双碳背景下光伏电厂储能系统供厂用电可行性分析

马思源 雷咸道 马 磊 张学良

（中国三峡新能源（集团）股份有限公司）

0 引言

随着全球能源结构调整和碳减排目标的提出，光伏电厂作为一种清洁、可再生的能源形式，得到了广泛发展和应用。然而，光伏电厂存在电力波动性大、发电不可控等问题，这给电力系统的稳定供应带来了一定的挑战。为了解决这一问题，储能系统被引入到光伏电厂中，以实现对电力的存储和调节，提供稳定可靠的电力供应。

1 储能电站技术布局和运行模式

1.1 光伏电厂储能系统的技术布局

1.1.1 储能设备选型

光伏电厂储能系统主要采用电池储能技术，包括锂离子电池、钠硫电池等。在选择储能设备时，需考虑其能量密度、充放电效率、循环寿命、安全性等因素，以确保系统的高效运行。

1.1.2 储能设备数量

储能设备的数量取决于光伏电厂的装机容量、发电功率和需求侧负荷的情况。通常情况下，光伏电厂储能系统的容量应根据需要进行合理规划，以确保储能系统能够满足供厂用电的需求。

1.1.3 储能设备布置

储能设备的布置应考虑到光伏电厂的场地条件和扩建空间等因素。通常情况下，储能设备可布置在离光伏电厂较近的地方，以减少输电损耗，并便于储能电力的供应和调度。

1.1.4 储能控制与管理系统

储能电站还需要配备相应的控制与管理系统，包括储能设备的监测、控制、调度等功能。这些系统可以实现对储能设备的智能管理，根据电网负荷情况和光伏发电情况进行合理的充放电控制，以实现对电力供应的优化调度。

1.2 光伏电厂储能系统的运行模式

1.2.1 小功率平衡调节模式

当光伏发电和负荷需求之间出现短时的不平衡时，储能系统可以通过快速放电或充电来实现快速调节，以实现电力平衡。这种模式适用于对电力调节要求较低的情况，储能系统的容量相对较小。

1.2.2 峰谷填平模式

光伏电厂储能系统可以根据负荷需求的变化，选择在负荷高峰时段充电，储存多余的电力，然后在负荷低谷时段放电，向电网供应电力，以填平负荷波动带来的峰谷差异。这种模式可以使光伏电厂更好地适应负荷需求变化，提高系统效能和稳定性。

1.2.3 储备容量模式

光伏电厂储能系统可以作为备用电源，在电力供应出现故障或紧急情况时，迅速切换为主供电源，以保障关键设备和重要负荷的正常运行。这种模式对储能系统的容量要求较高，需要保证储能系统能够满足额外的负荷需求，并能够在短时间内快速启动和运行。

1.2.4 参与电力市场交易模式

光伏电厂储能系统也可以参与电力市场交易，根据电力市场的价格信号进行充放电调度，以实现经济运行和获得收益。储能系统可以在电价较低时充电，然后在电价较高时放电，以获得更高的经济收益。

2 光伏电厂储能系统供厂用电的经济效益分析

2.1 成本效益分析

光伏电厂储能系统供厂用电的成本效益分析是评估系统投资回报和运营成本的重要手段。以下是一些主要的成本和效益因素需要考虑投资成本、运营成本及效益。通过对上述成本和效益因素的综合分析，可以评估光伏电厂储能系统供厂用电的经济效益。根据实际情况，进行全面的评估和比较，确定最优的运营策略和投资决策，以获得最大的经济效益。同时，还可以通过制定合理的电价政策和政府支持措施，提高光伏电厂储能系统的经济性和市场竞争力。

2.2 收益效益分析

光伏电厂储能系统供厂用电的收益效益分析是评估系统运行过程中所能带来的经济回报和效益的重要指标。以下是一些主要的收益和效益因素需要考虑降低电力购买成本、提高电力销售收入、增加电力供应可靠性和稳定性、灵活应对电力市场变化、环境效益等。

3 光伏电厂储能系统在双碳背景下的可行性

3.1 双碳背景对光伏电厂储能系统的推动作用

3.1.1 高含量可再生能源整合

光伏电厂作为一种清洁可再生能源发电方式，可以有效降低二氧化碳排放和环境污染。而储能系统可以帮助光伏电厂解决间歇性发电的问题，将多余的光伏电力储存起来，使得可再生能源的消纳和利用率更高，实现能源系统的高含量可再生能源整合。

3.1.2 调峰填谷和电力调度能力

双碳背景下，随着电力系统需求的变化，电力调度和供应的灵活性成为关键。储能系统可以通过充放电的调度，实现对光伏电力的调峰填谷，供给负荷波动峰谷差异，提高电力系统调度的灵活性和效率。

3.1.3 稳定电力供应和应急支持

光伏电厂储能系统可以作为备用电源，在紧急情况或电力故障时提供可靠的电力供应和支持。在供电不稳定或电力系统故障时，储能系统能够快速切换为主要供电源，保障关键设备和重要负荷的正常运行。

3.1.4 电力市场参与和收益优化

双碳背景下，电力市场对于可再生能源的需求逐渐增加，同时双碳政策也为可再生能源电力提供了更多的市场机会。储能系统可以利用市场调峰需求和储能技术的优势，进行电力市场交易，最大化光伏电厂储能系统的经济效益。

3.1.5 绿色金融和政策支持

在双碳背景下，绿色金融和政策支持成为推动能源转型的重要方向。储能系统作为光伏电厂可再生能源发电的重要组成部分，符合低碳金融和可持续发展方向的需求，可以获得更多的金融支持和政策扶持，降低投资成本和风险。

3.2 泾源县项目的可行性分析

3.2.1 光伏资源丰富度

泾源县是否具有丰富的光伏资源是项目可行性的重要考量因素。需要考虑太阳辐射、日照时间等因素，以确定该地区是否适合光伏电厂建设。对于光伏资源丰富度的评估，需要考虑以下因素：

① 太阳辐射：泾源县的太阳辐射水平是评估光伏资源丰富度的重要指标之一。太阳辐射水平较高意味着更丰富的光能可供光伏电厂利用。

② 日照时间：评估泾源县的日照时间长度和稳定性。光伏电厂需要充足的日照时间来产生电力，较长的日照时间可以提高光伏发电的潜力。

③ 云量和气候条件：评估泾源县的云量和气候条件对光伏发电的影响。云量较少的地区能够获得更多的太阳辐射，有利于光伏电厂的发电效益。

3.2.2 储能系统需求

泾源县的电力需求和供应特点需要进行评估。确定是否存在需求差异和电力供给不稳定等情况，需要储能系统来提供调峰填谷、缓解电力波动等服务。评估泾源县的电力需求和供应特点是确定储能系统需求的关键因素，可考虑以下几个方面：

① 电力需求特点：分析泾源县的电力需求特点，包括负荷峰谷差异、负荷波动性、季节性变化等。如果泾源县存在明显的负荷峰谷差异，或负荷波动大，储能系统可以提供调峰填谷和平滑负荷的能力。

② 电力供应特点：评估泾源县的电力供应特点，包括供电系统的稳定性、可靠性以及供电能力。如果泾源县存在电力供应不稳定或电力供应能力不足的情况，储能系统可以在紧急情况下作为备用电源提供可靠的电力供应。

③ 可再生能源消纳需求：如果泾源县有大量可再生能源发电设施，如光伏电厂或风电场，储能系统可以帮助消纳可再生能源，提高可再生能源的利用率，减少功率波动。

④ 能源政策和市场需求：考虑国家或地方的能源政策和市场需求对储能系统的影响。根据政策和市场需求，储能系统可能需要提供额外的功能，如参与电力市场交易、提供调频或备用电力等服务。

3.2.3 技术可行性

光伏电厂和储能系统的技术成熟度对项目可行性至关重要。需要评估可用的光伏技术和储能技术，包括光伏组件的效率、储能设备的容量和性能等。评估光伏电厂和储能系统的技术可行性时，可以考虑以下方面：

① 光伏技术：评估可用的光伏技术，包括传统多晶硅太阳能电池、单晶硅太阳能电池、薄膜太阳能电池等。需要考虑光伏组件的效率、寿命、可靠性和成本等因素，以确定最适合泾源县项目的光伏技术。

② 储能技术：评估可用的储能技术，包括锂离子电池、钠硫电池、流动电池、超级电容器等。需要考虑储能设备的容量、充放电效率、循环寿命、功率输出等性能指标，并与项目需求进行匹配。

③ 光伏-储能系统的集成技术：考虑光伏电厂与储能系统的集成技术，包括并网运行、电力调度和控制。确定光伏-储能系统的运行模式、优化策略和监控系统等，以确保系统的高效运行和可靠性。

④ 经验和案例：分析已有的光伏电厂和储能系统项目的实施经验和成功案例，了解光伏和储能技术在实际应用中的表现和效果。参考其他类似项目的先进技术和最佳实践，为泾源县项目的技术选择和实施提供参考。

3.2.4 投资成本和回收期

需要进行项目的投资成本和回收期的评估。包括光伏电厂和储能系统的设备购置和安装成本，电网接入和配套设施的成本，以及运营维护成本。同时需要考虑电力销售收入和其他潜在的经济收益。对于投资成本和回收期的评估，可以考虑以下几个主要因素：

① 设备购置和安装成本：评估光伏电厂和储能系统的设备购置和安装成本，包括光伏组件、储能设备、逆变器、变压器、电缆配套等。需要考虑不同技术和品牌的成本差异，并结合项目规模和技术选择进行具体估算。

② 电网接入和配套设施成本：考虑光伏电厂和储能系统与电网的接入所需的变电站、升级设备、输电线路和配套设施等成本。这些成本通常需要根据实际情况进行具体评估和预算。

③ 运营维护成本：评估光伏电厂和储能系统的运营和维护成本，包括日常巡检、维修保养、设备更换、人员培训等。需要考虑设备寿命、运行维护方案和人力成本，以合理估计项目的长期运营费用。

④ 电力销售收入：分析泾源县项目的电力销售收入，包括售电价格、用电主体和购电合同等。可根据相关政策和市场条件，合理预测电力销售收入的金额和持续性。

⑤ 其他经济收益：除了电力销售收入外，还需考虑其他潜在的经济收益，如可再生能源补贴、碳排放交易、绿色金融支持等。这些收益将有助于降低项目投资风险和提高回报率。

3.2.5 环境效益和政策支持

泾源县项目的环境效益对项目可行性也有影响。光伏电厂和储能系统的建设可以减少温室气体排放和环境污染，符合双碳背景的政策导向。评估支持政策和激励措施，包括潜在的绿色金融和补贴政策。评估光伏电厂和储能系统的环境效益和政策支持时，可以考虑以下几个方面：

① 温室气体排放减少：光伏电厂和储能系统的建设可以替代传统的化石燃料发电，减少二氧化碳等温室气体的排放。评估项目的减排潜力，考虑可持续发展和碳中和目标的要求。

② 环境污染减少：光伏电厂和储能系统的建设也可以减少空气污染和水污染。评估项目对大气和水体质量的影响，考虑减少污染物的排放及相关环境效益。

③ 绿色金融和补贴政策：分析国家和地方的绿色金融政策及相关补贴政策，了解是否存在支持光伏电厂和储能系统建设的金融和政策支持。这些支持政策可以降低项目的资金成本，并提供更有利的经济环境。

④ 双碳背景政策：考虑国家双碳背景政策的要求，如碳排放交易市场、碳中和目标等。评估项目在双碳背景政策框架下的可行性和符合性。

基于以上分析因素，可以对泾源县项目的可行性进行综合评估。需要综合考虑光伏资源丰富度、储能需求、技术可行性、投资成本和回收期、环境效益和政策支持等因素，以确定泾源县项目的可行性和经济可行性，为决策者提供科学依据和决策建议。

4 结束语

通过对三峡能源宁夏泾源县一期100MW/200MWh共享储能电站项目的分析，可得出光伏电厂储能系统供厂用电的可行性结论。光伏电厂储能系统可以有效解决光伏发电的波动性问题，提高电力供应的稳定性和可靠性，同时在双碳背景下具有良好的应用前景。这对推动全球能源转型、实现碳减排目标具有重要意义。