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技术论坛丨用户侧储能核心技术及其效益分析

发布日期:2021-01-22 浏览次数:340


         电力系统以电压等级划分,其潮流应尽可能在同一电压等级内流动,不同电压等级的电力系统均需发展储能,不能仅重视高压电力系统的集中式大储能站建设,还需重视用户侧储能的发展。


        我国目前绝大部分省市工业大户均已实施峰谷电价制,通过降低夜间低谷期电价,提高白天高峰期电价,来鼓励用户分时计划用电,从而有利于电力公司均衡供应电力,降低生产成本,并避免部分发电机组频繁启停造成的巨大损耗等问题,保证电力系统的安全与稳定。目前江苏、广东等工业发达省份,峰谷差价尤为明显。用户可以在电价较低的谷期利用储能装置存储电能,在电高峰期使用存储好的电能,避免直接大规模使用高价的电网电能,如此可以降低用户的电力使用成本,实现峰谷电价套利。


       用户侧储能的应用还有助于企业管理容量费用。对于大的工业企业,供电部门会以其变压器容量或最大需用量为依据,每月固定收取一定的基本电价。这些企业可以利用储能系统进行容量费用管理,即在用电低谷时储能,在高峰时释放,实现在不影响正常生产的情况下,降低最高用电功率,从而降低容量费用。


       另外,以光伏为代表的清洁能源快速增长,决定了当前光伏产业的发展已经从传统集中并网模式转变为大量微电网的模式,以加大电网对可再生能源的接受度。光伏是典型的直流发电,由于其不稳定不连续的特点,必须就近配置直流储能系统。这也是用户侧储能的必然需求。


       一、用户侧储能核心技术


       1. 直流微电网的构建


       由于用户侧储能往往与分布式发电、配电与用电相结合,加之储能电池存在不一致性和多路并联环流的可能,因此必须构建直流微电网。通过直流母线高效协调微电网内各设备的运行。


       直流微电网是由直流构成的微电网,具有可持续发展具有重要意义。相比交流微电网,直流微电网可更高效可靠地接纳风、光等分布式可再生能源发电系统、储能单元和直流用电负荷。



       2. 与交流中压配电网的接口


       直流微网与大电网的衔接,也称微网路由,这是用户侧直流微电网推广的重要支撑。相比较于传统电力变压器仅变换低频交流电,必须采用电力电子变压器实现交流大电网与直流微电网的能源路由。


       目前主要结构分为两种,H桥串联方式和MMC方式:


a)H桥级联方式b)

b)MMC方式


       MMC方式MMC方式更为简洁,其基本单元是一个“半桥”结构:



       3. 高效双象DC/DC变流器


       在整个直流微电网系统中,需要各类高效双象限DC/DC变流器,主要分为隔离型与非隔离型。隔离型主要用于直流用电终端和需要较高电压变换的场合,非隔离型则主要用于发电单元和储能单元接入直流母线。


a)隔离型

b)非隔离双象限升降压

c)非隔离双象限升压 


       通常采用LLC软开关技术实现隔离直流变换,采用ZVS-CV实现非隔离直流变换。


       4. 智能化能源调度系统


       根据峰谷时间安排,以及对大数据的分析,对用户侧储能充放电进行合理控制,确保效率效益最优,并与新能源汽车充换电相结合,实现线下能源调度。



       

       二、用户侧储能运营效益分析用户侧储能的运营效益分析,必须充分考虑商业模式的内涵与外延。明确定位,科学构建业务系统,整合关键资源,深挖盈利模式,规划现金流,塑造项目价值,才能实现可持续发展。



       用户侧储能项目运营模式主要包括EPC和EMC两大类,EPC即用户投资并收益,EMC是第三方投资,与用户进行利润分享。目前EMC模式应用较多,是工业用户的主流应用模式。



      只要发现价值,就一定能有相应的商业模式。1950年代,复印机发明有巨大突破,当时没有提出商业模式概念,有很多操作方法,一个是一次性做现金交易,如果一个企业每天复印量特别大,可能一咬牙我就把复印机买了。还有一个方式就是可以按复印的张数收费。


       用户侧储能的EMC模式,也相当于是这样的思路。项目实施方、项目投资方、项目运营方、项目使用方和大电网之间,形成了关键资源整合。以“同花顺”的精神开展用户侧储能和微电网业务,是基本的商业逻辑。

       

       真正用户侧系统,最根本的特点,是电网谷电和本地新能源发电为源,最大限度地用于用户负荷,实现本地消纳,同时对电网高价峰电进行充分替代。具有此类刚需的应用场景很多,包括商场、医院、酒店、银行、园区、军区营地、港口岸电、地铁电车等等。


       用户侧储能经济效益最大化的基础,就是以用户为导向,用户充分应用谷电和绿电。因地制宜进行合理配置,充分发挥关键技术应用于不同场景,就一定能大大提升投资回报率。当用户侧微电网做到依托但不依赖大电网时,就可以摒弃传统的配电结构,真正通过直流微网实现能量路由,投资成本将比交流微电网低10%以上,运行效率也显著高于交流微电网。运行于直流微电网下的储能电池组串,避免了环流,在AI-EMS的管理下可实现主动均衡,极大延长了储能电池的使用寿命,减少了年化折旧成本,进一步提升经济效益。