陈扬华
（深圳供电规划设计院有限公司 广东深圳 518054）
摘要：在新型城镇化和能源革命的推动下，光储微电网将成为新型城镇能源供应的重要组成部分。光储微电网是是实现新能源就地消纳利用、积极发展分布式光伏电源，充分发挥分布式光伏发电系统效能的最有效方式。本文通过光储微电网中储能电池选型分析和储能电池定容分析，确定商业住宅型光储微电网电池类型和容量，可对类似的光储微电网工程应用提供参考作用。
关键词：光储微电网；磷酸铁锂电池；储能电池容量
1工程概述
商业住宅型光储微电网工程选取深圳某生态科技园内1 幢人才公寓，工程拟在公寓楼顶1500m2的面积上新建36kW 光伏板，根据光伏板容量，综合考虑布线方便，初步选定公寓顶层中6户用户（共 12户用户）作为微电网的受电用户，负荷容量为60kW。本工程采用“微电源分散式接入方式”，36kW光伏系统分散接入顶层6户用户的家用配电箱，储能系统分散接入其中3户用户，形成3套公寓光伏接入，另3套公寓光储接入。
图1 商业住宅型光储微电网工程构成
2储能电池选型
工程选择磷酸铁锂电池作为微电网的储能载体，主要考虑如下：
2.1磷酸铁锂电池是能量转换效率最高的电池
锂离子电池各系列如，钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂和钛酸锂电池，均能保证其能量效率在 95%以上，而其他类型的储能效率很难到达 90%以上。
2.2磷酸铁锂电池价格优势明显
近年来，受电动汽车动力电池需求带动，我国锂离子电池得到迅速发展，已经形成规模的产业链。锂离子电池价格逐年快速下降，成本从2007年10元/Wh已经降至5元/Wh，与此同时锂离子电池性能则大幅度提高，单体循环寿命已从800次提升到2000次左右。锂离子电池的性价比远远超过其他储能电池；
2.3磷酸铁锂电池储能系统工程能力优势明显
目前我国还没有开展钠硫电池和液流电池工程应用经验。而磷酸铁锂电池工程应用方面，已经在设计、集成、工程实施、运行维护积累了不少经验；
2.4 磷酸铁锂电池对现场场地要求最低。
磷酸铁锂对场地面积要求最小，而且场地其它要求与普通变电站相似，而钠硫或液流无论面积、通风、防腐、防爆、地面承重都有特殊要求。
3储能电池定容
3.1定容原则
（1）持续供电原则
当供电故障时，保障接入光储的用户持续供电0.5小时。根据JGJ242-2011《住宅建筑电气设计规范》3.3.1条款，住宅光储用户最大负荷下限为6kW，实际设计的最大负荷上限为10kW。对于一般的家用负荷，其关键负荷如照明等，总功率一般不超过2kW，因此，对于住宅光储用户，需要保障2kW负荷持续供电0.5小时，则需要为住宅光储用户配置1kWh的储能电池。考虑到储能电池0.8的放电深度和0.96的效率，每户公寓（住宅型光储用户）需要配置1.3kWh 的储能电池。
（2）促进光伏发电就地消纳最大化原则
根据深圳夏季光伏发电出力特性，1kW光伏装机容量日发电量约4.895kWh，则住宅光储用户光伏日发电量为29.37kWh；而根据深圳冬季光伏发电出力特性，1kW光伏装机容量日发电量约 3.163kWh，本工程光伏日发电量约18.978kWh。
根据商业住宅用户发负荷特性（见图2），结合本工程6户用户的用电特点和用电量，上班时段（8：00~12：00 和14：00~18：00）住宅平均负荷按 0.3kW计算；中午12：00~14：00休息时段，住宅平均负荷按1kW；晚上18：00~24：00晚高峰时段，住宅平均负荷按2.8kW 计算；0：00~8：00负荷低谷时段，住宅平均负荷按 0.6kW 计算，6户公寓每日消耗电能约27kWh，其中 8：00~18：00 时段消耗电能约5.4kWh。考虑光伏就地消纳最大化、储能电池的放电深度和效率，每户公寓（住宅型光储用户）需要配置（29.37-5.4）*0.96/0.8=28.76kWh储能电池。
图2 深圳商业住宅典型夏季、冬季日负荷特性
（3）经济效益原则
随着储能电池容量的增加，从电网购电的费用会随之减少；但是，由于储能电池和逆变器成本昂贵，随着储能电池容量的增加，储能电池和逆变器每年贴现成本也大幅度增长，储能电池带来的纯收益亏损越来越大。因此，在满足需求的情况下，尽可能减少储能容量。
（4）储能电池健康原则
对于储能电池，经常性合适功率的浅充、浅放有利于维护储能电池的使用寿命，因此，配置一定容量储能在白天用来存储剩余的光伏电能，到晚上供负荷使用，能做到每天浅充浅放。相比长期处于浮充状态的储能电池，采用浅充浅放的储能电池使用寿命更长。
（5）考虑电池储能的特性
配置储能容量时，需考虑储能电池的充放电效率、放电深度、充放电倍率等，并做相应系数调节。磷酸铁锂电池，循环寿命达到2000次以上，标准充电（5小时率）使用，可达到2000次。大电流放电可大电流2C快速充放电，在专用充电器下，1.5C充电40分钟内即可使电池充满，起动电流可达2C。
3.2 储能电池定容
由定容原则分析可知，每户公寓（住宅型光储用户）2kW重要负荷可靠运行0.5小时需要配置1.3kWh储能电池；若保障住宅型光储用户光伏100%消纳，需配置28.76kWh储能电池；而考虑到经济性，应配置尽量少的储能电池。因此，在持续供电的基础上，综合考虑光伏就地消纳和经济性，每户光储用户配置7kWh储能电池，本工程共配置3×7kWh磷酸铁锂储能电池。
4结语
光储微电网中储能电池选型和定容受很多因素的制约，宜根据光储微电网的功能定位，因地制宜提出合理的电池类型和容量。本文仅针对城市建成区内商业住宅型光储微电网储能电池进行选型和定型，可对其他城市和地区类似的光储微电网工程提供参考和借鉴。
参考文献：
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[3]王成山，王守相. 智能微网在分布式能源接入中的作用与挑战，中国科学院院刊，2016（2）：232-240.
作者简介：
陈扬华（1981 -）：男，广东深圳，研究生，深圳供电规划设计院有限公司，从事电网规划与设计工作。
论文作者:陈扬华
论文发表刊物:《河南电力》2018年10期
论文发表时间:2018/11/16
标签：储能论文; 电池论文; 电网论文; 住宅论文; 负荷论文; 磷酸论文; 光伏论文; 《河南电力》2018年10期论文;