微电网电池储能技术的经济性研究

顾根永

摘要：伴随着我国社会经济的不断发展和人们生产生活水平的提升，整个社会的用电量呈现出逐年增加的趋势，为更好的满足人们的生产生活需要，保证供电的稳定性和可靠性，电力企业在进一步完善配电网络的同时，也越来越重视对电力技术的升级和改造。微电网电池储能技术作为一种新兴的电力技术，是未来电网工程建设的主要研究方向。当前我国电力系统正在逐步向智能电网的方向发展，微电网的架构和接入是智能电网建设的重要组成部分，而在进行微电网工程建设的过程中，微电网电池储能技术的应用是关键和核心。为了更加全方位的了解微电网电池储能技术，明确其应用的必要性，本文将从经济角度入手，对微电网电池储能技术的应用特点、运行方式以及经济价值进行深入的分析和研究。

关键词：微电网;电池储能技术;经济性;研究

微电网严格意义上来讲是分布式电力系统的组成部分，但是微电网与传统的分布式电力系统又存在一定的区别，微电网主要是采取分布式的接入方式，单独供能，又采取低压运行模式，这样将微电网接入国家电网之中，不仅不会影响原有电网电力资源的分配，还能够极大的提升电力使用效率。[1]在进行微电网建设的过程中，对微电网电池储能技术的应用是关键，微电网电池储能技术的应用应当着重的从经济性、安全性和供电稳定性等多个方面来进行考量和评估，伴随着我国智能电网的建设发展，微电网的应用规模将会越来越大，那么如何在保证微电网电池储能技术应用便捷性、安全性和可靠性的同时，实现微电网电池储能技术经济效益的最大化，是当前以及今后微电网架构中需要重点研究的课题。下面就主要从应用优势、经济价值、运行成本几个方面具体的论证和分析微电网电池储能技术的经济性，从而更好的评估该技术应用的可行性。

一、微电网电池储能技术的应用优势分析

1.灵活性

将微电网应用于电力系统之中，最大的优势就在于其灵活性。微电网可以简单的理解为微型电网，这里的微型主要就是指微电网在运行过程中电压是在10千伏以下的，也就是说其整体的运行电压低于10千伏配电线路中的电压，微电网的电力容量也都是控制在兆瓦以下。[2]那么在进行微电网电池储能技术应用的过程中，主要是将其直接与家庭电力系统相连，也就是直接实现用户端的接入，从而达到多源头协调控制的效果，这种灵活的接入方式，能够实现对电力资源的快捷使用，并且还有利于电能的质量控制。

2.环保性

前文提到，微电网主要是采取分布式的接入方式，单独供能。为其供能的主要电力来源就是清洁能源，因此微电网电池储能技术具有极大的环保性和清洁性。同时电池储能技术对电力资源的储蓄性能是非常高的，清洁能源供电，再加上其本身储电的优越性，能够在根本上实现对电力资源的节约和循环利用，[3]达到高性能和低能耗的运行目标，这也是微电网电池储能技术应用的最大经济价值所在。

3.自动化

微电网电池储能技术的应用其主要的优势还体现在自动化上。微电网电池储能技术在整个的应用和运行过程中，不需要人为的操作和控制，这主要是源于微电网电池在使用过程中具有一定的自动平衡功能，借助双向交流器能够使微电网中的电池储能一直维持在平衡的状态。[4]

4.交互性

微电网电池储能技术还具有极强的交互性。在整个的电力系统组成中，主要有10千伏配电系统、分布式电力系统和接入式电力系统，在传统的分布式和接入式电力系统应用中，一定程度上会导致电力资源的过度损耗。而微电网电池储能技术的应用则可以很好的规避这一问题，由于微电网的运行电压比较低，微电网和配电网之间可以实时的进行能量交换，[5]那么在微电网运行的过程中就能够实现对多元化能源的交互利用和电力资源的综合管理。

二、微电网中电池储能技术的应用经济价值分析

1.电池储能技术应用综述

伴随着我国电力系统的技术升级和改造，越来越重视对电力资源可再生和循环利用方面的研究，这也响应了我国节能环保的政策要求。那么在进行电力资源可再生和循环利用研究的过程中，电力资源的存储技术得到了一定的开发。一般来说电力资源存储主要就有蓄水储能、电池储能、超导储能和空气储能这几大类，经过综合评估分析，从经济性、安全性、能耗性等多个角度进行对比，发现蓄水储能和电池储能这两种比较可靠并且可行的电力储能技术。[6]但是蓄水储能技术受到自然环境、地理条件和水资源分布状况的限制，并不适用于每个地区，因此电池储能技术在微电网建设中脱颖而出，成为了电力资源存储的首选技术方式。当前在微电网系统中所采用的储能电池主要有液流电池、酸电池和铁锂电池这几种，伴随着电池储能技术的不断研究，当前磷酸铁锂电池以及优越的储电性能和高度的运行稳定性，被广泛的应用于微电网电池储能技术之中。本文所分析和研究的微电网电池储能技术的经济性，也主要是以磷酸铁锂电池来讲的。

2.磷酸铁锂电池的应用优点

在微电网电池储能技术的应用过程中，磷酸铁锂电池具有十分优越的应用性能，这也是分析和评估微电网电池储能技术经济性的重要基础。磷酸铁锂电池的优点主要就体现在以下几个方面：第一，磷酸铁锂电池正常工作运行的温度范围比较广，零下25℃以上，零上60℃以下都可以保持正常的运行，并且在使用过程中伴随着电池电解液发生化学变化，其可承载的温度值还可以进一步扩展，经过实验研究，磷酸铁锂电池工作可承受的最低温度可以达到零下40℃，最高温度则可以达到70℃。磷酸铁锂电池优越的温度性能，使其使用寿命非常长，能够达到最大的使用成本效益。第二，磷酸铁锂电池还具有快速充放电的性能，同时在充放电的过程中能夠实现100%的资源转换，这就极大的降低了能源损耗，实现节能效益和经济效益的统一。[7]第三，磷酸铁锂电池在电力资源的储蓄量上要比普通的铅酸电池高5倍，那么在进行微电网电池储能技术应用的过程中，就可以应用更少量的单体电池来达到最佳的储能效果，从而降低技术应用的成本。

三、微电网电池储能技术运行控制中的经济成本效益研究

微电网电池储能技术的经济性分析，本质上就是对微电网中储能电池的运行经济性来进行分析。这里需要注意的一点是，微电网在独立运行的过程中主要考量和评估的是其安全性、稳定性和供电的可靠性，一般不会对经济性来做出评价和分析。[8]而微电网接入配电网之中，就需要对其经济性进行评估。要提升微电网中储能电池的经济性，关键就在于调节和控制微电网的运行方式，一般来说微电网的运行结构主要有光伏发电模块、风机发电模块和储能电池组成的，通过对光伏发电模块和风机发电模块进行优化，以调节该模块的负荷状况，从而使微电网达到最佳的运行状态，从而提高整体的运行经济性。[9]下面就主要分析几种微电网电池储能技术的调节控制方式，从运行控制中来分析微电网电池储能技术的经济成本效益。

1.并网平衡

微电网在接入配电网之后，需要将微电网中的电力资源转化到配电网之中，那么在并网的过程中，要让微电网能够最大程度的吸收和转化储能电池中的可再生资源，就要实现微电网和配电网的并网平衡。微店网一般是建立在配电网的末端，其中有包含大量的三相不平衡治理装置。微电网与不平衡负载和不平衡分布式电源之间的交互作用为降低微电网中逆变器的控制性能，随之会导致微电网电压三相不平衡。要实现更好的微电网和配电网并网平衡控制，又需要在微电网储能逆变器中采用统一的三相不平衡抑制策略，从而提高储能逆变器的控制性能，降低微电网中的三相不平衡度，提升微电网运行的电能质量。[10]通过并网平衡控制，能够有效的减少微电网和配电网电能资源转化过程中的功率损失，提高其运行的经济性。

2.峰谷储能

应用微电网电池储能技术的根本目的就是提高电力资源的使用效率，将电力资源储存在微电网的储能电池之中，实现对电力资源的转化利用。前文提到，微电网主要是接入家庭供电系统之中，每个家庭的用户在用电的过程中都会出现电力高峰期和电力低谷期，那么就要通过电力峰谷储能运行控制来实现微电网运行经济效益的最大化。[11]将微电网并入家庭用电的主网当中，当用户用电到达用电高峰时段，微电网中的储能电池将全部开启放电状态，当用户用电回归低谷期之后，微电网中的储能电池又可以吸收配电网中的电力资源来充电，由于微电网中磷酸铁锂电池能够达到100%的电力资源转化率，那么在进行供电的过程中，就可以更加科学合理的对电力供应顺序进行调整，使微电网和配电网达到最佳的配合状态，从而使微电网储能电池中存储的电力资源能够发挥出最大的经济效益。

3.储能充放电功率控制

根据上文对电力峰谷储能控制的分析可知，利用储能电池来进行充放电能够更好的实现对电力资源的转化利用，但是需要考虑的另一个问题就是储能电池能不能完全充放电的问题。微电网中的储能电池在并入配电网运行的过程中，当用户用电到达高峰时期，储能电池的放电功率大约是到达20千瓦，而用户用电回归低谷时期，储能电池的充电功率大约是16千瓦，要使储能电池保持在最佳的充放电状态，在进行微电网运行的过程中就必须要调节微电网和配电网之间的电网功率，一般来说，最为理想的并网功率值是10千瓦。但是在实际应用的过程中，微电网中储能电池，也就是磷酸铁锂电池的最大充放电功率和电力资源储存容量会受到一定的限制。[12]把微电网独立运行的功率和并入配电网之后的运行功率进行对比分析，发现微电网中储能电池的充放电性能缩减20%左右，也就是磷酸铁锂电池的电力储存容量缩减到20%时，那么就不能投入到放电状态之中，就需要暂停工作进行充电。那么要使微电网的储能电池尽可能达到100%的充放电转换率，就必须要对并网功率加以调节和控制，保证并网功率平衡，使其保持在10～13千瓦之间，尽可能的降低能源损耗，实现节能效益和经济效益的统一。

四、电池储能技术的运行成本分析

要更好的分析和研究微电网电池储能技术的经济性，可以通过模拟运行的方法，计算磷酸铁锂电池的运行成本，进一步明确在配电网电池储能技术应用过程中需要采取什么样的功率定值，需要如何进行平衡处理才能够达到微电网运行经济效益的最大化。在进行模拟运行和计算的过程中，假定条件是风机发电模块、光伏发电模块以及运行负荷处在同一水平条件下，通过对电池储能次数的调节，通过对微电网和配电网之间交互功率的变化分析，来进一步明确磷酸铁锂电池运行成本的变化。

首先，在进行微电网和配电网并网处理的过程中，要探究并网功率的最佳值，就要在假定运行负荷不变的状态下，磷酸铁锂电池的的充放电情况进行运行分析。如下图1所示。可以看出随时间的变化，磷酸铁锂电池的充放电功率在发生不同程度的波动，根据波动曲线可以确定最大 SOC值。当微电网接入配电网之后，采取电力峰谷储能控制时，要想计算最佳的平衡功率值，就要明确在电力高峰期和电力低谷期磷酸铁锂电池的功率变化情况。如下图2所示。可以看出伴随着峰值和谷值的变化，可以找出一个最佳的平衡点，这个平衡点就是功率定值。如下图3所示。根据微电网中运行功率的变化趋势分析，要想实现并网功率平衡，那么再将微电接入配电网的过程中，在进行电池储能技术应用时，要使其发挥最佳的运行经济效益，就需要设定统一的功率值。通过采取并网功率定值处理策略，不仅可以实现经济效益的最大化，还能够最大限度的延长磷酸铁锂电池的使用寿命，使其得到更加充分的充放电，一定程度上有效的降低电池的使用成本，进一步扩大微电网电池储能技术的应用经济价值。

其次，要分析和研究微电网电池储能技术的经济性，还要从降低电池使用成本的角度入手。磷酸铁锂电池在微电网储能技术中的广泛应用就有赖于电池储能技术的不断发展和创新，要想实现电池使用成本的下降，根本上也要依靠储能技术的革新。伴随着微电网在电力系统中的规模化应用和推广，应用的微电网电池储能技术也得到了进一步优化和升级，整個储能系统的性能得以提高，主要就是体现在电池使用的循环次数增加、年充放电次数增加、使用年限增加、电池充放电效率提升、电池残值率下降、这就使得整个储能系统的内部收益率得到了明显提升，收益率的提升，意味着成本的降低，这也就使得电网电池储能技术将会有更好的经济价值和社会投资价值。除此之外，在进行微电网电池储能技术应用的过程中，还能够很好的利用峰谷时期的电差价来见经济效益的提升，在微电网运行的过程中，可以很好的利用工业电力差价优惠政策，在电力价格比较低的用电低谷时期，利用微电网中的电池储能装置来进行电力的存储，在用电高峰时期利用存储的电能来进行充分的放电，这样可以有效的避免在用电高峰时期，微电网直接利用配电网中的高价电能来进行放电，利用储存的低价电能来进行放电能够有效的降低我们家庭用电的使用成本，从而有效的降低峰谷电价差成本，以良好的单价效益来提升微电网电池储能技术的经济性。

五、结语

综上所述，微电网电池储能技术在电力系统中的应用具有比较良好的经济效益，而要实现微电网经济效益的最大化，还要从并网功率定值管理、峰谷储能电差价管理以及使用成本管理等多个角度入手，通过有效的运行控制和调整，不断的优化微电网电池储能的单元容量和运行方式，切实提高微电网电池储能技术的可行性和可靠性。

参考文献：

[1]贺钟灵.微电网电池储能技术经济分析[J].现代工业经济和信息化，2018，8（17）：9-11.

[2]陈蓓，李劲.面向智能微网的锂电池储能系统总成技术研究[J].装备机械，2014（04）：2-8.

[3]郑重，袁昕.电力储能技术应用与展望[J].陕西电力，2014，42（07）：4-8+30.

[4]罗星，王吉红，马钊.储能技术综述及其在智能电网中的应用展望[J].智能电网，2014，2（01）：7-12.

[5]张建兴，张宇，曹智慧，陈世峰.电网大规模电池储能技术的发展机遇与挑战[J].电力与能源，2013，34（02）：182-186.

[6]姜萌.一种储能系统结构在新能源微电网中的应用[J].电站系统工程，2020，36（06）：71-73.

[7]林嘉伟，王志新，张永.独立直流微电网中考虑不同容量的分布式储能系统能量控制策略[J].电力自动化设备，2020，40（10）：139-146.

[8]张丽杰.微电网分布式能量管理调度策略[J].中国设备工程，2020（18）：25-27.

[9]严干贵，蔡长兴，段双明，李洪波，刘莹，李军徽.考虑电池储能单元分组优化的微电网运行控制策略[J].电力系统自动化，2020（11）：13-16.

[10].2030年全球微电网市场规模或将超过400亿美元[J].电力勘测设计，2020（06）：16.

[11]孙瑛爽，罗聪，葛乐矣.基于确定性解法的新能源微电网经济运行优化[J].中国电力，2020，53（10）：149-155.

[12]陈瑜.智慧能源落地  微电网和储能技术一个也不能少[J].能源研究与利用，2018（06）：4+6.