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    電子論文

    面向商業大廈的儲能微網系統及其經濟效益分析

    中体育比分网 www.372141.live 時間:2019年12月21日 所屬分類:電子論文 點擊次數:

    摘要:在能源互聯網的需求側,工商業用電是電力消費的主要組成部分,將儲能技術靈活地應用在用戶需求側具備非常大的市場前景,有望獲得不錯的社會經濟效益。商業大廈具有用電負荷明確,規律性強,用電總量大,負荷集中等特點,有利于在大廈內建設集中式的儲

      摘要:在能源互聯網的需求側,工商業用電是電力消費的主要組成部分,將儲能技術靈活地應用在用戶需求側具備非常大的市場前景,有望獲得不錯的社會經濟效益。商業大廈具有用電負荷明確,規律性強,用電總量大,負荷集中等特點,有利于在大廈內建設集中式的儲能系統,結合用電需求對大廈用電情況進行優化控制,實現大廈用電的削峰填谷,不僅有利于優化電網的負荷曲線,還有利于幫助企業實現大廈的節能運行。本文以上海某商業大廈為研究對象,對其用電情況進行統計,結合上海市電價跌策,設計配套的儲能系統及其運行方式,并給出相應的經濟性分析。

      關鍵詞:儲能;商業大廈;削峰填谷;經濟性分析;靈敏度分析;優化控制

    儲能電網

      0引言

      儲能是智能電網、可再生能源高占比能源系統、“互聯網+”智慧能源的重要組成部分和關鍵支撐技術[1,2]。儲能能夠為電網運行提供調峰、周頻、備用、黑啟動、需求響應支撐等多種服務,是提升傳統電力系統靈活性、經濟性和安全性的重要手段[3];儲能能夠顯著提高風、光等可再生能源的消納水平,支撐分布式電力及微網,是推動主體能源由化石能源向可再生能源更替的關鍵技術[4,5];儲能能夠促進能源生產消費開放共享和靈活交易、實現多能協同,是構建能源互聯網,推動電力體制改革和促進能源新業態發展的核心基礎[6]。在能源互聯網的需求側,工商業用電是電力消費的主要組成部分,將儲能技術靈活地應用在用戶需求側具備非常大的市場前景,有望獲得不錯的社會經濟效益[7,8]。

      商業大廈具有用電負荷明確,規律性強,用電總量大,負荷集中等特點,有利于在大廈內建設集中式的儲能系統,結合用電需求對大廈用電情況進行優化控制,實現大廈用電的削峰填谷,不僅有利于優化電網的負荷曲線,還有利于幫助企業實現大廈的節能運行[9,10]。本文以上海某商業大廈為研究對象,對其用電情況進行統計,結合上海市電價政策,設計配套的儲能系統及其運行方式,并給出相應的經濟性分析。

      1負荷及上海市電價分析

      1.1負荷概況

      大廈負荷主要分為空調系統設備(制冷主機、電鍋爐、地源熱泵、冷卻塔及空調附屬設備)用電、給排水系統設備(生活熱水熱水器、給水泵與排水泵)用電、消防系統設備設施用電、電梯設備用電、通訊機房用電、應急照明用電和辦公用電、停車場照明用電,各路負荷率不超過單路總容量的80%[11]。

      1.2歷史用電量分析

      根據上海某大廈的電費單,統計2014~2017年每月用電負荷情況可以發現,每年的1、2、3、6、7、8、9、12月共計8個月的用電量較大,原因是這幾個月為大廈空調用電高峰;而4,5,10,11月共計4個月用電量較少,原因是空調需求較少。大廈的用電量逐年遞增,2015~2017年平均增長速度7.16%。

      1.3典型月份日負荷曲線分析

      根據商業大廈的用電量數據,冬季和夏季用電量較為接近,選擇2016年7月作為代表月進行分析;春季和秋季用電量較為接近,選擇2016年11月作為代表月分析。夏季工作日時,上海某商業大廈在6:30~18:00時段內負荷最高,在夜間,由于存在儲冷系統用電,因此負荷也較高,在4:00~6:00和18:00~22:00時段內,用電負荷最低。非工作日時,白天用電負荷較為平穩,夜間用電負荷較高。

      秋季工作日時,上海某商業大廈在7:30~18:00時段內負荷最高,在夜間,由于儲熱系統用電較少,因此夜間開始時負荷也較高,夜間后半時段負荷較低。非工作日時,白天用電負荷較為平穩,夜間用電負荷較高。

      1.4上海市電價政策分析

      我國一般對大工業生產用電,即受電變壓器總容量為315kVA及以上的工業生產用電實施兩部制電價制度。兩部制電價包括基本電價和電度電價兩部分。兩部制電價制度是指基本電費按用戶的最大需量或用戶接裝設備的最大容量計算,電度電費按用戶每月記錄的用電量計算的電價制度。按目前電價規定,實行兩部制電價的用戶,根據其功率因數的高低,實行功率因數調整電費的辦法。

      其構成包括以下三個部分:基本電費、電量電費、功率因數調整電費[12]。根據上海市電價政策該商業大廈電價采用兩部制分時電價,35kV接入。大廈用電電價如下:非夏季峰時段電價為1.058元/kWh,平時段電價0.626元/kWh,谷時段電價為0.313元/kWh。峰谷價差為0.745元/kWh,峰平價差為0.432元/kWh;夏季峰時段電價為1.100元/kWh,平時段電價0.668元/kWh,谷時段電價為0.242元/kWh。峰谷價差為0.858元/kWh,峰平價差為0.432元/kWh。

      2儲能建設規模分析

      2.1儲能規模分析

      根據上海市電價峰、平、谷時段的分布情況,選擇谷時段充電、平時段充電和峰時段放電的基本策略。非夏季,上海市峰平谷時段依次為:谷-平-峰-平-峰-平-谷,共有兩個峰時段,因此儲能系統最多可以循環兩次;夏季,上海市峰平谷時段依次為:谷-平-峰-平-峰-平-峰-平-谷,共有三個峰時段,因此儲能系統最多可以循環三次[13]。采用“并網不上網”的運行方式,儲能系統最大輸出電量不應超過用戶負荷所需電量,即儲能系統允許輸出電量不應超過用戶峰時段用電量。

      為了充分利用大廈用電的峰時段,儲能系統存儲的電量需盡量在峰時段全部釋放[2]??梢鑰闖齟笙玫姆槍ぷ魅盞撓玫緦拷閑?。其中,夏季非工作日13:00~15:00的用電量與其他時段差距較大,但是此時段的持續天數較少,持續時間也較短,如按此用電量考慮則經濟性較差。不考慮夏季非工作日13:00~15:00的用電量,2016年線路1峰時段非工作日平均用電量為1411kWh,線路2峰時段非工作日平均用電量為1180kWh,峰時段非工作日平均總用電量為2591kWh。

      考慮到2017年總用電量相對2016年增長8%,估算2017年線路1峰時段非工作日平均用電量為1524kWh,線路2峰時段非工作日平均用電量為1274kWh,峰時段非工作日平均總用電量為2798kWh。選用的磷酸鐵鋰電池柜單個容量為160kWh,則線路1儲能電池柜配置數量為9面,線路2儲能電池柜配置數量為7面,共需16面電池柜。最終確定儲能電池總容量為2.56MWh,其中線路1容量為1440kWh,線路2為容量為1120kWh。

      2.2儲能系統組成

      儲能系統由儲能電池柜、匯流柜、控制柜、PCS等組成,如圖5所示。儲能電池所發電量經過匯流柜、PCS逆變后接入電網。PCS可實現電能的雙向轉換:在充電狀態時,PCS作為整流器將電能從交流變成直流儲存到儲能裝置中;在放電狀態時,PCS作為逆變器將儲能裝置儲存的電能從直流變為交流,輸送到電網。

      3儲能系統運行策略

      儲能系統運行策略:充分利用每個峰時段進行放電;儲能系統充放電功率不得超過儲能PCS功率;儲能系統放電功率不得超過線路用電負荷;儲能系統充放電功率應盡量保持平穩[3,4,5,11,12]。根據上海市最新電價政策,夏季每天共有3個峰時段,結合大廈2016年7月的平均負荷分析,儲能系統接入前后系統側供電曲線變化。按照上述運行方式,夏季工作日線路1滿充滿放循環次數2.69次,線路2滿充滿放循環次數2.62次;夏季非工作日線路1滿充滿放循環次數2.89次,線路2滿充滿放循環次數2.61次。夏季線路1總計滿充滿放循環次數為246.0次,線路2為258.9次。

      4經濟效益分析

      按照2016年上海某商業大廈用電負荷數據,線路1的儲能子系統預計滿充滿放循環次數為785.3次,線路2的儲能子系統預計滿充滿放循環次數為796.1次。按照保守計算的原則,本儲能系統平均年滿充滿放循環次數按照790次計算。儲能系統接入大廈的用戶電網,在電價谷時段和平時段進行充電,在峰時段對大廈內用戶電網進行供電,并以市電價格的97.5%(后續需由業主內部評審)作為儲能系統的放電電價。本項目每年收入按如下公式計算[9]:年收入=放電電量×放電單價(不含稅)-充電電量×充電單價(不含稅)。

      4.1盈虧平衡分析

      盈虧平衡分析是在一定的生產能力條件下,分析項目成本費用與收益間的平衡關系,找出項目盈利與虧損之間的轉折點(盈虧平衡點),考察項目對市場的適應能力和抗風險能力[7]。盈虧平衡分析如圖10所示。經過計算在資本金內部收益率為8%的情況下,本項目的生產能力利用率達到51.15%,售電量達到814.16MWh時,項目收入等于總成本費用,達到盈虧平衡。

      4.2敏感性分析

      該項目做了調整所得稅后項目投資的敏感性分析?;痙槳傅乃昂笙钅客蹲什莆衲誆渴找媛?稅前)為9.8%,考慮項目在實施過程中一些不確定因素的變化,分別對靜態投資、營業收入(峰期賣電電價)、經營成本做了提高10%、5%、降低5%、10%的單因素變化對內部收益率影響的敏感性分析。其中靜態投資的提高或降低對IRR的影響最為敏感,其次是賣電電價,而經營成本的變化影響最小。通過對該項目進行盈虧平衡分析以及不確定性分析,可以看出該項目的主要評價指標較好,由此推斷本項目在經濟上可行。

      5結束語

      1)在商業大廈中安裝儲能系統,有利于緩解電網峰值壓力。在商業大廈內部建設儲能系統在谷時段和平時段進行充電,在峰時段進行放電,有利于降低電價峰時段的用電負荷,從而減少對電網的壓力,延緩電網的改造時間,緩解供電壓力,促進電力工業健康長遠地發展。2)有利于減少企業用電成本。在實行分時電價的售電市場,電力用戶可根據自身實際情況安排用電計劃,儲能設施可在電價較低時充電、電價較高時放電,將電價較高時段的電力需求轉移至電價較低的時段實現,從而在不改變用戶行為的前提下,幫助用戶降低整體用電成本。

      3)有利于提高企業用電可靠性。建設儲能系統,利用峰谷電價差獲取經濟效益。同時,儲能系統也可作為電力用戶的備用電源,在電網供電不足時或電網故障時可以啟動儲能系統向用戶供電,從而提升供電可靠性。4)符合國家政策。當前國家陸續出臺了多項儲能政策,推進儲能產業的發展。一些地方政府提出了對儲能技術研發、示范項目建設的要求和規劃,從智能電網或可再生能源發展的角度制定的政策強調了儲能的重要性。本工程的建設符合國家政策。

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