出力的波動提供可能，光伏發電站要維持經濟運行，滿足出力波動性的要求，需要合理選擇儲能容量。

【關鍵詞】經濟成本;光伏電站;儲能容量配置

光伏發電具有間歇性、波動性和隨機性，在光伏電站，特別是大規模光伏并網電站中，儲能裝置具有重要的作用。儲能裝置能有效維持系統穩定，保證能量備用，提高電力品質及可靠性。因此，對基于電網調度要求及光伏電站運行成本的儲能容量優化進行研究是十分必要的。

1 儲能電池的容量優化

本次對儲能電池容量配置的優化，目的是實現最優的經濟成本，同時也是以滿足調度要求的基礎為基礎。本次研究構建成本函數，同時考慮光儲能站棄電能量和儲能電池的成本問題。光伏電站出力和參考出力波動的最大值依據調度中心的要求，對函數進行優化，滿足經濟成本的需求，獲得最小投資下的最優儲能容量，實現經濟效益的最優化。由于儲能電池容量的限制，以及最大充放電功率的約束，光儲電站在發電時必然會出現能量的損失，損失主要包括：

儲能電池放電深度用 D 表示，儲能額定容量用 E 表示，儲能電池放電深度取值 0.3，公式為：E min = E（t）D。光伏電站出力波動需要平抑，電池儲能技術不同，就會有不同的平抑效果，計算綜合成本，運行和維護成本用 C OM表示，投資成本用 C capital 表示，儲能系統容量為 E，儲能系統最大輸出功率為 P max。公式為：C capital = C P P max + C E E，以及 C OM = C Mf P max + C Mv E annual。

本文考慮到建設成本的問題，儲能電池使用釩電池，充電效率為0.7，投資成本 C capital 和運行維修成本 C OM 之和，就是儲能電池的成本 C。目標函數為儲能電池成本和棄電能量之和，公式為：F = a 1 b 1 S 1 + a 2 b 2 S 2 + C。最大充放電的功率、儲能容量、光儲出力波動性是目標函數的約束條件。

儲能容量約束表示為：E min < E（t）< EE min{= D

2 算例分析

依據 NREL 光伏觀測站的一日實測數據，使用 735 個觀測點，進行二次擬合。出力參考值從中獲取。根據經濟性的要求，計算最優的儲能容量。進行算例分析，假設有光伏電站的總裝機容量為 25MW，P cmax 為5MW，P dmax 為5MW，W c 和W d 分別為0.7，D 為0.3，a 1 和 a 2 分別為1，b 1 和 b 2 分別是4和 0.33。計算在不同波動性約束條件下，經濟型函數和最佳的儲能容量。實際出力和參考出力都有較大的波動性，要平抑出力波動需要使用儲能裝置。隨著儲能容量的增加，棄電能量不斷下降，隨著儲能容量的增加，儲能成本也不斷上升，隨著儲能容量的增加，目標函數顯示先減少然后增加。通過優化算法，能夠保證經濟成本和最佳的儲能容量。平均每天電池滿充滿放大約兩次，曲線波動小的同時也可以保證電池的壽命。

對出力波動性的要求越小，棄電損失也會減少，光儲聯合出力與出力參考值越接近。但同時需要的最佳儲能容量增加，儲能成本也會上升，相對應的儲能電池荷電狀態就會有更大的波動性，降低儲能電池的壽命。

結語

總之，在基于經濟成本的條件下，分析光伏電站儲能容量的配置，依據經濟性和儲能容量的選擇，提出相應的目標函數。通過算例反映出本次使用的優化模型能夠達到相應的效果，盡可能將輸出功率平滑輸出，將現有電網的運行調度和光伏出力相結合，提升對光伏出力的接納能力。波動性越小，最佳儲能容量越大，光儲電站的經濟性也越差。

參考文獻：

[1] 梁琛，王鵬，韓肖清，等.計及系統動態可靠性評估的光伏電 站 儲 能 經 濟 配 置 [J]. 電 網 技 術，2017，41（8）：2639 -2646.

[2] 劉大賀，韓曉娟，李建林.基于光伏電站場景下的梯次電池儲能經濟性分析 [J]. 電力工程技術，2017，36（6）：27 -31.

（作者單位：1上海電力大學;2國網山東省電力公司煙臺供電公司）