城市发展与光充储新能源创新技术商业运营模式研究.pdf

431储能商业化发展的研究背景和内容1.1储能商业化发展的研究背景2021 年 7 月，国家发展改革委、国家能源局印发关于加快推动新型储能发展的指导意见，意见指出，到 2025 年，实现新型储能从商业化初期向规模化发展转变。新型储能技术创新能力显著提高，核心技术装备自主可控水平大幅提升，在高安全、低成本、高可靠、长寿命等方面取得长足进步，标准体系基本完善，产业体系日趋完备，市场环境和商业模式基本成熟，装机规模达 3000万 kW 以上，让新型储能在推动能源领域碳达峰碳中和过程中发挥显著作用。到 2030 年，实现新型储能全面市场化发展，新型储能核心技术装备自主可控，技术创新和产业水平稳居全球前列，标准体系、市场机制、商业模式成熟健全，与电力系统各环节深度融合发展，装机规模基本满足新型电力系统相应需求。基于上述意见，未来储能商业化将成为能源领域碳达峰碳中和的关键支撑和重要保障。1.2储能商业化发展的研究内容本文研究的项目坐落于中国东盟博览会永久会址的广西南宁国际会展中心，是 2022 年 9 月，由国家能源投资集团龙源电力集团股份有限公司所属的全资子公司广西龙源风力发电有限公司投资，并由其策划、开发、建设、运营的广西南宁首个光充储新能源创新示范的储能商业运营项目，并得到广西壮族自治区政府能源管理部门和同行业的广泛关注和认可，由于项目所在位置的城市发展与光充储新能源创新技术商业运营模式研究庄加利（广西龙源风力发电有限公司，南宁530022）摘要：为深入学习贯彻习近平新时代中国特色社会主义思想和党的二十大精神，贯彻新发展理念和碳达峰碳中和目标。本文以国家能源集团新能源发展要求为方向，依托南宁国际会展中心独特区域优势，将集团新能源开发建设与城市绿色转型相融合、将集团企业品牌宣传与城市低碳发展相结合。以光充储新能源创新应用运行关键技术为依托，建立储能商业运营模式，进一步探索储能规模化发展路径，对提升绿电消纳比例、储能配置推广进行深度研究，为后续光充储规模化发展提供模型样板、数据基础及经验总结。关键词：新发展理念；碳达峰；碳中和；光充储；储能；商业运营正文.indd 432023-5-13 16:26:4944经验共享 Experience Sharing特殊性，为集团新能源品牌和国际影响力的宣传提供了良好的标志和视角，并且该项目在 2022年 11 月作为龙源电力 2023 年科技创新项目通过立项评审。该光充储项目以新能源汽车充电桩停车位为基础，安装 6 个充电桩、一个 272m2停车棚，铺设光伏组件 112 块，每块组件 0.54kW，总容量为 60.48kW，配置逆变器 3 个、控制柜1 个，配置锂电池储能单元 6 个，储能总容量60kWh。本文研究的主要内容是通过该光充储项目实际运行的数据，将光伏发电曲线、负荷变化曲线、储能充放电曲线等数据进行对比分析，建立光充储电站运行模式，研究储能的充放电能力，在光伏发电站发电波动变化的同时，能够向充电桩负荷变化时供电，同时对于提升光伏电站的发电就地消纳能力进行研究。在光伏发电不向电网倒送电的前提下，通过储能，保证无负荷时，光伏产生的电力不浪费，对通过储能在提升整个系统效率方面进行研究。在经济性方面，通过设置不同的峰、谷电价差，利用储能充放电，对储能的商业经济效益进行分析，保证获得更大的收益，为后续光充储大规模商业化、市场化开发、建设、运营提供经验。同时也为新能源项目与城市建设相统一，以实现共同开发、互利共赢，树立合作的新模式、新典范。2光充储商业模式分析太阳能资源非常丰富，光伏发电的应用场景也几乎能够涵盖所有行业，例如地面电站、工商业屋顶、户用屋顶等。特别是国家能源局正式印发的公布整县（市、区）屋顶分布式光伏开发试点名单的通知国能综通新能202184 号，将各地报送的试点县（市、区）名单予以公布。根据通知，全国共有 31 个省、市、自治区（含新疆兵团）共计报送 676 个县，全部列为整县（市、区）屋顶分布式光伏开发试点。特别是随着城市绿色低碳转型的要求，在城市开发分布式光伏将迎来重大机遇。光充储是分布式光伏、用电系统、储能系统的有机灵活组合，是通过一体化方案，将光伏发电、用电设备（例如电动汽车）、储能、微电网控制于一体。光伏发电系统发电时，当用电负荷小时，可以将多余的电利用储能系统储存起来，并在用电高峰时期作为补充，支撑高峰时用电负荷的电能需要；同时，也可利用储能系统吸收低谷电，在用电高峰时在释放出去，在提高系统运行效率的同时，也为电网稳定光伏发电配电蓄电池储能电价峰期放电电价谷期储电光伏车棚发电系统利用车棚发电，产生可持续经济效益，绿色能源，节能环保储能系统电池储能，电价谷期对蓄电池充电，峰期放电，进一步降低充电成本新能源汽车充电系统图 1新能源汽车光充储系统示意图正文.indd 442023-5-13 16:26:4945提供辅助服务功能，减少用电高峰期的电网负荷、不稳定负荷和故障的冲击，同时更能够带来很好的经济效益。2.1光充储系统的组成在实现碳达峰、碳中和目标的电力清洁化趋势下，由发电侧电网侧用电侧组成的“源网荷”结构逐步转变成“源网荷储”新的能源结构，将储能贯穿于整个电力系统之中。储能系统的构成主要由蓄电池系统、变流器系统、站用变系统、能量管理系统及监控系统、一次和二次设备及电缆等。采用集成化微电网设计，可以并网运行，也可离网运行。储能系统采用模块化、一体化设计，目前常用的有磷酸铁锂电池、镍钴锰酸锂电池、液态矾等作为储能单元。并且具有电池管理系统、温控系统、防浪涌装置、接地保护装置、接地故障探测装置等功能。储能系统可实现运行模式的无缝切换，极大提高供电可靠性；当配置灵活高效的管理系统时，可以根据电网、负荷、储能和电价进行运行策略调整，实现系统运行优化和用户收益的最大化。但目前光储充模式落地建成的项目很少，且对其具体的运行数据进行分析的研究数据也较少，其逻辑调配能力和经济性上均需要实际数据的对比论证和支持。因此，本文借助城市的分布式光伏、新能源汽车光充电站、储能系统的应用进行研究分析，也为后续更好的发展光储充多场景应用提供经验。2.2新能源汽车光充储电站系统的组成对于城市有限的土地资源，运用光充储一体化方案，能够在城市里更好的发挥作用。在城市发展过程中，新能源汽车是未来汽车发展的必然趋势，能够减少传统能源的使用，降低污染气体排放，提高能源利用效率。它将光伏、充电桩、储能的应用场景进行结合，一方面为光伏在城市多场景应用提供范例，同时通过发挥组合优势，带动光伏、充电桩、储能多向发展，保证电网故障、停电时减少冲击。另一方面又在应用过程中解决一部分发电冗余和并网稳定的问题，也可以作为应急备用电源，以备用电高峰或断电时使用。新能源汽车光充储电站系统中的发电侧可以利用新能源汽车停车棚原有的车棚结构，也可以新建钢构架作为基础支撑，在上面铺设光伏组件作为一个光伏发电单元。太阳能光伏组件以组串式系统结构接入逆变器，各逆变器交流侧出线汇集到光-储-充综合并网柜。储能系统也将与其并联接入综合并网柜。并网柜安装于充电堆总配电箱旁，并网柜出线接入总配电箱。2.3新能源汽车光充储电站运行原理当新能源汽车停车棚上的太阳能板发电后，直流电经逆变器转换为交流电，电能通过并网柜汇入充电桩系统，为充电桩提供电源。当充电桩没有负载，无车充电时，此时光伏组件依然在发出电能，电能直接通过直流母排汇至储能设备，进行电能储存，避免了光伏发电的浪费。同时逆变器能记录每时每刻发出的电能，同时具有过、欠电压、过、欠频率、防孤岛效应、短路保护、负极接地保护等保护功能，也监测其电压（电流）总谐波畸变率是否满足规定要求，减少对电网的干扰。逆变器具有自动最大功率跟踪功能，并能够随着光伏组件接收的功率，以最经济的方式自动识别并投入运行。逆变器具有有功、无功功率调节功能，并可通过监控系统远程控制。2.4光充储电站系统运行模式的探究2.4.1并网条件下光充储模式并网条件下的光充储模式是在传统充电桩侧配置一套储能设备，让市电、充电桩、储能三者之间形成一个微电网。这种是光伏电站“自发自用、余电上网”模式的延伸。光伏电站发出的电能直接面向充电桩负载与电网，由于网络内阻的特性，优先向充电桩负载进行供电，此时充电桩负载为有车充电的情况。当无车充电时，光伏电站发出的电能通过并网点流向市政电网与储能设备供电，基于储能设备的自行控制通断能力，电能可以选择性地流向电网或储能电池，一般来说优先选择储能充电，能够较为有效地避免弃光，待蓄电池充满或者达到预定容量后向市政电网供电。正文.indd 452023-5-13 16:26:5046经验共享 Experience Sharing2.4.2脱网（离网）条件下光充储模式脱网（离网）条件下光充储模式是指在日照条件下，光伏电站发出的电能可以流向充电桩，也可以流向储能设备，充电桩和储能均相当于负载侧。对于充电桩来说，储能系统与市政电网系统一样，均是电源侧。根据在电力网络节点传输原理，充电桩会优先使用光伏电站发出来的电能，随着充电桩使用功率的上升，并直至超过光伏电站发出的电量时，开始同时使用市政电网电能和储能中储存的电能。此种模式对于负载总量较大、使用频次较高的场景来说较为有利。在这种模式下，当市电停电或发生故障时，光充储模式转入孤网运行模式，形成类似于微电网，储能将对微电网系统的电压和频率起着主要支撑作用，并实现微电网系统并、离网模式的平滑过渡。考虑到光伏电站出力波动性受气候环境影响较大，设置储能系统也可作为跟随电源，可以有效调节微电网功率波动。2.5光充储电站系统运行模式的技术分析2.5.1光充储电站能量供应和能量需求之间的差异分析储能系统基本任务是克服在能量供应和需求之间的差异。这种差异是由于能量需求量的突然变化和不平衡所引起的，即存在高峰负荷问题，又存在各类冲击问题，采用储能系统可以在负荷变化率增高时起到调节或者缓冲的作用。除了新能源汽车产业，光充储也有助于破解光伏发电和储能行业发展的瓶颈。对于上述问题，通过对光充储示范项目的数据跟踪，可以明显看出光伏发电、负载消纳曲线、储能充放电效率曲线的趋势。通过曲线数据可以看出，并网点输出曲线的波动性的大小，通过储能的灵活充放电能够得到一定的缓解特性，从而降低输出功率的波动性，降低不稳定能源对电网的冲击影响，保证了电网的稳定。2.5.2在城市市电断电的情况下光伏电站及储能互补技术分析在研究提高分布式光伏并网运行时应对断电的表现时，以安全稳定性及发电的精细化管理为主，是光充储的一项十分重要的内容。由于电力系统断电后会产生电压、电流及频率的变化，对于负载端来说，急剧变化的供电环境会导致设备受损几率变大，减少设备的使用寿命。配置储能相当于给电力系统加上了一套各项电力指标均完全一致的备用电源，能够使得电力指标迅速下滑时，使瞬间改变过程变得更为平滑。当电力系统断开时，此时光伏电站仍在正常运行发电或储能储有电能的状态，则电网冲击力会明显减少，此时电力系统以光伏、储能电能作为支撑。当光伏电站停止工作或者发电量非常少的情况下，例如阴雨天、夜晚等，此时储能设备更进一步作为电力系统的后备支撑，可以有效减少因电力系统突12010080604020000:0001:4003:2005:0006:4008:2010:0011:4013:2015:0016:4018:2020:0021:4023:20发电量：279.24度自发自用：279.24 度自给自足：277.41 度购买电量：628.75 度用电量：906.16 度上网电量：0.00 度PV发电功率用电功率自发自用功率储能充电功率储能放电功率100.00%0.00%30.61%69.39%kW图 2新能源汽车光充储电站系统光伏发电、负载消纳曲线、储能充放电效率曲线图正文.indd 462023-5-13 16:26:5047然断开而导致的能量冲击。2.5.3光充储电站套利经济性分析新能源汽车充电桩光充储系统利用谷电为储能电池充电，峰值时段利用储能电池为用户和负载供电，利用峰、谷时段的电价差获取收益。由于全天各时段的电价不同，新能源汽车充电桩光充储系统运营商可以利用这种电价差，决定何时从电网购买何种价格的电，在非峰值负荷时间对储能系统充电，而在峰值负荷时段的高电价状态时进行放电，从而将非峰值时段的电价“迁移”至峰值时段，实现峰谷套利，提升储能的商业经济效益。通过对广西南宁国际会展中心光充储项目样板点进行抽样核算，谷电价为 0.303元/kWh（每天 23:00 7:00），平段电价为 0.53 元/kWh（每 天 7:00 9:00，12:00 18:00），峰 电价为 0.857 元/kWh（每天 9:00 12:00，18:00 23:00），充电桩卖电成本约 1.05 元。通过储能套利方式，度电收益在谷、平、峰的时段，分别能够提升 18%71%之间的收益。3本文研究分析的亮点（1）在城市建立光充储一体化新能源电站，有效的提高了土地利用效率，扩大了新能源消纳的能力和多场景应用范围，为城市绿色转型、低碳发展开拓新思路。（2）分析了针对不同负荷需求，动态实时调节储能装置充放电策略，最大限度利用峰谷电价，实现能量均衡、可控、稳定安全的流动及多方互利共赢的模式。（3）风电、光伏等新能源的出力波动性受气候环境影响较大，设置储能系统作为跟随电源，也可以有效调节电网功率波动，减少对电网的冲击和影响。（4）可作为智慧高速的配套设施，支撑智能路网、智能电网、智能信息网的融合，对解决新能源电动汽车远距离出行难、城际交通充电难、高速公路新能源开发应用等问题，探索了新思路。4未来商业运营市场前景及效益4.1未来商业运营市场前景未来分布式光伏、分散式风电、城市商业储能、大型集中式储能、分布式能源管理等具有很好的发展空间及应用前景，对于储能的优化配置策略，储能的运维方式和不同储能的架构分析，都建立了数据、技术和收益的运行统计和分析基础。对于未来大规模储能的投资，虚拟电厂的开发，提供了宝贵的实际经验与数据支撑。通过光充储系统的应用，可以进行峰谷套利、提供电网辅助服务，并可作为虚拟电厂来响应电网调度，其未来商业运营的市场空间很大、机会很多。4.2未来商业运营的效益4.2.1经济效益4.2.1.1在非峰值负荷时间对储能系统充电，而在峰值负荷时段状态进行放电，从而将非峰值时段的电价“迁移”至峰值时段，实现峰谷套利，提升储能的商业经济收益。4.2.1.2当在城市等建筑物上安装光伏组件时，受气候、地理、地形、城市建筑等多种因素影响，会存在部分阴影遮挡等问题。后续可通过组件优化器提升发电量，同步增加收益。并可应用智能能源管理系统对组件的电压、电流进行实时监控，加强故障诊断的效果，避免由于故障带来的发电量损失。4.2.1.3推动智能化分布式光伏运维模式建立，推广解决分布式新能源运维困难等问题，通过智能化运维手段降低人工成本，也可通过组件诊断技术提升组件问题定位效率，降低电站运维成本，提升电站收益。4.3社会效益（1）通过对光充储项目并、离网系统的研究，避免电网不稳定，脱网运行下对负载的供电连续性造成的影响。在极端情况影响下，例如暴雨、极寒造成电网断电时，通过储能系统保障供电连续性，保证社会的生产生活。正文.indd 472023-5-13 16:26:5048经验共享 Experience Sharing（2）通过项目运行负荷、光伏发电曲线等数据的统计分析，建立光充储电站运行模式，让储能的商业模式为未来电网侧独立储能电站、用户侧储能电站的投资与建设决策提供数据支撑。（3）光伏、储能、充电桩（各类用电用户）将形成一个多元互补的能源发电微电网系统，可以实现光伏自发自用、余电上网、余电存储。同时可以大力开发高速公路、机场、铁路、港口等各场景应用。此外，可有效平抑对电网的负荷冲击，产生一定的安全稳定效益。（4）可将本地监控系统用网络方式接入企业集团全国新能源集中监控系统、电网公司监控系统、运营商车联网系统、通信物联网系统等服务平台，实现分布式光充储电站的统一接入、集中管理、实时监控与智能运维。5建议（1）各类企业应主动落实国家政策，坚持新发展理念和碳达峰碳中和目标，以“十四五”发展规划为引领，全面落实新源发展与城市建设、乡村振兴建设的创新融合，转变新能源传统的单一发展理念，开展多元化发展、各产业合作互补，积极打造优质科技创新示范项目。（2）企业应鼓励各级员工，立足自身岗位，发扬勇于创新、敢于创新、主动创新的精神，积发大家创新活力。同时对好的科技创新项目提供资金支持、荣誉表彰、课题研究、专利申请、申报技术进步奖等活动。（3）企业应积极打造多行业、多领域、多单位的合作项目，梳理合作共赢典范，提升新能源品牌和国际影响力。（4）加快用户侧商业储能项目的开发，尝试开展城市乡村、农业农场农户、虚拟电厂等开发及运营，为新能源多元化发展提供方向和经验。参考文献1 张宝锋，童博，冯仰敏，等.电化学储能在新能源发电侧的应用分析J.热力发电，2020，49（8）：13-18.2 苏伟，刘世念，钟国彬，等.化学储能技术及其在电力系统中的应用J.化学储能技术，2019.3 李峰.电化学储能关键技术分析J.电源技术，2019，43（7）.4 唐有根.电化学储能技术的发展J.大众用电，2022，24-27.庄加利（1983），男，工程硕士，注册安全工程师、工程师，从事新能源规划发展工作。E-mail：Research on the Commercial Operation Model of Innovative Technologies for Urban Development and Light Charging and Storage of New EnergyZHUANG Jiali(Guangxi Longyuan Wind Power Generation Co.,Ltd.,Nanning 530022,China)Abstract:In light of the Xi Jingpings new era socialism with Chinese characteristics and the spirit of the 20th CPC National Congress,and to fulfill the new development philosophy and the carbon peaking and carbon neutrality oblectives,this paper aims at the requirement of development renewable energy with China National Energy Group Co.,mixes together company construction with regional green transition and upgrading,combines the promotion of the company brand with urbane low-carbon development.A new energy storage commercial operation pattern is presented supported by solar power generation,electric recharge and energy storage,with a focus on it large-scale growth.Paths to improve the green power ratio and extent the energy storage are also a focused study,in order to provide model,data reference and engineering expertise.Keywords:carbon peaking,carbon neutrality,solar recharge and storage,energy storage,commercial operation.正文.indd 482023-5-13 16:26:50