分布式光伏储能电池混合系统的经济性分析

分布式光伏储能电池混合系统的经济性分析

费璐璐

中国机械设备工程股份有限公司 北京 100055

摘要：随着经济和科学技术，光伏发电生产成本逐渐降低，开始从实验室走向企业和居民生活中，为了更加有效利用光伏系统发电，本文对企业和居民安装和应用分布式光伏储能电池混合系统的方式进行分类建模，并对这些模型做进一步分析，判断在同等的生产生活成本下，哪一类光伏发电应用模型对企业或居民更加有利，为分布式光伏储能电池混合系统的推广和发展提供建议和参考。

关键词：光伏发电 储能系统 经济性

光伏发电的动能来源于太阳，是一种清洁型能源。每年地球上可接收到相当于130余万亿吨煤炭能源的太阳能，如何科学合理利用这些能量成为了当前各个国家的重点研究课题。光伏发电的原理是利用光照产生电位差将光能转化为电能，利用效率达到了18%—22%，随着新材料研究的不断突破，光伏发电设备效益逐渐受到市场关注，据国家能源局数据统计，2018年我国光伏发电装机达到了1.74亿千瓦，发电量达到了1775亿千瓦时，其中分布式光伏设备达到5061万千瓦，由于昼夜和天气因素，光伏发电存在间歇特性，因此储能技术也被应用到光伏发电中，减少光伏发电的间歇影响^[1]。

1分布式光伏储能技术应用模式

储能电池在市场实际运营还处于摸索阶段，目前市场主流的运行模式有水、火、风力发电+储能、分布式光伏+储能、独立微网发电+储能等等，分布式光伏+储能包括了光伏阵列、汇流箱、储能系统等，可以提供稳定可靠的能源，并通过传输多余能量获得收益。分布式光伏发电运行方式是以自发自用+多余电量上网模式，倡导就近发电，就近并网，就近传输，就近使用原则，可以避免由于长距离传输导致的电压不稳，提升电能使用使用质量，在主电源发生中断时，可以作为备用电源及时供应，有效缓解用电紧张局面。同时，分布式光伏储能技术较为灵活，可以通过实际情况调整储量配置，更具经济效益。应用分布式光伏储能技术对能源结构优化也有积极的推动作用，缓解发展与环境之间的矛盾，促使能源利用更加清洁环保^[2]。

2建立经济分析模型

光伏发电在应用上储能设备后，具备了经济效益属性，可以在用户满足自身需求的基础上对外提供电力能源，一般而言在光伏发电和储能容量越大时，产生的经济效益也越好，但是现实情况需要考虑到光伏安装成本和储能设备的成本，同时还要结合当地市场电价，因此建立经济模型，分析不同类型的用电配置效益十分必要。

2.1成本分析

根据光伏正常化发电计算，需要架构分布式光伏系统，这方面成本记为C1，光伏系统容量成本为W，单位容量成本C2，使用年限n，运行成本（主要是电力成本）C3，电池购买和更换成本C4，单位电池充放成本为C5，一年内总充放电量为F，效率为L，电池寿命为n1，总成本为C1+C3+C5。

2.2收益分析

本文以居民生活用电量分析，安装使用分布式光伏系统成本以折现率i计算在内，首先是评估光伏系统使用年限，根据当前市面上主流产品质量分析，在无自然灾害和外力破坏下，可持续使用20年，每年收益为R1，第n年收益为Rn，总收益为R。在折算安装成本后的收益为Rn/(1+i)ⁿ；总收益R= 。利润率是反映光伏发电效益的重要指标，为R/C*100%。

2.3模型分析

本文通过对三种不同类型的光伏发电量进行效益分析，研判在根据市场环境下，用户如何配置光伏发电设备千瓦量和储能设备量才能最大化收益。第一是不安装光伏发电设备，仅仅使用市场供电。第二种是安装光伏发电，并全部用于对外出售。第三种安装光伏发电设备，满足自身基本需求后，将其余电量进行出售^[3]。

3经济性评估

以河北为例，居民生活用电第一档为0.52元/千瓦时，第二档为0.57元/千瓦时，第三档为0.82元/千瓦时，在高峰时段，三档分别为0.55、0.6、0.85。国家对光伏发电发放补贴价为0.42元/千瓦时。分布式光伏发电设备按照26年计算，储能电池使用寿命依照7年计算，其他材料和维护费用按照25元/千瓦时计算。

3.1分布式光伏发电收益

首先对三种模型进行数据分析，计算市场电价对光伏发电的成本影响，研究判断分布式光伏发电的效益大小，根据实际情况可知，用户在光伏装机量在1-10kW时，第二种模型与第三种模型要比第一种模型效益高，第三种在满足自身用电需求后，对外出售，产生的效益最大，较第二种模型收益增加了16%—23%，原因之一是国家当前对光伏发电有额外补贴，并且其补贴的年收益要大于用户安装光伏发电成本。第二种和第三种相比，将多余电力进行对外出售可以提高用户经济效益，也是国家大力推广光伏发电的目的之一^[4]。

3.2分布式光伏发电和储能设备结合对收益的影响

光伏发电由于具有间歇性，为了保证光伏发电稳定入网和保证在光照不足情况下持续用电，配置储能系统成为分布式光伏发电主要模式，储能电池在市场上品种较多，本文仅以主流储能电池分析其对日常收益的影响。通过对第二种和第三种模型进行储能成本进行计算可知，在光伏发电设备能效内，储能电池的容量越大，对用户收益越好，用户收益随着光伏发电千瓦量增加而增加，相对应对储能电池的需求也越大，购置储能电池成本占有率加大，最终用户收益收到影响，在短期内收益反而降低。在对目前主流储能材质进行分析可知，铅酸电池的市场价格较低，但是充电效率、最大负荷和使用寿命在主流储能电池中不占优势，性价比较低，水纳电池的价格较高，但是综合考量其充电效率、负荷和及使用寿命等因素，得分最高，最具性价比

^[5]。

4结论分析

本文通过对三种不同类型模型进行分析，并添加储能电池，对不同用户类型进行了收益分析，判断收益效果，通过分析得出的结果主要有：

（1）分布式光伏发电在目前受到国家政策补贴，安装成本较低，入网便捷，有条件使用分布式光伏发电设备的可以进行安装使用，选择在自给自足后进行并网出售，可以产生客观的经济效益，是当前发展潜力最大的光伏发电模式之一。

（2）从规模上看，分布式光伏发电的收益与安装千瓦量成正比关系，容量越大，后期收益越高，因此在其他条件确定的情况下，可以依靠增加规模来降低设备成本。

（3）分布式光伏储能可以利用电网用电低谷进行充能，在用电高峰进行输出，在市场电价大于0.8元，光伏发电设备发电成本在0.6元以下时，可以产生较好的收益。

（4）分布式光能储能技术就近传输、就近消耗，可以有效减少入网是对电网稳定性的影响。

（5）对储能电池方面，用户可以对当前市面上主流产品进行购置安装，但是目前受制于成本因素，其产生的经济收益提升不明显，但是从长期发展角度看，其成本随技术进步而降低，对应用于光伏发电具有积极影响。储能电池中的水纳电池性价比高。

参考文献

[1]孙波,廖强强,刘宇,刘怡,周国定,葛红花. 分布式光伏储能电池混合系统的经济性分析[J]. 电力建设(8期):102-107.

[2]金宇飞. 分布式储能在电力系统中的应用及现状分析[J]. 科学与信息化, 2018, 000(022):117,119.

[3]赵娜, 高赟. 分布式光伏+储能电站模式与经济性分析[J]. 太阳能, 2017, 000(012):17-25.

[4]孙博, 魏海坤. 基于分布式发电的多类型储能系统的设计与应用[J]. 工业控制计算机, 2016, v.29(04):143-144.

[5]孙博, 魏海坤. 基于分布式发电的多类型储能系统的设计与应用[J]. 工业控制计算机, 2016, v.29(04):143-144.