光伏+储能”系统应用策略及技术经济性探讨-潘少峰-solarbe文库

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“ 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 800-1800 工厂用电谷时段 000-800； 1800- 2400 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*39601227.6kW 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*864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 PCS4MWh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 PCS4MWh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 PCS4MWh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