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用户侧热/电综合储能系统经济性建模与分析

北极星储能网  来源:储能科学与技术  作者:王守相等  2017/9/29 10:27:52  我要投稿  

北极星储能网讯摘要:随着智能电网的发展,用户的用能需求呈现多元化,对用户侧储能系统的经济性分析也需要考虑用户的多元用能需求。为此,考虑用户的热能需求,在用户侧引入热储能,与电储能一起构成热/电综合储能系统,并构建了其数学模型;然后,建立了该综合储能系统的经济模型,给出了其初始投资成本、年均成本和年收益的计算方法。算例部分通过对不含热储能的场景和考虑热储能的场景分析,比较了两者的经济性。结果表明,引入热储能系统虽然会提高初始投资成本和年运行成本,但也会提高整个储能系统的经济性,使储能系统的投资回报年限缩短,说明了在传统电储能系统引入热储能形成与热/电综合储能系统的必要性和有效性。

导读:随着可再生能源发电的大规模并网和用户侧多元负荷的大量接入,储能系统在电力系统的各个环节发挥着越来越大的作用。在今后能源格局中,储能必不可少。合理评估储能系统的效益,分析储能系统的经济性,对于储能系统在未来电网中的发展和推广具有重要指导价值。

对于储能系统的经济性分析,目前国内外学者主要从可再生能源接入、配电侧以及用户侧三个角度开展。在计及储能系统接入之后带来的峰谷差电价收益之外,针对不同的角度,侧重考虑储能系统的不同价值。在分析可再生能源接入侧的储能系统经济性时,重点分析储能系统平抑出力波动、提高接入能力、减少污染物排放等经济价值。在评估配网侧的储能系统经济性时,注重考虑延缓输配网线路建设、降低输配电线损、提高电能质量等经济价值。在分析用户侧储能系统的经济性时,侧重点放在提高供电可靠性、提供不间断供电方面。

虽然目前已经对储能的经济性分析做了大量研究,但以上的研究中,往往针对的是电储能的经济性分析。实际上,储能系统除可以存储电能外,也可以存储热能。尤其是在用户侧多元能源的需要愈发迫切的当代,用户能源需求将不仅仅局限于电能,也有热能的需求。因此,在用户的储能系统中引入热储能存在实际意义。虽然目前可以利用电制热设备将电能转化为热能,但如果引入热储能系统,将热能存储后再利用也会具备一定的经济性。因此,对于用户侧储能价值的分析,本文综合考虑电储能和热储能的情况,在用户侧建设钠硫电池储能系统和热储能系统,通过安装电池储能系统满足电负荷需求和热储能系统满足热负荷需求,计算储能系统的初始投资成本、年均成本和年收益,分析引入热储能后的储能经济性。

文章目录及图文导读

1 用户侧储能系统模型

用户侧的用能需求包括电能需求和热能需求,本文的储能系统包括电储能和热储能两部分,其中电储能以钠硫电池为例,热储能采用高温热储能系统。用户对电能的需求可以直接从电网中获取电能,也可以从储能装置中获取,用户热能需求除从之前的电制热设备中获取外,也可以从热储能装置中获取。用户侧的用能需求如图1所示,其中实线代表电能流动,虚线代表热能流动。

图1 用户用能示意图

1.1 电储能的充放电模型

1.2 热储能的充放热模型

1.3 电制热设备的数学模型

2 用户侧储能系统的经济性建模

对用户侧储能系统的成本和收益进行经济性建模。其中成本包括储能系统的初始投资成本、年均成本,收益指储能系统的年收益,包括电储能分时电价收益,热储能分时电价收益,供电可靠性提升收益,政府补贴和延缓电网升级改造的收益。

2.1 储能系统的初始投资成本模型

2.2 储能系统的年运行维护成本模型

2.3 储能系统的年均成本模型

2.4 储能系统的年收益模型

2.4.1 电储能分时电价收益

2.4.2 热储能分时电价收益

2.4.3 提高供电可靠性带来的收益

2.4.4 其它收益

3 经济性分析

3.1 基础数据

用户侧综合储能系统中的电储能系统采用寿命较长的钠硫电池,容量为200 kW˙h,额定充放电功率均为20kW,自放电率为0,其它参数如表1所示。

表1 钠硫电池储能参数

热储能系统的参数如表2所示。

表2 热储能参数

电价采用峰谷电价,峰谷时刻和对应的价格如表3所示,高电价对应用电负荷大的情况,低电价对应负荷较小的情况。

供电可靠性参数和其它收益相关参数如表4 所示。

表3 电价表

表4 其它参数

3.2 经济性计算

设定项目周期为15年,贴现率i为8%,储能系统每年运行360天。本文研究对象为对热能有需求、装设电制热设备的用户,为了突出引入热储能

系统对整个储能系统经济性的影响,对比分析有无热储能的两种情形,考虑以下两个场景:

(1)场景一:无热储能设备,电储能优先选择高电价时段放电、低电价时段充电,荷电状态保持在范围0.1~0.9,满足电负荷;热负荷直接由电制热满足。

(2)场景二:有热储能设备,电储能优先选择高电价时段放电、低电价时段充电,荷电状态保持在范围0.1~0.9,满足电负荷;低电价时段电制热工作,产生的热能作为热储能的输入,热储能优先存储热能,高电价时热储能优先放出热能,满足热 负荷。

在满足约束条件的情况下保证电储能系统每个工作日完成一个完整的充放电循环,其荷电状态保持在0.1~0.9,预计其使用寿命为15年。

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