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1、光储充一体化项目中储能系统的设计方案摘要以某机场扩建工程中光储充系统的工程实践为依托，对储能系统的建设进彳亍详细的研究，对储能系统现状进行了分析,并对在光储充一体化系统中储能设备的运行方式进行了探讨。对其设备选型、系统功能、电气一次接线、二次保护、消防设计等加以说明，提出了光储充T本化项目中储能系统的设计方案。关键词储能；光储充；设计引言习近平总书记提出中国二氧化碳排放2030年前达到峰值、2060年前实现碳中和的目标，令新能源产业迎来了前所未有的发展空间。同时也让具有随机性、波动性和间歇性的光伏、风电等能源的储存消纳成为亟待解决的重要课题。电力储能技术正朝着转换高效化、能量高密度化和应用低成
2、本化方向发展，通过试验示范和实际运行日趋成熟,在电力系统中发挥出调峰、电压未M尝、频率调节、电能质量管理等重要作用，确保了系统安全、稳定、可靠的运行。储能应用场景按照大类划分，可以分为电源侧、电网侧和用户侧三类。本文中以某光储充项目为依托，对光储充一体化项目中储能系统的设计方案进行说明，本文储能系统应用的类型结合了电源侧与用户侧的双重功能。在光伏系统发电高峰时或谷电价时可为储能系统充电，在峰电价时段则由储能系统放电支持负荷。本文中以某光储充项目为依托，对光储充一体化项目中储能系统的设计方案进行说明。1、储能容量及充放电策略1.1 光伏发电量分析光伏发电系统在一天当中的逐时发电量进行分析,以确定
3、储能设备的功率和容量。(1)光伏发电系统在冬至日的逐时发电量见表1。表1光伏发电系统在冬至日的逐时发电量时间0点1点2点3点4点发电量(Wh)0.0.0.0.0.时间5点6点7点8点9点发电址(Wh)0.0.000.6516.7022498.94时间IO点11点12点13点14点(Wh)36966.3549075.6252823.4852979274391738时间15点16点17点18点19点发电量(Wh)27527.9510177.810.0.0时间20点21点22点23点24点发电员(Wh)0.0.0.0.30248361其功率曲线见图1o冬至H光伏系统发电及曲线(Wh)60 0.50
4、0.40 0.30 0.0020 000.IOO.0.SSSSS8SSSSSS8SSSS8SSS F B * OICErS, 9 C X6O - ZErS 9C3C6O - Zf 一 一一一 一一一 一一一 ZZZZ图1冬至日光伏系统发电量曲线(2)光伏发电系统在夏至日的逐时发电量见表2。其功率曲线见图2o表2光伏发电系统在夏至日的逐时发电时间。点I点2点3点4点发电址(Wh)0.000.0.0.0.时间5点6点7点8点9点发电V(Wh)0.24436.3165702.28HO925.59151625.63时间10点11点12点13点14点发电fitWh)185050.07203666.022
5、03782.27193358.97174112.77时间15点16点17点18点19点发电量(Wh)145325.5()107289.8666948.6129019.782435.31时间20点21点22点23点总计发电量(Wh)0.0.0.0.1663678.98(3)一年平均逐时发电量见表3。其功率曲线见图3o表3光伏发电系统平均逐时发电时间。点1点2点3点4点发电址(Wh)0.0.0.0.0.时间5点6点7点8点9点发电*(Wh)0.3434.3318336.6043908.0971499.95时间10点11点12点13点14点发电*(Wh)91364.911951.01106119.9
6、5103698.7893198.52时间15点16点17点18点19点发电量(Wh)74714.9249876.9023650.076837.94224.46时间20点21点22点23点总计发电fit(Wh)0.0.0.0.787816.44光伏系统年均逐时发电Ia曲线(Wh)120(XX)l0ROOM60(MX)40020(XX)O图3光伏发电系统平均逐时发电量曲线对光伏系统日逐时发电量进行分析可知，光伏系统在冬至日从上午8点左右开始发电，在中午13点左右发电量达到最大，在下午4点左右停止发电；在夏至日从上午6点左右开始发电，在中午的12点左右发电量最大，在下午7点左右停止发电；对于全年逐小
7、时平均发电量，在6点左右开始发电，在中午12点左右到达高峰，在下午7点左右停止发电。1.2 负荷分析对光储充一体化项目的电负荷清单整理见表4o以上负荷的电源由变压器低压侧以380VAC供电，分布式光伏发电设施根据布置情况也经逆变器接入上述配电变压器的低压侧,储能系统也通过储能变流器接入配电变压器的低压侧。表4光储充一体化项目电负荷统计3设备名称设备功率Pt-(kW)需要系数Kx功率因数Cos中功率因数Ian有功功率(kW)1快充30.60.850.621802快充3000.60.850.621803快充30.60.850.621804快充3000.60.850.621805快充3000.60.
8、850.621806快充30.60.850.621807快充30.60.850.621808快充3000.60.850.621809变电所2010.850.6220合计242014601.3储能系统容量分析（1）电价及分时信息：根据统计，陕西省电力公司2022年2月代理购电商业用户电价最大峰谷电价差为0.61元/kWh设置储能系统对于节省电价起到了非常重要的作用。峰谷电价时段划分如下：高峰时段8:00:30、18:3023:00,其中夏季7、8月尖峰时段19:3021:30,冬季12、1月尖峰时段18:3020:30,；平时段7:008:00,11:3018:30;低谷时段23:007:OOo
9、（2）光伏政策信息：陕西光伏脱硫煤电价0.3545元kWho表5对光伏在峰谷电价时间区间内累计发电量分析（单位：kWh）时间23：-7:07：-8:08：OO-II：X)11:30-18：3018：30-23：段（谷时段）（平时段）（峰时段）（平时段）（峰时段）冬至日O53.736758.212715.7820夏至H197.633186.796793.111437.56610.3745平均63.72117.51831827.44I088.340.295由表5可知，在上午电价峰时段，光伏发电量未达到高峰，需要储能系统放电以供负荷之用，尤其是在冬天，光伏系统开始发电时间较晚，上午8点左右发电量很小
10、，负荷用电几乎全部由储能系缴口市电提供，考虑目前阶段储能系统Wh造价约为1.52元，理想情况下循环次数为5000（80%,25,1C）次左右，经济性较差，因此，仅考虑在电价峰时段储能系统仅支撑部分负荷用电，缺口电量首先考虑由光伏系统提供，光伏系统电量不够时由市电提供。负荷总功率为1460kVA,考虑30%用电负荷由储能系统提供，配置储能系统功率500kW,故选取500kW储能变流器。在11:3018:30的平时段，光伏系统的发电量在I1001450kWh之间，储能系统需存储光伏电量用于支撑晚上的峰时段用电负荷,故考虑储能系统容量与光伏系统发电量相符,选用1000kWho综上,储能系统功率及容量
11、按500kW/1MWh考虑。1.4充放电策略根据以上内容制定储能系统充放电控制策略如下：(1)23:00至7点，为谷电价时段。光伏系统不发电，储能系统由市电对其进行充电，并通过市电支撑负荷。(2)07:00至8:00,为平电价时段。光伏系统发电量很小，储能系统为充满电待机状态，首先通过光伏支撑负荷，光伏出力不足时，由市电补充。(3)08:00至11:30,为峰电价时段。光伏系统发电量逐渐提高，储能系统放电，首先通过光伏支撑负荷，光伏出力不足时，由储能系统放电补充,还不足时，由市电补充。(4)11:30至18:30,为平电价时段。此时段光伏发电量到最大至，首先通过光伏发电支撑负荷，如光伏系统尚有
12、余电，则由光伏和市电向储能系统充电。如光伏发电量不足，则由市电补充支撑负荷。(5)18:30至23:00,为峰电价时段。此时光伏系统发电量很小，储能系统为放电状态，首先通过光伏支撑负荷，光伏出力不足时，由储能系统放电补充，还不足时，由市电补充。2、主要技术原则2.1 光储充系统主要技术方案光储充一体化电站项目包括光伏发电系统、储能系统、能量管理三个部分。其中，光伏发电系统包含太阳能电池阵列、光伏逆变器等设备。储能系统包含电池、电池管理模块、双向交流器等设备。能量管理系统为电站运行中枢,包括功率监测、源网投退设备、通信接口、计算控制模块等设备。光储充一体化项目中，以储能系统规模500kW/1MW
13、h为例说明。储能系统以380VAC接入0.4/1OkV变压器低压侧。储能系统电池选用磷酸铁锂电池，由7面153kW电池柜、1面7路汇流箱、1面电池管理系统（BatteryManageSystem,BMS）控制柜以及1套500kW的储能变流器（PCS）组成。同时，整套光储充一体化系统配有能量管理系统。2.2 储能电池型式选择储能是通过物理或化学手段将电、热等形式的能量储存起来，在出现用能需求时释放的过程。目前应用于储能系统的电池有铅酸电池、铅炭电池、全钢液流电池、锂离子电池等。从近年已经投入使用的项目总结来看，综合评估电池的充放电深度DODs电池一致性、充放电倍率、电池功率密度（Wh/kg和Wh/L）、电池循环使用寿命等,锂离子电池因其均具有优良的性能指标逐步成为储能行业的优先选择，随着锂离子电池生产工艺不断成熟，良品率的提升和国内电动车产业的快速发展，锂离子电池的价格会进一步下探，必将成为储能行业的主流选择。锂离子电池主要由正极、负极、电解质、隔膜和电池外壳等部分构成，通过锂离子在正负极之间的反复脱出和嵌入实现充放电功能。目前常见的有三元锂电池、钛酸锂电池和磷酸铁锂电池。表6列出了三种锂离子电池模组性能参数与生产成本，其中负极材料默认为石墨体
