中國儲能網(wǎng)訊：
01.光伏儲能耦合系統(tǒng)介紹
隨著全球能源結構轉型的加速推進和可再生能源的大規(guī)模開發(fā)利用,光伏發(fā)電已成為眾多國家和地區(qū)的重要電力來源之一。然而,光伏發(fā)電具有間歇性和波動性的特點,其輸出功率受日照強度影響顯著。在陰雨天氣或夜晚,光伏電站的發(fā)電量會大幅降低甚至完全中斷,給電網(wǎng)的穩(wěn)定運行帶來了嚴峻挑戰(zhàn)。
儲能系統(tǒng)的出現(xiàn)為解決光伏發(fā)電的不穩(wěn)定性問題提供了有效途徑。儲能裝置可在光照充足時吸收富余電能,在用電高峰或光伏出力不足時釋放電能,從而平滑光伏發(fā)電的波動,提高能源利用效率。光伏發(fā)電與儲能技術的耦合,構成了一種新型的能源系統(tǒng)形態(tài)——光伏儲能耦合系統(tǒng)。光伏儲能耦合系統(tǒng)是由光伏發(fā)電單元、儲能單元和能量管理單元組成的綜合能源系統(tǒng)。其中:
①光伏發(fā)電單元通過光電轉換將太陽能轉化為電能,是系統(tǒng)的能量來源；
②儲能單元主要由電池組成,可吸收光伏發(fā)出的多余電能,也可在需要時向外釋放電能,起到調節(jié)和緩沖的作用；
③能量管理單元則集成了監(jiān)測、控制、通信等功能,負責優(yōu)化調度光伏和儲能的運行,保障系統(tǒng)安全、經濟、穩(wěn)定。
通過這三大單元的協(xié)同工作和統(tǒng)一調度,光伏儲能耦合系統(tǒng)可顯著提高可再生能源消納能力,降低棄光限電比例,改善電能質量。同時充分發(fā)揮儲能的靈活性和快速響應能力,為電網(wǎng)提供調頻、調壓等多種輔助服務,提升電力系統(tǒng)的安全性和可靠性。
根據(jù)光伏和儲能在電力系統(tǒng)中的并聯(lián)位置,光儲耦合可分為直流側耦合、交流側耦合和混合耦合三種形式。直流側耦合是將儲能接入光伏陣列的直流母線,通過共用逆變器并網(wǎng),效率較高但控制靈活性差。交流側耦合是光伏和儲能配置各自逆變器,在并網(wǎng)點交流母線并聯(lián),可降低能量轉換次數(shù),控制更靈活。而混合耦合則結合了兩種方式的優(yōu)點,但系統(tǒng)更復雜。
高壓交流側耦合并網(wǎng)光儲系統(tǒng)圖
低壓交流側耦合并網(wǎng)光儲系統(tǒng)圖
直流側耦合并網(wǎng)光儲系統(tǒng)圖
總的來說,光伏儲能耦合作為一種新興的能源利用方式,可顯著提升可再生能源利用水平,優(yōu)化電網(wǎng)運行,推動能源結構轉型。但其規(guī)?；瘧萌悦媾R著技術、成本、政策等諸多挑戰(zhàn),需要產學研用各界的協(xié)同創(chuàng)新和大力支持。
02.光儲耦合系統(tǒng)的應用價值
光伏儲能耦合系統(tǒng)憑借其獨特的優(yōu)勢和廣闊的應用前景,在電力系統(tǒng)的供應側、電網(wǎng)側和用戶側均能發(fā)揮重要價值,具體體現(xiàn)在:
①提高可再生能源滲透率。光伏發(fā)電容量大,但受天氣條件影響較大,發(fā)電功率難以準確預測和有效調控。通過與儲能進行優(yōu)化配置和耦合運行,可大幅提高可再生能源的消納比例和利用效率,實現(xiàn)電網(wǎng)對高滲透率光伏的友好接納。
②增強電力系統(tǒng)靈活性。儲能作為連接發(fā)電側和用電側的橋梁,可通過自身的靈活調節(jié),快速響應電網(wǎng)需求變化,降低電力系統(tǒng)的備用容量,為新能源大規(guī)模接入創(chuàng)造有利條件。同時,分布式光儲系統(tǒng)可就近滿足用戶用電,減輕電網(wǎng)輸電壓力。
③參與電網(wǎng)輔助服務。光儲耦合系統(tǒng)可作為分布式電源參與電網(wǎng)頻率調節(jié)和電壓支撐,提供旋轉備用和黑啟動等輔助服務,減少常規(guī)調峰電源出力調整頻次,延長機組使用壽命。儲能也可平滑光伏發(fā)電功率波動,改善電能質量。
④支撐微電網(wǎng)運行。在偏遠島嶼、山區(qū)等電網(wǎng)薄弱地區(qū),光伏加儲能可組建獨立運行的微電網(wǎng)系統(tǒng),充分利用當?shù)刎S富的太陽能資源,滿足居民基本用電需求。儲能可在微電網(wǎng)內部平衡功率,維持電壓、頻率穩(wěn)定。
⑤推動源網(wǎng)荷儲協(xié)調。在新型電力系統(tǒng)中,光伏代表分布式電源、儲能代表靈活負荷,兩者與電網(wǎng)、用戶負荷形成協(xié)同互動的共生關系。通過優(yōu)化調度源網(wǎng)荷儲,可有效解決新能源高比例接入、電動汽車大量充電等場景下的電網(wǎng)瓶頸問題。
⑥助力需求側管理。對于工商業(yè)用戶,配置光伏儲能系統(tǒng)可顯著降低用電成本,提高能源自給率、電費管理效率和供電可靠性。儲能還能錯峰填谷,削減用電負荷尖峰,為需求側管理創(chuàng)造條件。同時光儲系統(tǒng)的友好接口,可支持主動響應電價和電網(wǎng)調度指令。
⑦促進能源互聯(lián)網(wǎng)建設。在能源互聯(lián)網(wǎng)背景下,分布式光伏儲能系統(tǒng)的廣泛接入,將顯著提高電網(wǎng)的靈活性、高效性和互動性。海量分散的儲能單元可通過能量路由器聚合為虛擬電廠,整合成為電網(wǎng)可調度的負荷資源,參與系統(tǒng)優(yōu)化。
⑧探索多能互補新模式。"光伏+儲能"系統(tǒng)還可與其他能源形式組合,實現(xiàn)電、熱、冷、氣等多能流的耦合與協(xié)同。例如與電動汽車充電樁結合,可構建"光伏+儲能+充電"的綠色交通能源網(wǎng)絡;與燃料電池、熱泵等聯(lián)用,可打造兼具環(huán)保與經濟性的能源互補系統(tǒng)。
03.光儲耦合系統(tǒng)的經濟性分析
【注】文中所有案例僅作為說明示例，不作為價格參考。
以某礦山3MW屋頂光伏電站為例,配套1MW/1MWh的集裝箱式鋰電儲能系統(tǒng),可較好地實現(xiàn)削峰填谷、錯峰套利等多重效益。
該3MW光伏電站首年發(fā)電量超過380萬kWh,預計前10年年平均發(fā)電量為340萬kWh,25年使用壽命期內年均發(fā)電量可達310萬kWh。按照78%的自發(fā)自用電量和22%的余電上網(wǎng)電量,并以0.75元/kWh的工業(yè)用電均價、0.3949元/kWh的燃煤標桿上網(wǎng)電價為參考,同時考慮每年7萬元/MW的運維費用,該光伏電站年均創(chuàng)效總收益（單位：萬元）:
340×78%×0.75 + 340×22%×0.3949 - 7×3 = 207
可以看出,單純光伏項目就已具有顯著的經濟效益。據(jù)測算,該系統(tǒng)還可幫助企業(yè)每年減少標煤消耗960噸,減排二氧化碳2500噸、二氧化硫72噸、氮氧化物36噸、粉塵650噸,環(huán)境效益也十分可觀。
（1）鋰電儲能系統(tǒng)效益分析
按照儲能與光伏 20%的匹配比例、2小時儲能時長,3MW光伏宜配套容量約1MW/1MWh的儲能系統(tǒng)。目前鋰電池的投資成本大約為1.5元/Wh,即1MW/1MWh系統(tǒng)的設備費用在150萬元左右。
參考全國各地目前普遍0.6元/kWh以上的峰谷電價差,且光伏上網(wǎng)電價和低谷電價已相差無幾,可認為儲能系統(tǒng)每天兩次充放電的套利空間保守估計為0.6元/kWh。若儲能全年利用300天、年維護費用5萬元,則1MW/1MWh系統(tǒng)年創(chuàng)收（單位：萬元）:
1000kWh×2次×0.6元/kWh×300天 / 10000 - 5 = 31
而通過削峰填谷,儲能還可幫助企業(yè)節(jié)省每月的最大需量電費,提高自發(fā)自用率約5%,若按年均光伏發(fā)電量340萬kWh計,這部分電費節(jié)省大約為（單位：萬元）:
340×5%×0.75 = 12.75
綜上,1MW/1MWh鋰電儲能系統(tǒng)全年總創(chuàng)收約43.75萬元,投資回收期略高于3年。
（2）光儲耦合系統(tǒng)整體效益
將3MW屋頂光伏與1MW/1MWh鋰電儲能進行耦合,項目總投資約為（單位：萬元）:
3000×4 + 1000×1.5 = 13500
在25年項目全周期內,光伏年均創(chuàng)效207萬元,儲能年創(chuàng)效43.75萬元,扣除年運維成本,光儲耦合系統(tǒng)年總效益可達（單位：萬元）:
207 + 43.75 - 21 = 229.75
對應項目投資回收期為:
13500 / 229.75 = 5.9年
此外,隨著儲能核心部件成本的進一步下降、電價市場化進程的加速,以及"雙碳"政策帶來的更多補貼與激勵,該項目的投資回報率有望進一步提升。
綜上所述,光伏儲能耦合系統(tǒng)在經濟性和環(huán)保性方面均表現(xiàn)亮眼。工商業(yè)用戶尤其是高耗能企業(yè),應充分考慮"光伏+儲能"模式帶來的多重效益,因地制宜布局新型電力系統(tǒng),既能節(jié)省成本、提升供電可靠性,又可減碳減排、履行社會責任,實現(xiàn)經濟和生態(tài)的雙豐收。
【小航結語】
總的來看,隨著"雙碳"目標的推進和電力體制改革的深化,在工商業(yè)園區(qū)推廣"光伏+儲能"將是大勢所趨。儲能與光伏的互補耦合,可有效提升可再生能源消納比例,優(yōu)化用戶側能源管理,推動電網(wǎng)調峰需求響應,是實現(xiàn)工商業(yè)能源清潔化、低碳化的重要路徑選擇。
當前,實現(xiàn)光儲系統(tǒng)成本最優(yōu)、效益最大化仍需在機理分析、優(yōu)化控制、商業(yè)模式等方面開展更深入的研究。建議廣大工商業(yè)屋頂電站業(yè)主加強與專業(yè)機構合作,因地制宜地探索光儲耦合的最佳實踐,為我國能源轉型和"雙碳"目標貢獻更多企業(yè)方案和微觀樣本。
