基于经济成本的光伏电站储能容量配置分析

基于经济成本的光伏电站储能容量配置分析

秦晓伟

中广核新能源新疆分公司新疆乌鲁木齐830011

摘要：众所周知，光伏发电具有间歇性、波动性和随机性。在光伏电站，特别是大规模光伏并网电站中，储能装置具有重要的作用。储能装置能有效维持系统稳定，保证能量备用，提高电力品质及可靠性。因此，对基于电网调度要求及光伏电站运行成本的储能容量优化进行研究是十分必要的。电网的发展趋势是以坚强大电网为主干，辅以小而分散分布式供电，以减小由于局部故障引发的大面积停电危险;结合当地的自然资源，解决偏远地区缺电少电问题;以风、光为代表的可再生能源在电网中的渗透率逐步提高，以缓解雾霾、土地污染等日益严峻的环境问题。

关键词：经济成本;光伏电站;储能容量配置

引言

随着现代社会人类对能源和环境保护的协调发展的认知越来越高，同时面临对能源的需求越来越大，光伏发电技术越来越受到重视。但是光伏发电产生的电源具有一定的间断性、波动性的特点，导致光伏发电无法持续性的供电和夜间无法发电的状况，不能满足对负荷的连续性需求。引入储能技术能较好地改善光伏发电系统特性，实现系统的持续供电和系统的稳定性。光伏发电有随机性、波动性和间歇性，储能装置发挥着重要的作用，对于维持系统的稳定、电力的品质和保证能量备用有重要的意义。因此在考虑经济成本和电网调度要求的基础上，优化光伏电站储能容量配置十分必要。本次基于经济成本的问题提出成本经济函数，考虑储能电池的容量问题、充放电最大功率的约束，以及调度计划，可以满足出力波动性的限制，也能够保证光伏电站的经济性，优化目标函数，确定最优储能容量，为光伏电站的储能配置提供参考。

1光伏发电系统

对于光伏发电而言，它是一种将太阳能转换成电能的新型技术，这种转化主要是通过半导体界面的光伏特效应有效实现的。光伏发电系统是由三个部分共同组成的，分别是太阳能电池板、控制器以及逆变器。相比于传统的火力发电方式，光伏发电技术表现出了很大的优势，主要表现在如下几个方面：（1）光伏发电技术所利用的来源为太阳能，太阳能取之不尽，具有无枯竭性，不用担心资源的过渡消耗而带来的其它一系列问题；（2）从理论上来说，只要有太阳照射到的地方，都具备实现光伏发电的条件，因此光伏发电技术不会受到区域限制；（3）光伏发电具有便捷性特点，不同于活力发电，它的操作环境并不需要燃烧煤炭等资源，同时也不需要对复杂的电线进行架设。当然，光伏发电技术发展不就，还有一些不完善的地方，难免会存在一些弊端，主要表现在如下几个方面：（1）太阳光照射的分布密度相对较小，为了满足发电需求，必须大面积地对太阳能电池板进行建设；（2）光伏发电技术会在很大程度上收到天气因素的影响，只有再晴朗的天气环境下，才能对太阳能进行有效的收集，并在此基础之上将其转化为电能；（3）虽然太阳能本身没有污染，且资源具有无枯竭性的特点，但是在对光伏板进行制造时，会存在高污染、高能耗的弊端。

2储能电池的容量优化

本次对储能电池容量配置的优化，目的是实现最优的经济成本，同时也是以满足调度要求的基础为基础。本次研究构建成本函数，同时考虑光储能站弃电能量和储能电池的成本问题。光伏电站出力和参考出力波动的最大值依据调度中心的要求，对函数进行优化，满足经济成本的需求，获得最小投资下的最优储能容量，实现经济效益的最优化。由于储能电池容量的限制，以及最大充放电功率的约束，光储电站在发电时必然会出现能量的损失，损失主要包括:第一，在电池充电状态下，t时间充满储能电池，不能继续充入多余，只能舍弃。这部分舍弃的能量为S1。公式表示为:

本文考虑到建设成本的问题，储能电池使用钒电池，充电效率为0.7，投资成本Ccapital和运行维修成本COM之和，就是储能电池的成本C。目标函数为储能电池成本和弃电能量之和，

3算例分析

依据NＲEL光伏观测站的一日实测数据，使用735个观测点，进行二次拟合。出力参考值从中获取。根据经济性的要求，计算最优的储能容量。进行算例分析，假设有光伏电站的总装机容量为25千瓦，Pcmax为千瓦，Pdmax为5千瓦，Wc和Wd分别为0.7，D为0.3，a1和a2分别为1，b1和b2分别是4和0.33。计算在不同波动性约束条件下，经济型函数和最佳的储能容量。实际出力和参考出力都有较大的波动性，要平抑出力波动需要使用储能装置。随着储能容量的增加，弃电能量不断下降，随着储能容量的增加，储能成本也不断上升，随着储能容量的增加，目标函数显示先减少然后增加。通过优化算法，能够保证经济成本和最佳的储能容量。平均每天电池满充满放大约两次，曲线波动小的同时也可以保证电池的寿命。

假设在光伏电站调度中心中，要求波动性为5%和10%，使用同样的方法对两种情况进行优化，以最佳储能容量为基础，计算其经济性的目标函数，保证其经济成本。在不同波动性下，计算系统优化结果，5%波动性约束条件下，储能成本为7.55万元，弃电损失2.55万元，最佳储能容量为3.42千瓦。在10%的波动性约束条件下，储能成本为7.24万元，弃电损失2.63万元，最佳储能容量为3.38千瓦。在没有波动性约束条件下，储能成本为7.13万元，弃电损失2.71万元，最佳储能容量为3.29千瓦。对出力波动性的要求越小，弃电损失也会减少，光储联合出力与出力参考值越接近。但同时需要的最佳储能容量增加，储能成本也会上升，相对应的储能电池荷电状态就会有更大的波动性，降低储能电池的寿命。

结语

总之，在基于经济成本的条件下，分析光伏电站储能容量的配置，依据经济性和储能容量的选择，提出相应的目标函数。通过算例反映出本次使用的优化模型能够达到相应的效果，尽可能将输出功率平滑输出，将现有电网的运行调度和光伏出力相结合，提升对光伏出力的接纳能力。波动性越小，最佳储能容量越大，光储电站的经济性也越差。

参考文献:

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