基于經(jīng)濟(jì)成本的光伏電站儲(chǔ)能容量配置分析

陸如 劉自超

【摘? 要】太陽(yáng)能是一種可再生新資源，太陽(yáng)能發(fā)電是直接將光能轉(zhuǎn)變成電能的發(fā)電方式，光伏發(fā)電是太陽(yáng)光發(fā)電的主流，利用太陽(yáng)能級(jí)半導(dǎo)體電子器件，有效吸收太陽(yáng)光輻射能，轉(zhuǎn)變成電能。光伏發(fā)電具有不確定性和隨機(jī)性，使供電也出現(xiàn)較大幅度的隨機(jī)性變化，系統(tǒng)在并網(wǎng)運(yùn)行中產(chǎn)生瞬時(shí)功率就會(huì)大幅波動(dòng)，影響供電質(zhì)量、供電的穩(wěn)定性和可靠性。將儲(chǔ)能技術(shù)引入光伏發(fā)電系統(tǒng)中，為平抑光伏出力的波動(dòng)提供可能，光伏發(fā)電站要維持經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，滿足出力波動(dòng)性的要求，需要合理選擇儲(chǔ)能容量。

【關(guān)鍵詞】經(jīng)濟(jì)成本;光伏電站;儲(chǔ)能容量配置

光伏發(fā)電具有間歇性、波動(dòng)性和隨機(jī)性，在光伏電站，特別是大規(guī)模光伏并網(wǎng)電站中，儲(chǔ)能裝置具有重要的作用。儲(chǔ)能裝置能有效維持系統(tǒng)穩(wěn)定，保證能量備用，提高電力品質(zhì)及可靠性。因此，對(duì)基于電網(wǎng)調(diào)度要求及光伏電站運(yùn)行成本的儲(chǔ)能容量?jī)?yōu)化進(jìn)行研究是十分必要的。

1 儲(chǔ)能電池的容量?jī)?yōu)化

本次對(duì)儲(chǔ)能電池容量配置的優(yōu)化，目的是實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的經(jīng)濟(jì)成本，同時(shí)也是以滿足調(diào)度要求的基礎(chǔ)為基礎(chǔ)。本次研究構(gòu)建成本函數(shù)，同時(shí)考慮光儲(chǔ)能站棄電能量和儲(chǔ)能電池的成本問(wèn)題。光伏電站出力和參考出力波動(dòng)的最大值依據(jù)調(diào)度中心的要求，對(duì)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，滿足經(jīng)濟(jì)成本的需求，獲得最小投資下的最優(yōu)儲(chǔ)能容量，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的最優(yōu)化。由于儲(chǔ)能電池容量的限制，以及最大充放電功率的約束，光儲(chǔ)電站在發(fā)電時(shí)必然會(huì)出現(xiàn)能量的損失，損失主要包括：

儲(chǔ)能電池放電深度用 D 表示，儲(chǔ)能額定容量用 E 表示，儲(chǔ)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(dòng)需要平抑，電池儲(chǔ)能技術(shù)不同，就會(huì)有不同的平抑效果，計(jì)算綜合成本，運(yùn)行和維護(hù)成本用 C OM表示，投資成本用 C capital 表示，儲(chǔ)能系統(tǒng)容量為 E，儲(chǔ)能系統(tǒng)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(shè)成本的問(wèn)題，儲(chǔ)能電池使用釩電池，充電效率為0.7，投資成本 C capital 和運(yùn)行維修成本 C OM 之和，就是儲(chǔ)能電池的成本 C。目標(biāo)函數(shù)為儲(chǔ)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(chǔ)能容量、光儲(chǔ)出力波動(dòng)性是目標(biāo)函數(shù)的約束條件。

儲(chǔ)能容量約束表示為：E min < E（t）< EE min{= D

2 算例分析

依據(jù) NREL 光伏觀測(cè)站的一日實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，使用 735 個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，進(jìn)行二次擬合。出力參考值從中獲取。根據(jù)經(jīng)濟(jì)性的要求，計(jì)算最優(yōu)的儲(chǔ)能容量。進(jìn)行算例分析，假設(shè)有光伏電站的總裝機(jī)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(jì)算在不同波動(dòng)性約束條件下，經(jīng)濟(jì)型函數(shù)和最佳的儲(chǔ)能容量。實(shí)際出力和參考出力都有較大的波動(dòng)性，要平抑出力波動(dòng)需要使用儲(chǔ)能裝置。隨著儲(chǔ)能容量的增加，棄電能量不斷下降，隨著儲(chǔ)能容量的增加，儲(chǔ)能成本也不斷上升，隨著儲(chǔ)能容量的增加，目標(biāo)函數(shù)顯示先減少然后增加。通過(guò)優(yōu)化算法，能夠保證經(jīng)濟(jì)成本和最佳的儲(chǔ)能容量。平均每天電池滿充滿放大約兩次，曲線波動(dòng)小的同時(shí)也可以保證電池的壽命。

對(duì)出力波動(dòng)性的要求越小，棄電損失也會(huì)減少，光儲(chǔ)聯(lián)合出力與出力參考值越接近。但同時(shí)需要的最佳儲(chǔ)能容量增加，儲(chǔ)能成本也會(huì)上升，相對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)能電池荷電狀態(tài)就會(huì)有更大的波動(dòng)性，降低儲(chǔ)能電池的壽命。

結(jié)語(yǔ)

總之，在基于經(jīng)濟(jì)成本的條件下，分析光伏電站儲(chǔ)能容量的配置，依據(jù)經(jīng)濟(jì)性和儲(chǔ)能容量的選擇，提出相應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)。通過(guò)算例反映出本次使用的優(yōu)化模型能夠達(dá)到相應(yīng)的效果，盡可能將輸出功率平滑輸出，將現(xiàn)有電網(wǎng)的運(yùn)行調(diào)度和光伏出力相結(jié)合，提升對(duì)光伏出力的接納能力。波動(dòng)性越小，最佳儲(chǔ)能容量越大，光儲(chǔ)電站的經(jīng)濟(jì)性也越差。

參考文獻(xiàn)：

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（作者單位：1上海電力大學(xué);2國(guó)網(wǎng)山東省電力公司煙臺(tái)供電公司）