變電站蓄電池組改造的資產(chǎn)投資策略研究

桂 丹 陳婉菲 徐向麗

（國網(wǎng)河南省電力公司信息通信分公司財務(wù)資產(chǎn)部）

0 引言

傳統(tǒng)的電池組測試方法是被動的、滯后的。通過分析調(diào)查預(yù)測蓄電池組壽命，可以有效提高蓄電池組維護(hù)效率，一旦發(fā)現(xiàn)蓄電池組預(yù)測容量明顯下降，可以及時干預(yù)，找出并消除導(dǎo)致蓄電池組下降的異常原因。評估何時更換蓄電池組，縮短測試周期，加快測試速度，可以減少直流系統(tǒng)單次充電的運(yùn)行時間，降低變電站直流系統(tǒng)的運(yùn)行風(fēng)險［1］。

1 研究意義

在2015～2021年期間，某供電公司更換的蓄電池組的統(tǒng)計圖顯示，每個電池的平均壽命約為7年。在這些蓄電池組中，壽命為8年或更短的蓄電池組占所有更換蓄電池組的94%。電池的使用年限會被各種因素影響，比如說生產(chǎn)原材料、生產(chǎn)工藝、運(yùn)行流程、工作環(huán)境和維護(hù)電池的規(guī)章制度等［2-4］。

圖 2015～2021年某供電公司更換蓄電池組示意圖

2 研究方法

電力設(shè)備的全壽命周期成本，簡稱LCC。是指在設(shè)備正常運(yùn)行的情況下，從它的設(shè)計、制造、運(yùn)行、故障、維護(hù)和最后失去生產(chǎn)作用后處理等涉及到的全部費(fèi)用?；诖?，國內(nèi)和國際對能源系統(tǒng)生命周期成本的研究主要集中在資產(chǎn)價值高的高壓初級設(shè)施上，而對一些資產(chǎn)價值低的設(shè)備的生命周期成本研究則有些空白。變電站直流系統(tǒng)蓄電池組等低壓設(shè)備也需要科學(xué)的管理策略，進(jìn)行全壽命周期成本研究?；谏鲜鰳?biāo)準(zhǔn)，本文分析了蓄電池組全生命周期成本計算的最佳維護(hù)和檢修策略。

3 蓄電池組改造處理方案

變電站蓄電池由幾個單體蓄電池串聯(lián)起來形成一個組，組內(nèi)一個蓄電池的故障會導(dǎo)致整個組變質(zhì)或不發(fā)揮作用。當(dāng)新舊電池混合時，或不同的電池混合時，終端電壓和內(nèi)部電阻是不同的，因為不同的電池有不同的化學(xué)反應(yīng)物。當(dāng)依次使用時，不同的蓄電池在其終端會有不同的電壓，這將導(dǎo)致蓄電池過早損壞。當(dāng)混合使用后，蓄電池的容量可能在短時間內(nèi)達(dá)到要求值，但運(yùn)行一年以上后，一個或多個蓄電池將不再符合要求值，整個蓄電池將被丟棄。由于這些特點(diǎn)，有問題的蓄電池組不能被修復(fù)。

4 蓄電池管理的全壽命周期建模

全壽命周期成本法是一種概念和方法，該方法涵蓋了設(shè)備、系統(tǒng)和工程的計劃、研發(fā)、生產(chǎn)、安裝、運(yùn)行、維護(hù)、修改和翻新的一套流程，直到其使用壽命結(jié)束，并考慮了設(shè)備、系統(tǒng)和項目的長期經(jīng)濟(jì)影響，在滿足性能和可靠性要求的同時，最大限度地降低全壽命周期成本。使用的主要計算模型有：

其中，CF為故障成本；CO為運(yùn)行成本；CM為檢修維護(hù)成本；CI為投入成本；CD為廢棄成本；LCC為全命周期成本。

4.1 投入成本

根據(jù)蓄電池的采購和裝置的價錢，可以計算出蓄電池組的投入成本，見表1。

表1 蓄電池組投入成本

4.2 運(yùn)行成本

（1）設(shè)備維護(hù)成本

蓄電池組的設(shè)備維護(hù)成本主要費(fèi)用包括電壓測量、內(nèi)部電阻測量、外觀清潔和充放電檢查。由于蓄電池組充放電檢測的成本占設(shè)備維護(hù)成本的很大一部分，而且充放電檢測的策略也各不相同，下面將討論蓄電池組充放電檢測策略。蓄電池組的充放電測試是基于10h的完全放電率，放電時間為10h，充電時間約為15h。充放電時間約為26h。電池容量測試每項工作需要三個人，至少需要兩個工作日，以及另外兩名操作員的行動。每次容量測試的成本大約為8000元。

（2）環(huán)境維護(hù)成本

蓄電池在惡劣的環(huán)境中工作，對溫度非常敏感。蓄電池在20℃～25℃之間可以更好地工作，超高或超低的溫度都會影響其壽命。變電站中使用的所有空調(diào)都是傳統(tǒng)的單冷空調(diào)，其壽命很短，中斷連續(xù)運(yùn)行，而且不能加溫。如果選擇工業(yè)精密室內(nèi)空調(diào)，使用成本會增加。一般來說，這將涉及到目前的維護(hù)做法，即按照規(guī)格檢查放電，安裝一個民用空調(diào)，并對部分空調(diào)暫停運(yùn)行。據(jù)統(tǒng)計，在這種操作和維護(hù)下，電池組的壽命為6～8年，下面的統(tǒng)計考慮到了8年的最大壽命，我們將其定義為第一種操作模式，為模式一。

假設(shè)按照電池組的說明進(jìn)行了維護(hù)，蓄電池組的理論壽命為10～12年。經(jīng)過統(tǒng)計可以發(fā)現(xiàn)，蓄電池組最長使用年限為12年。此外，應(yīng)廠商的要求，在壽命周期內(nèi)進(jìn)行了大約23次驗證性功率測試。在機(jī)房內(nèi)使用精確的工業(yè)空調(diào)以確保工作環(huán)境溫度，定義為第二模式，為模式二，電池組的壽命為12年。

模式一，如表2所示，在模式一下的生命周期內(nèi)運(yùn)行成本等于8年生命周期內(nèi)核對性充放電次數(shù)與核對性充放電工作單價的乘積，再加上普通空調(diào)年均使用成本與使用年限的成績的總和。

表2 蓄電池組8年生命周期維護(hù)成本

模式二，這個方式下的生命周期內(nèi)運(yùn)行成本＝12年生命周期內(nèi)核對性充放電次數(shù)×核對性充放電工作單價＋精密工業(yè)空調(diào)年均使用成本×使用年限 ＝22×7500＋1500×12＝183000元，則各型號電池運(yùn)行成本相同。

5 討論

5.1 運(yùn)維策略的選擇

為了總結(jié)以上對各類型電池組的運(yùn)行和維護(hù)策略的分析，下面的表3顯示了蓄電池組的運(yùn)行和維護(hù)策略。

表3 運(yùn)維策略匯總

5.2 運(yùn)行方式的選擇

綜合以上分析，可以得出結(jié)論，不論哪種蓄電池類型，使用第一或第二種運(yùn)行維護(hù)策略的成本都低于第三或第四種策略。使用策略A或B的成本低于策略C或D，也就是說，使用第一種操作模式的蓄電池組的總成本低于第二種操作模式?；谧顝V泛使用的300Ah，110V的蓄電池組，模式一的蓄電池組的壽命約為8年，全生命周期成本約為人民幣115000元，平均年成本約為人民幣13000元。模式二運(yùn)行的蓄電池組的壽命約為12年，全生命周期成本約為28萬人民幣，平均每年的成本約為23400人民幣。

根據(jù)這些計算，模式一與模式二相比，模式一的每個蓄電池每年可節(jié)省約1萬元，或按每個電池400個蓄電池計算，每年約400萬元。因此，盡管模式一的電池壽命較短，但與模式二的電池相比，它們的運(yùn)營成本大大降低。因此，出于經(jīng)濟(jì)原因，我們選擇了模式一而不是模式二來操作和維護(hù)所有電池。

6 結(jié)束語

首先，所有的蓄電池都是以一對一的方式進(jìn)行操作和維護(hù)。最經(jīng)濟(jì)的方法是根據(jù)規(guī)范要求進(jìn)行有控制的放電，安裝家裝空調(diào)系統(tǒng)，并容忍家裝空調(diào)系統(tǒng)不能使用的部分時間。采用這種操作方法，蓄電池組的壽命約為8年。為了達(dá)到蓄電池組12年的設(shè)計壽命，每個供電企業(yè)每年需要增加約400萬人民幣的維護(hù)費(fèi)用。其次，每個不一樣的蓄電池組都應(yīng)該有不一樣的管理策略與之對應(yīng)。由于蓄電池組具有不同的容量、電壓水平和關(guān)鍵性，因此可以選擇不同的運(yùn)行和維護(hù)策略，在確保安全的同時實現(xiàn)最佳經(jīng)濟(jì)效益。