盛化才

上海置信节能环保有限公司

1 引言

当前我国能源与环境问题日益突出，国家正在大力推进能源转型的发展。随着新一轮电力体制改革和能源供需格局的变化，我国的能源生产和消费革命势在必行。2017年10月，国家相关部委出台了《关于促进储能技术与产业发展指导意见》，明确了促进我国储能技术与产业发展的重要意义、总体要求、重点任务和保障措施。指导意见指出，储能是智能电网、可再生能源高占比能源系统、“互联网+”智慧能源的重要组成部分和关键支撑技术[1]。加快储能技术与产业发展，对于构建“清洁低碳、安全高效”的现代能源产业体系，推进我国能源行业供给侧改革、推动能源生产和利用方式变革具有重要战略意义。

随着储能技术发展和投资成本降低，分布式储能的应用十分广泛[2]。国家鼓励在用户侧建设分布式储能系统，支持用户侧建设一定规模的电储能实施参与调频、调峰等辅助服务。当期，我国还没有出台与储能相关的政策体系和价格机制，储能行业财政补贴有关政策、办法目前还比较少[3]。用户侧储能的经济效益取决于电力市场分时电价政策，以及用户使用储能所需实现的具体功能。用户侧分布式储能项目主要包括工商业削峰填谷及需求侧响应，分布式储能项目可实现削峰填谷、减少电费、消纳清洁能源、提高供电可靠性、避免电力增容等重要作用。国内已有的分布式储能项目多以示范应用为主，面临技术选择、性能需求、投资成本及安全性等问题[4]。

以上海某电气设备制造企业分布式储能项目为例，对分布式储能项目的应用需求、技术方案、运行策略、项目经济性进行分析，为类似项目提供借鉴参考。

2 项目需求

2.1 需求分析

分布式储能一般安装于工商业用户端或园区，主要服务于电费管理，帮助用户降低需量电费和电量电费。企业主要生产非晶合金变压器，用电量较大且用电负荷主要集中在白天时段，晚上生产负荷较小。根据2016年企业用电量统计数据，每月平均用电量在60万kWh，全部从电网购买。结合企业用电特点，参照上海市分时电价政策，利用峰谷电价差，考虑建设分布式储能示范项目，降低企业用电成本、提高供电可靠性。图1为该企业2016年典型月用电量统计图。

图1 典型月份用电量数据

2.2 建设原则

用户侧储能项目建设要考虑的内容和基本原则包括：需求场景、用电负荷状况、月（年）度用电量、变压器容量及利用率、峰谷电价差及时段、配电系统接线及平面图、场地状况及采用的储能技术。针对储能技术要结合项目规模容量，综合考虑储能电池类型、充放电方式、系统效率、循环寿命、投资成本、占地面积、运行维护和安全性等因素。

3 项目方案

3.1 方案设计

综合考虑项目需求及不同储能技术性能，采用铅碳电池储能技术，建设规模容量250kW/1.2MWh。储能系统由铅碳蓄电池单元、储能变流器（PCS）、电池管理系统（BMS）、电池监控系统和预装式集装箱组成，项目采用“削峰填谷”运行方式，储能系统采用1个40呎标准集装箱，占地约30平方米。储能系统通过配电柜备用抽屉接入400V低压母线。详见图2所示。

图2 250kW/1.2MWh储能系统架构图

3.2 设备选型

（1）储能电池

方案选用铅碳蓄电池，蓄电池额定电压为2V，额定容量为1 000Ah，本项目储能系统共包括600只该型号电池，由300串2并组成，额定电压为600V，电池组额定容量1 200kWh。该电池采用铅碳技术并对电池的板栅、活性物质、壳体、电解液等进行全新设计，提高了电池循环使用寿命，产品设计寿命20年，70%DOD循环寿命可达3 500次。单体铅碳电池参数详见表1。

（2）储能变流器

储能变流器是连接电网与储能电池组的电力电子接口设备，通过控制可实现电压、电流的交直流双向变换功能，并通过控制策略实现对电池系统的充放电管理、负荷功率跟踪、电池储能系统充放电功率控制。本项目采用250kW储能变流器。

储能变流器在整个系统中起着核心作用，具有高转换效率、宽电压输入范围、快速并离网切换和方便维护等特点，同时具备完善的保护功能，如孤岛保护、直流过压保护和低电压穿越等，满足系统并、离网要求。

（3）电池管理系统

电池管理系统由电池组管理单元BMU、电池组串管理系统MBMS和电池堆管理系统BAMS等组成。电池管理系统主要包括电池组的电压、电流、温度等状态信息的采集，以及容量诊断SOC、电池健康状况预估SOH和电池的均衡等工作，同时将电池组的各种运行状态、各类报警等信息及时上传给远程服务器综合管理系统，综合管理系统通过BMS上传的各种信息进而控制逆变器对电池组进行有效地充放电，达到调峰调频、削峰填谷等作用，以提高大容量可再生电源的可控性、可调度性以及可预测性，实现整个储能系统的优质、可靠运行。

3.3 系统配置

本项目储能系统配置见表2。

表1 单体铅碳电池参数

表2 储能系统配置参数

3.4 循环回收

铅碳电池储能系统厂家通常拥有具备回收资质的成员公司，负责产品的回收、冶炼，实现能源再生，把对资源的能耗降至最低。铅的直收率由传统工艺80%～85%提升至98%以上，实现节能减排、资源循环综合利用。铅碳电池在达到使用寿命之后，由铅碳电池厂家负责上门回购，回收价格约为电池售价的20%～30%。

4 经济性分析

4.1 分时电价及时段

根据上海市物价局关于合理调整电价结构有关事项的通知（沪价管〔2017〕17号），上海市大工业用电（1～10kV）峰谷平时段及电价如下：

夏 季 ：峰 时 段（8：00-11：00、13：00-15：00，18：00-21：00），平时段（6：00-8：00、11：00-13：00、15：00-18：00，21：00-22：00），谷时段（22：00-次日6：00）；峰时段电价 1.132 元/kWh，平时段电价0.700元/kWh，谷时段电价0.264元/kWh。

非夏季：峰时段（8：00-11：00、18：00-21：00），平 时 段（6：00-8：00、11：00-18：00 时 、21：00-22：00），谷时段（22：00-次日 6：00）；峰时段电价1.097元/kWh、平时段电价0.665元/kWh、谷时段电价0.335元/kWh。

4.2 运行策略

结合铅碳电池循环寿命及充放电周期较长，一般一个循环次数采用一充多放的运行方式，本项目可选择在低谷时段22：00-06：00进行充电时间，在高峰时段 08：00-11：00、13：00-15：00（夏季）、19：00-21：00进行放电，项目在夏季和非夏季的运行方式见图3和图4。

图3 储能系统夏季运行方式示意图

图4 储能系统非夏季运行方式示意图

4.3 经济性分析模型

本项目储能系统的收益主要来源于峰谷电价差收益。以上海市普通工业峰谷电价计算储能系统在削峰填谷中的经济效益，按照夏季3个月、非夏季9个月进行计算。根据上述运行方式和夏季、非夏季电价，给出基于峰谷电价差收益的储能项目收益计算模型：

式中：benefit——利用峰谷电价差通过充放电实现的收益

D——储能电池的日放电量

C——储能电池的日充电量

td1，td2…tdi——储能电池在i个放电时段的持续放电时间

Psd1，Psd2…Psdi——储能电池在i个放电时刻所对应的夏季电价

Pnd1，Pnd2…Pndi——储能电池在i个放电时刻所对应的非夏季电价

tc1，tc2…tcj——储能电池在j个充电时段的持续充电时间

Psc1，Psc2…Pscj——储能电池在j个充电时刻所对应的夏季电价

Pnc1，Pnc2…Pncj——储能电池在j个充电时刻所对应的非夏季电价

SD——储能电池在一年中夏季运行天数ND——储能电池在一年中非夏季运行天数

4.4 经济性影响因素[5]

根据上述分析，现阶段分布式储能项目的经济性主要影响因素包括：项目投资成本、当地峰谷电价差、峰谷平时段、电池寿命、储能充放电方式、企业用电量、生产运行状况和电池梯级利用及回收成本等。据统计数据显示，广东省、江苏省、上海市等峰谷电价差较大的地区（一般电价差大于0.75元/kWh），储能项目已具有经济性，部分地区已建设较大规模的储能示范项目[6]。

5 结论

随着储能技术日趋成熟、降低电池成本、提升电池寿命和安全性，储能产业必将创造巨大的市场商机，储能在用户侧规模化应用是储能的重点发展方向。当前，各类储能技术已经开展商业或示范应用，在部分地区建设用户侧分布式储能项目已具有经济性。分布式储能项目通过峰谷电价差套利是最主要的盈利手段，根据不同地区的政策，需量电费管理和需求侧管理是辅助盈利点。