光伏储能耦合发电在我公司绿色矿山建设中的应用.pdf

刘家明，等：光伏储能耦合发电在我公司绿色矿山建设中的应用工程建设中图分类号：TQ172.6光伏储能耦合发电在我公司绿色矿山建设中的应用刘家明,徐伟，刘均立,刘纯伟,杨坤(山东鲁碧建材有限公司,山东济南2 7 110 0)摘要：面对国际形势中不断严峻的环保问题，传统资源消耗型制造业的发展模式已经愈发不符合国家长远发展政策和产业绿色低碳的发展需求，而引进诸如光伏、锂电、风电和氢能等清洁能源是目前传统制造业逐步摆脱对外界传统能源依赖的最有效手段之一。光伏和锂电储能这两种新能源的运行原则契合矿山生产主要集中在日间的特性，不仅能够助力绿色矿山建设，并为矿山节省不少的电力成本，且能够提高品牌影响力和有效推动地区新能源产业发展，所以清洁能源引进势在必行。关键词：光伏发电；锂电储能；光储耦合发电；清洁能源；绿色矿山Application of photovoltaic energy storage coupled power generation in our companys green mine constructionLiu Jiaming,Xu Wei,Liu Junli,Liu Chunwei,Yang Kun(Shandong Lubi Building Materials Co.,Ltd.,Jinan 271100,China)Abstract:In the face of increasingly severe environmental issues in the international situation,the development model of traditional re-source consuming manufacturing industry has become increasingly inconsistent with the current national long-term development poli-cies and the green and low-carbon development needs of the industry.Introducing clean energy sources such as photovoltaic,lithium,wind power,and hydrogen energy is currently one of the most effective means for traditional manufacturing industry to gradually breakaway from dependence on external traditional energy.The operating principles of photovoltaic and lithium-ion energy storage,two newenergy sources,are in line with the characteristic that mining production is mainly concentrated during the day.They can not only as-sist in the construction of green mines and save a lot of electricity costs for mines,but also enhance brand influence and effectively pro-mote the development of regional new energy industries.Therefore,the introduction of clean energy is imperative.Key words:photovoltaic power generation;lithium battery energy storage;optical storage coupled power generation;clean energy;green mines弃矿渣场地和办公室屋顶总计1.8 万m面积，光伏1引言组件装机密度16 5W/m建设了总装机量为3MW目前传统矿山的能源结构仍是以煤电为主，这的光伏电站，自2 0 2 1年5月成功并网发电以来，稳定种过分依赖传统能源的发展模式已经越来越不符合运行至今。时下国家宏观发展政策和矿山绿色、低碳、可持续发锂电储能系统目前主要以40 英寸（长12 m、宽展要求，因此想要打造一座真正的绿色矿山，减少外2.8m、高2.4m）的标准集装箱为承载体，即集装箱部购电需求尤为关键，因此绿色清洁能源的引进势式锂电储能系统，目前一组集装箱式锂电储能系统在必行。引进清洁能源不仅是企业的社会责任，更的最大储存容量为2.5MWh，且占地面积较小。该是绿色低碳发展之路上的制胜之本。系统将锂电池组、电池管理、功率变换、储能监控、空调、消防和配电等系统集成在此40 英寸的箱体内2光储耦合发电系统介绍部，实现高集成度、可移动性强和高容量的储能设光伏储能耦合发电系统结合了光伏发电和锂电备，并具备抗热、抗寒、抗风沙等特点，能够适应各种储能两种新能源，两个系统之间可以实现优势互补，安装和使用环境。集装箱式锂电储能系统内部结实现清洁能源的高效、合理利用,增加矿山绿色用电构见图1,实样见图2。比例。光伏发电系统在矿山内部建议采取分布式建设安装。该建设方式下可以利用矿山内部现成建筑，如在料场仓库和办公室屋顶安装光伏组件，同时光伏组件可以替代屋顶彩钢瓦，实现光伏建筑一体化。或是直接利用矿山废弃矿渣场地，经土地平整后安装光伏组件，节省土地治理和绿化成本。鲁碧矿山分公司一期3MW光伏电站便是利用厂区原废水泥工程2023年第4期文献标志码：B文章编号：10 0 7-0 38 9(2 0 2 3)0 4-8 1-0 3【D0110.13697/ki.32-1449/tu.2023.04.028配电柜BMS柜电池组排风扇图1集装箱式锂电储能系统内部结构图变压器PCS.风道空调-81-工程建设刘家明，等：光伏储能耦合发电在我公司绿色矿山建设中的应用光伏电站年发电量，并且矿山用电时间主要集中于07:0017:00，与光伏发电时间吻合，即理论上3MW锂电储能系统光伏发电总量基本可以被矿山用电所消纳。但截至2022年12 月底，该光伏电站发电自用率为7 8%，上网率2 2%，上网电量较高，导致发电效益下降。图2 集装箱式锂电储能系统实样图光伏储能耦合发电系统中光伏发电系统通过并网方式为矿山提供绿色用电，实现自发自用、余电上网；集装箱式锂电储能系统既是一个用电设备，也是一个发电设备，通过并网方式，吸收光伏余电和电网谷电进行储能，在电价高峰或者光伏发电功率不足时放出。一方面通过削峰填谷的运行原则降低光伏系统余电上网率，提高厂区绿色用电比例，另一方面采用夜储日供的运行原则，利用峰谷电价差为厂区创造经济效益。光伏储能耦合方案中光伏和储能系统在交流侧连接，储能系统可以接入低压侧，也可以集中接入10 35kV母线。该方案的储能系统集中布局，易于运行管理和电网调度，连接方案见图3。光伏逆变器10 35kv光伏电站集装箱式锂电储能电站图3光伏储能耦合系统连接方案示意图3光伏储能引进必要性分析近年来，国内光伏装机量上升迅速，截止2 0 2 2年12 月底，国内光伏装机总量已累计达3.9 亿kW，位居全球首位。伴随光伏发电技术不断成熟，发电成本亦随之下降，因此光伏发电成为了大多数企业替代传统发电模式的首选之一 2 。因为矿山不适于夜间开采的特殊性，其生产活动主要集中于日间，刚好处于光伏发电期间，即矿山生产用电与光伏发电在时间维度上较为吻合，光伏发电自用率高、上网率低，因此矿山在条件满足的情况下可将光伏发电作为引进清洁能源的首选，不仅可以增加矿山绿色用电比例，同时节省矿山用电成本，起到降本增效的作用。目前该光伏电站自2 0 2 1年5月成功投人运行以来，首年发电量超38 0 万kWh，单日最高发电量高至2万kWh，并通过图4可知其发电时间主要在0 6:0 0 18:00之间，发电功率峰值在12:0 0 13:0 0 之间。鲁碧矿山分公司年用电量约6 2 0 万kWh，远高于3MW-82-30002.5002000150010005000 04:00 05:00图43MW光伏电站单日发电功率曲线图根据分析，造成光伏上网电量较高的因素主要有：（1）矿山生产根据需求，有时需要停工检修，有时产量下降，未能满负荷运行导致生产用电波动较大，当生产用电功率低于光伏发电功率时，就会造成光伏发电部分上网；（2）中午12:0 0 13:0 0 原本是光伏发电功率峰值期，但该时间段刚好是员工用餐和午休时间，此时大部分设备会处于空转状态，厂区用电大幅下降，导致上网电量激增。目前，矿山生产用电成本偏高，上网补贴电价较低，若能将原上网电量转化为生产用电，将会极大降电网低矿山生产用电成本。因此考虑为光伏电站引人锂电储能系统，一方面是中午12:0 0 13:0 0 矿山生产设备处于空转，厂区用电量偏低，光伏发电量较高，锂电储能系统此时进行充电，从而吸收光伏电站原本的上网电量，实现低成本充电；另一方面光伏电站发电功率受限于光照、天气等不可控因素，易产生波动，如图4中标记区域，就是因为太阳被云层遮挡，导致光伏组件发电功率下降，若是此时锂电储能系统放电，与光伏能源互补，平滑随机气象引发光伏发电功率波动，便可实现削峰填谷，节省高成本用电，提高矿山绿色用电比例，完成清洁能源的高效利用 4-5。同时锂电储能系统还可以按照夜储日供的运行原则，即夜间电价较低时间充电，日间电价较高时放电，从而利用电价差值减少矿山用电支出。4光储耦合发电系统效益分析4.1光伏发电系统鲁碧矿山分公司一期3MW光伏电站，首年发电超38 0 kWh，预计前10 年年平均发电量为340 万kWh，2 5年寿命周期内年平均发电量为310 万kWh。按照年发电量7 8%自用率、2 2%上网率，0.7 5元/kWh的平均用电价格、0.39 49 元/kWh的脱硫煤水泥工程2023年第4期7:3010:0012:3015:0017:30时间刘家明，等：光伏储能耦合发电在我公司绿色矿山建设中的应用工程建设统研究 J.电源技术,2 0 17,41(11):3.标杆上网电价作为参考，以及7 万元/MW的光伏电站年维护价格来核算：3MW的光伏电站年效益为：340 7 8%0.7 5+340 2 2%0.39 49-7 3=2 0 7 万元，经济效益明显。与燃煤电厂相对比，预计每年可节约标煤标准煤9 6 0 t，减排二氧化碳2 50 0 t、二氧化硫7 2 t、氮氧化合物36 t、粉尘6 50 t,有助于改善大气环境质量，经济和环境效益明显。4.2锂电储能系统针对3MW的光伏电站，根据光伏配套储能项目2 0%装机规模配置以及2 h的储能原则，可考虑配套一组1MW/1MWh（说明：1MW为最大充放电功率,1MWh为储能容量,其中储能容量按照上述配置标准核算为3MW20%2h1MWh)的集装箱式锂电储能系统。锂电储能系统既是一个放电设备，也是一个用电设备，要想尽可能发挥其夜储日供和削峰填谷带来的经济效益，就必须为其定制一个合适的充放电策略，即在低电价的时段充电、高电价的时段放电，尽可能保证其每日充放循环次数达到2 次或以上。目前大部分省份每日电价低谷集中于中午12：0013:00（厂区午休，设备空转）的1h和夜间2 3:0 0 07:00的8 h，而刚好在这个两个时间段矿山基本不进行生产，厂区用电需求较低，此时锂电储能系统可以进行充电，且不用担心储能系统高功率充电会提高矿山分公司用电的每月最大需量电费。参考图5,锂电储能系统在夜间2 3:0 0 0 7:0 0 采取慢充模式，利用8 h将电量充至10 0%，然后于上午电价高 尖峰时刻放电至10%左右（锂电池为保证电池寿命，尽可能保证电池内部仍有剩余电量），接着在中午12：0013:00利用原光伏上网电量和电网谷电1h快充至10 0%（锂电储能系统优先利用光伏进行充电），最后于下午电价高峰时刻放电至10%左右，进而完成2次充放循环。故1MW/1MWh的储能系统理论上每日能为厂区提供低成本供电约1MWh2x90%=1.8MWh，可大幅降低光伏发电上网率。(1-4M.)/E1.2一0.2自2 0 2 1年年末全国电价全面市场化后，各地区峰谷电价差值普遍在0.6 元/kWh以上，由于光伏上网电价与谷电电价相近，故储能系统每天2 次充放循环中的电价差值采用0.6 元/kWh作为参考，且1MW/1MWh储能系统年运行天数和年维护费用分别以30 0 天和5万元考虑，即该储能系统年效益为1.8 x103x0.6300/104-5=27万元。以目前光伏和锂电储能市场的总包投资价格4元/W和2 0 0 万元/MWh作为参考，3MW光伏配套1MW/1MWh储能系统的光伏储能耦合发电系统项目投资预计为140 0 万元左右，年效益为2 0 7+2 7=2 34万元，静态投资成本回收期为140 0/2 34=6 年，经济效益十分可观。考虑电价完全市场化后，伴随着煤价上涨趋势，电价也会随之增长，光伏储能耦合发电项目的经济效益可观。5结语矿山开采生产用电主要集中在日间的特性和光伏仅日间发电的特点相契合，同时光伏发电目前技术成熟、安装选址难度低，所以光伏发电可以作为矿山逐步减少对外部传统能源依赖而引进清洁能源的首选之一。配套锂电储能系统后，不仅可以对光伏发电削峰填谷，降低光伏发电量上网比例，提高矿山内部绿色用电比例,而且还能通过峰谷电价差值,实行夜储日供，获得利润。光伏储能耦合系统的引人一方面满足了矿山绿色低碳发展需求，另一方面可以为矿山创造经济效益，尤其是在光照资源丰富、可建设面积充足和峰谷电价差值较大的区域，经济效益更为明显。参考文献1郭振,詹梨梨，王冬林,等.集装箱储能系统在微电网中的应用研究 J.科技创新与应用,2 0 19(34):3.2黄士瑶.光伏发电并网技术发展现状与趋势探析 .电脑乐园,2 0 2 1(4):0 336-0 336.3赵争鸣,孙晓瑛,刘建政.太阳能光伏发电及其应用 M.科学出版社,2 0 0 5.4陈世锋，陈北海，孙玉民,等。新能源侧百兆瓦时级储能电高峰放电站系统集成技术研究与应用 J.电器与能效管理技术,2 0 2 0高峰 尖峰放电(10):8.5游峰，钱艳婷，梁嘉,等.MW级集装箱式电池储能系低谷充电低谷充电888888888234561822228023时间图5集装箱式锂电储能系统充放电策略水泥工程2023年第4期2.06光伏度电成本测算与分析 EB/0L.(2021-02-19).https:/ 0 2 2-11-11)-83-