储能系统电能时移的成本—效益分析

根据实测的系统负荷数据（见附表1），在忽略电能传输损耗的前提下，可由此数据作出该系统的日发电量曲线，如图5-6所示。

如图5-6所示，该发电厂发电峰荷时间段为9点至17点，谷荷时间段为0点至8点，现使用储能设备进行调峰，试将高峰部分发电量转移至低谷时段，并对其经济性进行计算。

图5-6 某系统日发电量曲线

1.高峰时段缺电容量计算

由图5-6可见，该发电厂日发电的峰谷差尤为显著，可能由于其在高峰时段因发电量的不足，导致电网公司向外厂购电，从而抬高上网电价。因此，需要将发电低谷时段的发电量用以储存，并将其用于发电高峰时段，从而实现移峰填谷。

首先，由上述曲线拟定最大发电量为P₀=22000kW，如图5-7所示。

图5-7 储能系统的移峰容量

使用梯形面积法则计算发电高峰时的缺电容量，即图中阴影部分面积：

式中 A_LD———缺电容量（kW·h）；

P_前———前一时刻发电量（kW）；

P_后———后一时刻发电量（kW）。

2.低谷时段最大允许储能容量

由于在发电低谷时段需要额外发电并储存，且此发电增量不能超过其平均发电量，因此须计算在该发电量下的最大允许储能容量，如图5-8中阴影部分面积所示。

图5-8 系统最大允许储能容量

使用梯形面积法则计算发电高峰时的缺电容量，即图中阴影部分面积：

式中 A_max———最大允许储能容量。

将曲线中数据代入后得：A_max=41622kW·h，经过比较发现，A_max远大于A_LD，因此谷荷时拥有足够的容量储蓄峰荷所需的电能。

3.储能设备使用前日总发电量

使用梯形面积法则计算使用储能设备前的日总发电容量，即图5-9中阴影部分面积：

注：此容量中包含部分缺电容量即储能容量，并无实际意义，只为方便以后的计算。

图5-9 储能设备使用前日总发电量

4.设备使用后日总发电量

使用梯形面积法则计算使用储能设备前的日总发电容量，即图5-10中阴影部分面积：

图5-10 储能设备使用后日总发电量

A_后=A_前-A_LD=（491441-15104）kW·h=476337kW·h

5.储能设备的成本计算

（1）储能设备的固定成本

由于本次设计选用NaS电池作为储能设备，因此需要对其设备固定成本进行计算，运用公式（5-5）：

式中 E_S=A_LD=15104kW·h；

P_S=P₀=22000kW；

η———充放电效率，η=86%。

由表5-2，单位功率建造费用及单位储能费用分别取中间值，即：

C_e=520美元/kW·h≈3120元/（kW·h）(www.xing528.com)

C_P=1540美元/kW≈9240元/kW

注：人民币对美元汇率取1∶6。

综上所述，

（2）储能设备的运行维护成本

由于设备的运行及维护会产生一定的年费用，这些年费用也需要计算在设备的总成本里，因此由式（5-6）计算NaS电池的运行维护费用：

C_YW=C_yP_S+C_wP_S

由表5-2，单位运行费用及单位维护费用分别取中间值，即：

C_y=35美元/kW≈210元/kW

C_w=6美元/kW≈36元/kW

综上所述，C_YW=（210×3000+36×3000）元=738000元

（3）储能设备成本及运维等年值计算

由等年值概念可知，设备的固定成本为一次性投资，而且并不是在此后的某一年取得一次性收入，而是在以后的若干年，假设每年获取的利润相同，每年都获得一笔收益，因此必须由公式（5-10）计算其等年值：

式中 A₀———等年值现值，即A₀=C_S=82515907元；

A———等年值（元）；

r———贴现利率，此处取5%（即略高于银行存储年利息）；

n———设备使用年限，这里取n=10年。

将上式整理并计算得：

6.投资储能前后经济比较

根据发改委发布《上海市发电企业上网电价表》（见附表2）可得上海市发电企业标杆上网电价为0.4418元/（kW·h），因此可以算出储能前及储能后的买电总价。

（1）储能前日发电总费用

由于在用户用电高峰时段，发电厂发电容量不足引起缺电，导致电网公司必须向外厂以较高的协议电价购买所缺电量，因此得出以下公式：

Q_前=A_后C_上网+A_LDC协议

式中 Q_前———储能前的买电价格（元）；

C_上网———标杆上网电价，即C_上网=0.4418元/（kW·h）；

C_协议———向外厂购电的协议电价（元）。

将前述数据代入后得：

Q_前=209 588+15 104C_协议 （5-15）

（2）储能后日发电总费用

在使用储能设备后，日发电总费用里应包括设备固定成本的等年值及设备的运行维护费用，其值需由年换算为日，如下式：

将前述数据代入后得：

Q_后=248 615元

将式（5-15）及式（5-16）进行比较可以得出以下结论：

1）当Q_前＜Q_后时，209 588+15 104C_协议＜248 615，即C_协议＜2.58元/（kW·h）时，储能前的日总发电费用小于使用储能设备后的日总发电费用，即安装储能设备后，电网公司的实际利益为亏损。

2）当Q_前＞Q_后时，209 588+15 104C_协议＞248 615，即C_协议＞2.58元/（kW·h）时，储能前的日总发电费用大于使用储能设备后的日总发电费用，即安装储能设备后，电网公司从中获取收益。

结合以上结论并分析可知，当电网公司下属电厂的发电容量不足时，电网公司必须向外厂以高价买电，满足用户侧的电能需求，此较高的协议电价的存在势必使电网公司在经济上有所亏损，即发电越多亏损越多，这可能导致恶性循环，如发电厂停用机组尽量少发电、减少煤原料的进口量以减少发电成本投资等。

在电网侧加装了储能设备后，由其带来的经济效益可以很好地改变电网缺电的现象。如上例计算可知，当协议电价超过2.58元/（kW·h）时，使用储能设备而增加的固定成本及运行维护等年值费用后发电成本总和将小于电网公司向外厂购电的发电总成本，这便使电网公司从中节省了发电成本，获得了经济利益。若协议电价不宜过高，则可选用不同的制造材料，降低其每单位储能所需的费用，或者可以选择合适的储能容量，从而降低其设备固定成本及其等年值，以适合不同地区、不同经济环境（包括上网电价、电度电价等）的需要，达到保证电网侧经济利益的目的。

不但如此，储能设备的存在，有效地缓解了电网在用电高峰时段的压力，保证了供电可靠性及稳定性。此外，在遇到负荷突然变大或变小的情况下，储能设备也能很好地应对，从而减少了启停机组的次数，延长了设备的使用寿命。