光伏+储能”系统应用策略及技术经济性探讨-潘少峰

“ 光 伏 +储能 ”在微网系统中应用 策略 及 技术 经济性 探讨 田介花 林洋新能源研究院 2018.11 目 录CONTE NTS 一、光伏 +储能市场分析 二 、光 伏 +储能系统应用策略 三、林洋双面高效实证电站 四、电站设计及 EPC能力 一、光伏 +储能市场分析 储能市场发展前景 ➢ 必要性 ◆ 在于新能源逐渐引入现有电网系统 ，因其间歇性、波动性和不可预测 性对电网稳定运行和平滑管理带来 很大影响。 ◆ 储能将是实现新能源平滑接入 、调 峰调频和增强电网安全稳定运行的 重要因素 ➢ 迫切性 ◆ 在于市场新能源市场在未来几年会 大幅度提升。 ◆ 2016-2020全球新能源 预计装机量 855.7GW。 2050年光伏 +风力发电占全球电力结构的 48% ✓ 截至 2017 年底，全球已投运 储能 项目累计装机规模 175.4GW，同比增长 4%。 ✓ 抽水 蓄能的累计 装机规模占据 最大比重，为 96% ， 电化学储能紧 随其后 ，累计装机规模 占 比为 1.7% 。 ✓ 在 各类电化学储能技术中，锂离子电池的累计装机 占比 最大，超过 75%。 储能 市场装机规模 一、光伏 +储能市场分析  2017 年 ,新增装机 规模其中集中式 可再生能 源 并网占 比 为 33%，其次是 辅助 服务 ，占 比 26%。  集中式可再生能源并网、辅助服务、电网侧 、用户侧、电源侧中，锂离子电池占比分别 为 98%、 99%、 96%、 70%、 100%。 电化学储能市场  用户侧中应用的技术种类最多，包括 锂离子电池、铅蓄电池、液流电池、 锌 -空气电池等。 用户侧电池技术 一、光伏 +储能市场分析  2017年全球储能系统 市场收入约为 1943亿 美元，预计到 2024年 底将产生约 2960亿美 元的 收入 。  2018年 到 2024年的复 合年增长率约为 6.2％ 。 储能 市场规模预测 2018-2024市场预测 (来源： Zion Market Research） 一、光伏 +储能市场分析 目 录CONTE NTS 一、光伏 +储能市场分析 二 、光 伏 +储能系统应用策略 三、林洋双面高效实证电站 四、电站设计及 EPC能力 二、光伏 +储能系统应用策略 ➢ 削峰填 谷 光 伏 +储能解决方案策略 1 ➢ 工厂扩容 光伏 +储能解决方案策略 2 ➢ 孤岛微网 光伏 +储能解决方案策略 3 ➢ 充电桩微网 光伏 +储能解决方案策略 4 ➢ 电网不稳定区域 光伏 +储能解决方案策略 5 二、光伏 +储能系统应用策略 ➢ 削峰填 谷 光 伏 +储能解决方案策略 1 ➢ 工厂扩容 光伏 +储能解决方案策略 2 ➢ 孤岛微网 光伏 +储能解决方案策略 3 ➢ 充电桩微网 光伏 +储能解决方案策略 4 ➢ 电网不稳定区域 光伏 +储能解决方案策略 5 典型削峰填谷负荷曲线 削峰填谷 是一种调整用电负荷的策略，通过能量的转移， 降低负荷高峰 ， 填补负 荷低谷 ，常用的手段是通过配置光伏 +储能来实现该目标。 ✓ 对电网：峰谷差距减小，减少了备用机组，更好的利用电力。 ✓ 对客户 ： 用电峰值电价高，谷值电价低，通过削峰填谷，可以节省电费。 削 峰填谷的实现方式 ： 1. 用电量 谷值 时，储能系统 充电 ， 提高谷值的用电量，属于 填谷 。 2. 用电量 峰值 时，储能系统 放电 ， 降低峰值的功率，属于 削峰 。 3. 光 伏发电曲线一般处于用电峰值 区间，自发自用可以 降低用电峰 值功率 ，参与削峰。 二、光伏 +储能系统应用策略 – 削峰填谷 二、光伏 +储能系统应用策略 – 削峰填谷（项目模型） 项目模型信息 项目模型参考 《 工商业用户典型负荷曲线模式分析 》 ，王志勇 ，曹一家 项 目 模 型 参 考 曲 线 类别 项目信息 项目地点 南京某工厂 项目变压器容量 12.5MVA 工厂总负荷 10MW 工厂用电功率最高值 9200kW 工厂用电功率最低值 2000kW 工厂用电峰时段 8:00-18:00 工厂用电谷时段 0:00-8:00； 18:00- 24:00 电费 1-需量电价 用电最高值 *需量电价 电费 2-实际电费 峰谷时段电量 *相应电价 系统将从 9200kW削峰至 7500KW，削峰功率为 1700kW ，因此储能系统功率为 2MW。 工厂日用电负荷曲线 9200kW 7500kW 削峰 光伏 +储能 系统 原理图 系统原理 新增 设备 EMS（能量管理系统）是整个系统的控制核心 ，通过侦测电表来检测电网输入功 率，然后决定电池的充放电状态，以实现削峰填谷的目的。光伏完全自发自用。 二、光伏 +储能系统应用策略 – 削峰填谷（系统原理） 电网 企业 负载 光伏逆变器 P C S 储能 电池 E M S 光伏组件 侦测电表 二、光伏 +储能系统应用策略 – 削峰填谷（设计选型） 光伏系统容量 配置 厂区屋顶面积限制，光伏安装容量为 1.2MWp。 310W*3960=1227.6kW 林洋双面组件，正面功率 310W 60kW*20 380V并网组串逆变器 22块一串，共 8*8=64串 光伏组件组串配置 容配比 ： 1.023 光伏 系统 配置 二、光伏 +储能系统应用策略 – 削峰填谷（设计选型） 3MWh 削峰电量 电池 容量计算 削峰电量示意图 根据实际电量统计，削峰电量共计 3MWh。 电池 容量计算 1. 放电电量 =削峰电量。 2. 放电效率 =PCS（双向变流器）的工作效率 ，本项目采用 PCS效率为 97%。 3. 电池能量转化效率 =电池放出电量 /电池充 入电量，本项目锂电池为 95%，铅碳电池 为 88%。 4. 放电 深度（ DOD） =电池放电量与电池额 定容量的 百分比本项目中采用的磷酸铁锂 电池为 85%，铅碳电池为 70%。 电池 容量 = 放电 电量（削峰电量） /放电效率 /电池能量转化效率 /放电深度 二、光伏 +储能系统应用策略 – 削峰填谷（设计选型） 电池 容量计算 根据削峰电量及锂电池、铅碳电池的转换效率、放电深度不同，确定在该项目 中使用 4MWh锂电池或 5MWh铅碳电池。 电池 转化效率： 0.88 放电效率： 0.97 放电 深度 0.70 电池转化效率： 0.95 放电效率： 0.97 放电深度 0.85 磷酸铁锂电池 3MWh削峰电量 4MWh电池容量 铅碳电池 3MWh 削峰电量 5MWh 电池容量 电池 容量 = 放电 电量（削峰电量） /放电效率 /电池能量转化效率 /放电深度 二、光伏 +储能系统应用策略 – 削峰填谷（设计选型） 二、光伏 +储能系统应用策略 – 削峰填谷（设计选型） 无功补偿器的选型 增加 储能系统及光伏系统后 ， 电网侧 有功功率 P下降 、 无功功率 Q不变 ， 导致系统 的功率因数 降低 ， 为了保证 系统功率因数不低于 0.9， 需要增加无功补偿器 。 电力公司规定 ， 工厂用电功 率因数不得低于 0.9。 功率因数计算公式： （ P为有功功率 ， Q为无功功率 ） 本 项目中 无功 补偿器选择 380V， ±300kVar*3 峰谷电价 时间 功率 充电功率 (k W ) 光伏发电量 用电功率 (k W ) 初始无功功率 (k V A R ) 增加光伏+ 储能后无功 （k V A R ） 无功差值 (k V A R ) 0 : 0 0 - 1 : 0 0 2000 1000 0 3000 9 6 8 . 6 4 1 4 5 2 . 9 7 4 8 4 . 3 2 1 : 0 0 - 2 : 0 0 2000 1000 0 3000 9 6 8 . 6 4 1 4 5 2 . 9 7 4 8 4 . 3 2 2 : 0 0 - 3 : 0 0 2000 1000 0 3000 9 6 8 . 6 4 1 4 5 2 . 9 7 4 8 4 . 3 2 3 : 0 0 - 4 : 0 0 2000 1000 0 3000 9 6 8 . 6 4 1 4 5 2 . 9 7 4 8 4 . 3 2 4 : 0 0 - 5 : 0 0 2000 500 0 2500 9 6 8 . 6 4 1 2 1 0 . 8 1 2 4 2 . 1 6 5 : 0 0 - 6 : 0 0 2000 0 2 . 5 1 9 9 7 . 5 9 6 8 . 6 4 9 6 7 . 4 3 1 . 2 1 6 : 0 0 - 7 : 0 0 2200 0 4 6 . 9 7 2 1 5 3 . 0 3 1 0 6 5 . 5 1 1 0 4 2 . 7 6 2 2 . 7 5 7 : 0 0 - 8 : 0 0 3600 0 1 5 4 . 9 8 3 4 4 5 . 0 2 1 7 4 3 . 5 6 1 6 6 8 . 5 0 7 5 . 0 6 8 : 0 0 - 9 : 0 0 4800 0 2 9 2 . 1 6 4 5 0 7 . 8 4 2 3 2 4 . 7 5 2 1 8 3 . 2 5 1 4 1 . 5 0 9 : 0 0 - 1 0 : 0 0 6600 0 4 1 1 . 8 7 6 1 8 8 . 1 3 3 1 9 6 . 5 3 2 9 9 7 . 0 5 1 9 9 . 4 8 1 0 : 0 0 - 1 1 : 0 0 : 8800 - 8 0 2 . 7 6 4 9 7 . 2 4 7500 4 2 6 2 . 0 3 3 6 3 2 . 4 2 6 2 9 . 6 2 1 1 : 0 0 - 1 2 : 0 0 9200 - 1 1 6 7 5 3 2 . 9 9 7500 4 4 5 5 . 7 6 3 6 3 2 . 4 2 8 2 3 . 3 5 1 2 : 0 0 - 1 3 : 0 0 7000 1 0 2 4 . 9 5 2 4 . 9 7500 3 3 9 0 . 2 5 3 6 3 2 . 4 2 2 4 2 . 1 6 1 3 : 0 0 - 1 4 : 0 0 6500 1200 4 9 5 . 7 7 2 0 4 . 3 3 1 4 8 . 0 9 3 4 8 9 . 2 0 3 4 1 . 1 1 1 4 : 0 0 - 1 5 : 0 0 7000 4 0 9 . 7 9 6 5 9 0 . 2 1 3 3 9 0 . 2 5 3 1 9 1 . 7 8 1 9 8 . 4 7 1 5 : 0 0 - 1 6 : 0 0 7500 0 2 8 4 . 7 4 7 2 1 5 . 2 6 3 6 3 2 . 4 2 3 4 9 4 . 5 1 1 3 7 . 9 1 1 6 : 0 0 - 1 7 : 0 0 7300 0 1 5 1 . 2 8 7 1 4 8 . 7 2 3 5 3 5 . 5 5 3 4 6 2 . 2 8 7 3 . 2 7 1 7 : 0 0 - 1 8 : 0 0 7000 - 1 0 0 0 4 5 . 9 4 5 9 5 4 . 0 6 3 3 9 0 . 2 5 2 8 8 3 . 6 8 5 0 6 . 5 7 1 8 : 0 0 - 1 9 : 0 0 4000 - 1 0 0 0 3 . 6 1 2 9 9 6 . 3 9 1 9 3 7 . 2 9 1 4 5 1 . 2 2 4 8 6 . 0 7 1 9 : 0 0 - 2 0 : 0 0 3200 - 1 0 0 0 0 2200 1 5 4 9 . 8 3 1 0 6 5 . 5 1 4 8 4 . 3 2 2 0 : 0 0 - 2 1 : 0 0 2800 - 1 0 0 0 0 1800 1 3 5 6 . 1 0 8 7 1 . 7 8 4 8 4 . 3 2 2 1 : 0 0 - 2 2 : 0 0 2600 0 0 2600 1 2 5 9 . 2 4 1 2 5 9 . 2 4 0 . 0 0 2 2 : 0 0 - 2 3 : 0 0 2200 0 0 2200 1 0 6 5 . 5 1 1 0 6 5 . 5 1 0 . 0 0 2 3 : 0 0 - 2 4 : 0 0 2000 0 0 2000 9 6 8 . 6 4 9 6 8 . 6 4 0 . 0 0 峰值电价 平值电价 谷值电价 峰值电价 平值电价 集装箱 存放电池 电池房 存放电池 储能电池需要良好的防水及散热环境，本项目由于需要削峰时的电池容量非常 巨大，因此可使用 集装箱 或者新建电池房来存放电池。现在储能系统多用集装 箱安装，方便且节省建造费用。 储能电池的安放 二、光伏 +储能系统应用策略 – 削峰填谷（设备布置） 彩钢 瓦厂房储能及组件安装示意图 PCS及 电池安 装位置 平屋顶厂房储能及组件安装 示意图 PCS及 电池 安 装位置 光伏 +储能系统安装示意图 储能系统一般 靠近工厂厂房安装，是为了缩短与配电间的距离，可以降低传 输损耗，保证反应速度。而工厂 的配电间一般设置 在厂房 四 角的位置。 二、光伏 +储能系统应用策略 – 削峰填谷（设备布置） 二、光伏 +储能系统应用策略 – 削峰填谷（设备布置） 集装箱内部安装示意图 （以 平屋顶 2MW PCS+4MWh锂电池系统为例 ） 本项目采用 4个 30尺集装箱， 每个 集装箱内安装 500KW PCS 二、光伏 +储能系统应用策略 – 削峰填谷（设计选型） ① 1.2MW光伏 系统 通过 三 台并网配电柜，并 入 380V低压母线。 ② 4MWh储能电池通过 4台 500kW PCS接入 并网配电柜， 再 并入 380V低压 母线 。 电气主 接线图 （ 平屋顶 1.2MW光伏 +4MWh锂电系统） 峰谷价差电价 容量电价 二、光伏 +储能系统应用策略 – 削峰填谷（收益分析） 二、光伏 +储能系统应用策略 – 削峰填谷（收益分析） 电价区间 电价（元 /度） 用电量（度） 电费（元） 谷值（ 0-8） 0.3139 17800 5587.42 平值（ 12-17； 21- 24） 0.6418 46400 27019.78 峰值（ 8-12； 17- 21） 1.0697 42100 49634.08 日电费 82241.3 容量电费（月） 40元 /kW 9200kW 368000 年电费 3443.4万 工厂原年度 电费 日用电 量统计 表 峰谷电价 时间 初始用电量 （k W h ） 0 : 0 0 - 1 : 0 0 2000 1 : 0 0 - 2 : 0 0 2000 2 : 0 0 - 3 : 0 0 2000 3 : 0 0 - 4 : 0 0 2000 4 : 0 0 - 5 : 0 0 2000 5 : 0 0 - 6 : 0 0 2000 6 : 0 0 - 7 : 0 0 2200 7 : 0 0 - 8 : 0 0 3600 8 : 0 0 - 9 : 0 0 4800 9 : 0 0 - 1 0 : 0 0 6600 1 0 : 0 0 - 1 1 : 0 0 : 8800 1 1 : 0 0 - 1 2 : 0 0 9200 1 2 : 0 0 - 1 3 : 0 0 7000 1 3 : 0 0 - 1 4 : 0 0 6500 1 4 : 0 0 - 1 5 : 0 0 7000 1 5 : 0 0 - 1 6 : 0 0 7500 1 6 : 0 0 - 1 7 : 0 0 7300 1 7 : 0 0 - 1 8 : 0 0 7000 1 8 : 0 0 - 1 9 : 0 0 4000 1 9 : 0 0 - 2 0 : 0 0 3200 2 0 : 0 0 - 2 1 : 0 0 2800 2 1 : 0 0 - 2 2 : 0 0 2600 2 2 : 0 0 - 2 3 : 0 0 2200 2 3 : 0 0 - 2 4 : 0 0 2000 谷值电价 峰值电价 平值电价 峰值电价 平值电价 二、光伏 +储能系统应用策略 – 削峰填谷（收益分析） 工厂增加储能削峰后年度电费 （以平屋顶 2MW PCS+4MWh锂电池系统为例） 储能削峰前后负荷曲线 1. 峰值功率从最高 9.2MW降低 到 7.5MW。 2. 谷值功率从 2MW，升高到 3MW。 3. 电池充电在谷值电价与平值 电价两个时间段内，而放电 在峰值电价时间段 内。 峰值功率 9.2MW 峰值功率 7.5MW 电池放电 电池充电 电池充 电 电池放电 二、光伏 +储能系统应用策略 – 削峰填谷（收益分析） 电价 区间 电价价 格 （元 /度） 原用 电量 （度） 储能充 放电电 量 （度） 加储 能用 电量 （度） 原电费 （元） 现电费 （元） 节省电费 （元） 谷值 0.3139 17800 3400 21200 5587.42 6654.68 -1067.26 平值 0.6418 46400 2200 44300 27019.78 28431.74 -1411.96 峰值 1.0697 42100 -5000 41400 49634.08 44285.58 5348.5 日电 费 82241. 3 79372 2869.28 容量 电费 （月） 40元 /kW 9200k W 7500k W 36800 0 30000 0 68000 年电 费 （万 元） 3443.4 3257.1 186.3 工厂增加储能削峰后年度电费 （以平屋顶 2MW PCS+4MWh锂电池系统为例） 工厂电费计算清单 二、光伏 +储能系统应用策略 – 削峰填谷（收益分析） 工厂 增加光伏 +储能削峰后电费 （以 平屋顶 2MW光伏 +4MWh锂电池系统为例） 光 伏 +储能削峰前后负荷曲线 峰值功率 9.2MW 峰值功率 7.5MW 电池放电 电池充电 电池充 电 电池放电 1. 光伏削减了白天负 荷峰值一部分功率 ，储能将削减剩余 超过设定功率的峰 值功率。 2. 储能在白天电价平 段继续进行充电。 3. 储能在晚间电价峰 段将所有电能放出 以获得最大收益。 二、光伏 +储能系统应用策略 – 削峰填谷（收益分析） 电价区间 电价价格（元 /度） 原用电量 （度） 储能充放电 电量 （度） 光伏发电量 （度） 光伏 +储能 用电量 （度） 原电费 （元） 现电费 （元） 节省电费 （元） 谷值 0.3139 17800 3400.00 -204.45 20995.55 5587.42 6590.50 -1003.08 平值 0.6418 46400 2224.90 -1866.41 42458.49 27019.78 27249.86 -230.08 峰值 1.0697 42100 -4969.77 -1783.81 39646.42 49634.08 42409.78 7224.30 日电费 82241.3 76250.14 5991.14 容量电费 (月 ) 40元 /kW 9200kW 7500kW 368000 300000 68000 年电费 (万元 ) 3443.4 3143.1 300.3 工厂 增加光伏 +储能削峰后电费 （以 平屋顶 2MW光伏 +4MWh锂电池系统为例） 工厂电费计算清单 二、光伏 +储能系统应用策略 – 削峰填谷（收益分析） 投资收益对比 屋顶类型 光伏容量功率 （ kW） PCS功率（ kW） 电池容量 MWh 投资（万 元） IRR 投资回收期（年） 平屋顶 1200 2000 4锂电 1478.75 17.27% 5.8 1200 2000 5铅碳 1412.05 17.43% 5.8 彩钢瓦屋顶 1200 2000 4锂电 1425.48 17.42% 5.8 1200 2000 5铅碳 1358.78 18.05% 5.6 纯储能 0 2000 4锂电 1146.30 9.65% 7.62 二、光伏 +储能系统应用策略 ➢ 削峰填 谷 光 伏 +储能解决方案策略 1 ➢ 工厂扩容 光伏 +储能解决方案策略 2 ➢ 孤岛微网 光伏 +储能解决方案策略 3 ➢ 充电桩微网 光伏 +储能解决方案策略 4 ➢ 电网不稳定区域 光伏 +储能解决方案策略 5 企业添加新用电设备用以扩大生产，由于工厂变压器接入容量限制，无法短期实现 扩容，配置光伏 +储能系统即可很快满足扩容电力的需求，无需变更变压器容量。 二、光伏 +储能系统应用策略 – 工厂扩容 增加用电设备前后负荷曲线 变压器容量 增加设备后有功功率（ kW) 原有功功率（ kW)