CN112529468A - 一种岸电储能系统的运行模式的方法及其经济评估方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种岸电储能系统的运行模式的方法，包括削峰填谷运行模式：储能系统在低谷电价时段充满，在高峰电价时段放完；船舶供电运行模式：船舶用电完全由储能系统供电；需求侧互动响应：储能系统与电网侧互动或参与需求响应；变压器动态增容：船舶用电高负荷时段，利用变压器储能设备放电；用电负荷低的时段，对变压器储能设备充电。其经济评估方法为分别计算削峰填谷运行模式、船舶供电运行模式、需求侧互动响应和变压器动态增容的收益，根据四项收益评估收益总和。本发明综合使用四种不同的运行模式的方法，对于提高用户电能质量，并提供不间断电源，提高分布式电源消纳能力都有积极效果，并对岸电储能系统的经济效益进行合理评估。
Description
技术领域
本发明属于岸电系统储能技术领域，特别涉及一种岸电储能系统的运行模式的方法及其经济评估方法。
背景技术
船舶在靠港期间，主要利用船上自身携带辅机来满足船舶自用电需求，辅机发 电主要依靠燃料油(重油或柴油)。燃油辅机在发电的过程中，会排放包含氮氧化合 物(NOX)、硫氧化合物(SOX)、挥发性有机化合物(VOC)和颗粒污染物(PM)在内 的污染物，对港口造成了大气污染和水污染，同时辅机发电会产生较大的噪音，严 重影响附近居民及船员的工作和生活。
岸电是指船舶在靠港期间停用船上辅机发电，船上的负荷在不停电的情况下切换到岸电供电，以维持船上照明、制冷、装卸货等所有设备的电力需求。使用岸电 进行船用燃油电能替代，能够显著减少港口污染气体排放、降低船舶燃料成本，提 高停泊时船舶的舒适性，提升电能质量、功率因数和效率，同时能够增加电网公司 的电量营销，具有显著的环境、经济和社会效益。
在港口建设电池储能系统，一方面可以有效地实现港口内部负荷的削峰填谷和需求侧管理，降低港口用户的用电成本、促进港口可再生能源消纳；另一方面可以 协助港口参与电网的削峰辅助服务。在储能技术进入港口岸电系统的规模化应用之 前，合理的运营模式、系统运行策略是引导岸电储能发展的关键。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种岸电储能系统的运行模式的方法及其经济评估方法，同时采用四种不同的运行模式的方法，综合使用，对于提 高用户电能质量，并提供不间断电源，提高分布式电源消纳能力都有积极效果，并 对岸电储能系统的经济效益进行合理评估。
本发明采用的技术方案是：一种岸电储能系统的运行模式的方法，包括
削峰填谷运行模式：储能系统在低谷电价时段充满，在高峰电价时段放完；
船舶供电运行模式：船舶用电完全由储能系统供电；
需求侧互动响应：储能系统与电网侧互动或参与需求响应；
变压器动态增容：船舶用电高负荷时段，利用变压器储能设备放电；用电负荷 低的时段，对变压器储能设备充电。
削峰填谷运行模式中，根据电网公司电价，储能系统每天进行1次或2次充放 电循环，采用谷充峰放或谷充峰放+平充峰放。
船舶供电运行模式中，储能系统根据船舶的用电功率实时调整储能系统的充电功率。
需求侧互动响应中，储能系统的互动或响应行为为减少或增加电网的用电量。
变压器动态增容中，所述变压器储能设备为电容储能设备。
削峰填谷运行模式、船舶供电运行模式和需求侧互动响应中储能系统使用电池储能设备，变压器动态增容中储能系统使用电池储能设备和电容储能设备。
本发明采用的技术方案还是：一种上述岸电储能系统的运行模式的方法的经济评估方法，分别计算削峰填谷运行模式、船舶供电运行模式、需求侧互动响应和变 压器动态增容的收益，根据四项收益评估收益总和；其中
削峰填谷运行模式的收益为按照当地峰谷目录电价向电网公司支付充电电量对应费用，并向用户收取储能放电电量对应的费用，两者之间的费用差；
船舶供电运行模式的收益为根据泊位利用率得到船舶年靠港时间，计算收取的船舶用电服务费；
需求侧互动响应的收益为互动或响应行为的补贴价钱；
变压器动态增容的收益为变压器储能设备充电电量对应费用与向用户收取高负荷供电对应的费用的差值。
削峰填谷运行模式的收益为：储能系统每日最多完成2次完整的充放电循环，
第一个循环充电费用：K1-out＝CLi·D·Pd，
第一个循环放电收入：K1-in＝CLi·D·η·Pt，
第一个循环放电收益：K1，1＝K1-in-K1-out，
第二个循环充电费用：K2-out＝CLi·D·Pa，
第二个循环放电收入：K2-in＝CLi·D·η·Pt，
第二个循环放电收益：K1，2＝K2-in-K2-out，
一天的总收益：K1＝K1，1+K1，2；
式中，CLi表示储能电池容量，D表示储能电池放电深度，Pd表示谷电价，η表 示储能系统效率，Pa表示平电价，Pt表示高峰电价。
船舶供电运行模式的收益为：
泊位利用率公式为：
ηp＝(m·t)/(365·24·N)
船舶年靠港时间为：
ta＝365·24·N·ηp
每年收取的用电服务费为：
K2＝ta·Pshore·pserve
式中，m是船舶年靠港的次数，t是船舶平均靠泊的时间，N是码头的泊位数， Pshore为岸电功率，pserve是岸电服务费。
变压器动态增容的收益为：
每月变压器容量电费为：K4-r＝T·Ar
每月变压器需量电费为：K4-n＝T·An
每月变压器动态增容的附加收益为：K4＝K4-r-K4-n
式中，T表示变压器总容量，An表示变压器容量每月需付价格，单位为元KVA/ 月，Ar表示变压器需量每月需付价格，单位为元KVA/月。
需求侧互动响应的收益为：每年收益公式为：
K3＝Mc·Pc·tc
式中，Mc表示对通过需求响应临时性减少的高峰电力负荷，每千瓦补贴的价钱， Pc表示每次储能参与需求侧响应的全部功率，tc表示每年需求侧调用次数。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：
1.本发明的削峰填谷运行模式使储能系统按照自身收益最大化方式运行，在低谷电价时段充满，在高峰电价时段放完，减少了充电的成本，提高分布式电源消纳 能力；参与削峰填谷运行模式下，储能运营商通过用户一方面按照当地峰谷目录电 价向电网公司支付低谷时段的充电电量对应费用，另一方面按照当地峰谷电价，给 予用户一定额度的优惠，向用户收取储能放电电量对应的费用。
2.本发明的船舶供电运行模式，船舶供电完全由储能系统供电，储能系统为船 舶的设备工作提供不间断电源，并根据用电量实时调整储能系统的充电功率，储能 系统的充电时段按照谷时段、平时段进行，在提高分布式电源消纳能力的同时，提 高储能系统的经济效益；参与船舶供电运行模式下，收取船舶用电服务费。
3.本发明的需求侧互动响应，储能系统与电网侧互动或参与需求响应；在参与 电网侧互动或需求响应时段，储能运营商的收益为参与互动响应的收益。
4.本发明的变压器动态增容，在船舶高负荷时，变压器储能设备参与船舶供电，降低储能系统的最高负荷，可以降低输变电设备容量，节约整个电力系统的成本。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明作详细说明。
实施例1
本发明的实施例提供了一种岸电储能系统的运行模式的方法，包括
削峰填谷运行模式：储能系统在低谷电价时段充满，在高峰电价时段放完；削 峰填谷运行模式中，在电池储能系统并网点处设置双向计量表，用于计量储能系统 的充放电电量。根据电网公司电价，储能系统每天进行1次或2次充放电循环，采 用谷充峰放或谷充峰放+平充峰放，如表1所示：
表1储能充放电时间表
| 序号 | 充放电状态 | 持续时间 | 时段 |
| 1 | 充电 | 8 | 谷0:00-8:00 |
| 2 | 放电 | 4 | 峰8:00-12:00 |
| 3 | 充电 | 5 | 平12:00-17:00 |
| 4 | 放电 | 4 | 峰17:00-21:00 |
| 5 | 停止 | 3 | 平21:00-24:00 |
电池储能按照0.5C充电倍率进行，每次充(放)电时间为4h，电池按最佳方式运行，即根据电池储能由SOC(state ofcharge)下限连续充电至SOC上限，然后由SOC 上限连续放电至SOC下限，则用户侧储能系统每日最多可完成2次完整的充放电循 环。
船舶供电运行模式：船舶用电完全由储能系统供电；船舶供电运行模式中，储 能系统根据船舶的用电功率实时调整储能系统的充电功率。船舶供电完全由储能系 统供电，储能系统支撑船舶的供电功率。完成船舶供电后，主要为储能系统的充电 运行模式：充电的运行模式实时采集变电站的总进线功率，实时跟踪变电站的动态 负荷，实时调整储能的充电功率。储能系统的充电时段按照谷时段、平时段进行。
需求侧互动响应：储能系统与电网侧互动或参与需求响应；储能系统的互动或 响应行为为减少或增加电网的用电量。
变压器动态增容：船舶用电高负荷时段，利用变压器储能设备放电；用电负荷 低的时段，对变压器储能设备充电。所述变压器储能设备为电容储能设备。
削峰填谷运行模式、船舶供电运行模式和需求侧互动响应中储能系统使用电池储能设备，变压器动态增容中储能系统使用电池储能设备和电容储能设备。
上述岸电储能系统的运行模式的方法的经济评估方法，分别计算削峰填谷运行模式、船舶供电运行模式、需求侧互动响应和变压器动态增容的收益，根据四项收 益评估收益总和；其中
削峰填谷运行模式的收益为按照当地峰谷目录电价向电网公司支付充电电量对应费用，并向用户收取储能放电电量对应的费用，两者之间的费用差；
削峰填谷运行模式的收益为：储能系统每日最多完成2次完整的充放电循环，
第一个循环充电费用：K1-out＝CLi·D·Pd，
第一个循环放电收入：K1-in＝CLi·D·η·Pt，
第一个循环放电收益：K1，1＝K1-in-K1-out，
第二个循环充电费用：K2-out＝CLi·D·Pa，
第二个循环放电收入：K2-in＝CLi·D·η·Pt，
第二个循环放电收益：K1，2＝K2-in-K2-out，
一天的总收益：K1＝K1，1+K1，2；
式中，CLi表示储能电池容量，D表示储能电池放电深度，Pd表示谷电价，η表 示储能系统效率，Pa表示平电价，Pt表示高峰电价。
船舶供电运行模式的收益为根据泊位利用率得到船舶年靠港时间，计算收取的船舶用电服务费；
船舶供电运行模式的收益为：
泊位利用率公式为：
ηp＝(m·t)/(365·24·N)
船舶年靠港时间为：
ta＝365·24·N·ηp
每年收取的用电服务费为：
K2＝ta·Pshore·pserve
式中，m是船舶年靠港的次数，t是船舶平均靠泊的时间，N是码头的泊位数， Pshore为岸电功率，pserve是岸电服务费。
需求侧互动响应的收益为互动或响应行为的补贴价钱；
需求侧互动响应的收益为：每年收益公式为：
K3＝Mc·Pc·tc
式中，Mc表示对通过需求响应临时性减少的高峰电力负荷，每千瓦补贴的价钱， Pc表示每次储能参与需求侧响应的全部功率，tc表示每年需求侧调用次数。
从实践看，实施需求响应可以削减尖峰负荷5-10％。
变压器动态增容的收益为变压器储能设备充电电量对应费用与向用户收取高负荷供电对应的费用的差值。
变压器动态增容的收益为：
每月变压器容量电费为：K4-r＝T·Ar
每月变压器需量电费为：K4-n＝T·An
每月变压器动态增容的附加收益为：K4＝K4-r-K4-n
式中，T表示变压器总容量，An表示变压器容量每月需付价格，单位为元KVA/ 月，Ar表示变压器需量每月需付价格，单位为元KVA/月。
通过分析港口岸电系统中，储能在能源系统中的主要作用与收益模式，分别计 算储能的各项收益。通过简单的直接收益和附加收益，可以直接判断出港口岸电系 统储能技术的经济效益。
十年总收益为：K＝10·(365·K1+K2+K3+12·K4)。
实施例2
以江苏连云港港口岸电系统为例，系统两台变压器，总容量32000KVA，建设运 营有容量为4MW/8MWh的锂离子电池。江苏省经信委、江苏省物价局在2015年6月 15日发布了《江苏省电力需求响实施细则(试行)》，对通过需求响应临时性减少的 高峰电力负荷，每千瓦补贴100元。根据江苏省物价局《关于明确船舶岸基供电设 施用电价格和服务价格的通知》(苏价工[2015]248号)和连云港市物价局《关于明 确船舶岸基供电设备用电和服务价格的通知》(连价工[2015]158号)，“船舶岸基供 电设施用电价格，现行标准为0.6601元/千瓦时”；同时“船舶岸基供电设施运营 企业可向用电会收取船舶岸基供电服务费用，其标准为：海港船舶岸基供电设施用 电服务价格标准为0.40元/千瓦时，可上下浮动20％”。江苏按照变压器容量：30 元KVA/月；按照最大需量：40元KVA/月；
连云港港口电网接入为35KV，江苏电网工业用电峰谷分时电价35-100KV以下的高峰电价：1.0447平电价：0.6268；谷电价：0.3089。高峰时段8:00-12:00 17:00-21:00；平时段12:00-17:0021:00-24:00；低谷：0:00-8:00。
表2船舶岸电收取费用标准
表3项目储能系统关键参数简表
| 系统配置 | 4MW/8MWh锂电池 |
| 循环寿命(次) | 7000 |
| 每天循环次数(次) | 2 |
| 年运行天数(天) | 365 |
| 使用寿命(年) | 10 |
| 放电深度DOD | 90％ |
| 可用电量(MWh) | 8 |
| 系统效率 | 95％ |
计算参与削峰填谷运行模式的经济收益：
第一个循环充电费用：K1-out＝CLi·D·Pd＝8MWH*0.9*0.3089＝2224元
第一个循环放电收入：K1-in＝CLi·D·η·Pt＝8MWH*0.9*0.95*1.0447＝7145元
第一个循环放电收益：K1，1＝K1-in-K1-out＝7145-2224＝4941元
第二个循环充电费用：K2-out＝CLi·D·Pa＝8MWH*0.9*0.6268元
第二个循环放电收入：K2-in＝CLi·D·η·Pt＝8MWH*0.9*0.95*1.0447＝7145元
第二个循环放电收益：K1，2＝K2-in-K2-out＝7145-4512＝2633元
一天的总收益：K1＝K1，1+K1，2＝4512+2633＝7145元
船舶供电运行模式经济收益为K2
计算需求侧响应运行模式经济收益：
K3＝Mc·Pc·tc＝100*5000*5＝250万元
计算变压器动态增容的附加收益：
每月变压器容量电费为：K4-r＝T·Ar＝16000*30＝480000元
每月变压器需量电费为：K4-n＝T·An＝8000*40＝320000元
每月变压器动态增容的附加收益为：K4＝K4-r-K4-n＝48-32＝16万元
计算十年总收益为：
K＝10·(365·K1+K2+K3+12·K4)＝10(365*7124+K2+2500000+12*160000)元。
以上通过实施例对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的示例性实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。本发明的保护范围由权利要求书限 定。凡利用本发明所述的技术方案，或本领域的技术人员在本发明技术方案的启发 下，在本发明的实质和保护范围内，设计出类似的技术方案而达到上述技术效果的， 或者对申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖保护范 围之内。
Claims (10)
1.一种岸电储能系统的运行模式的方法，其特征在于：包括
削峰填谷运行模式：储能系统在低谷电价时段充满，在高峰电价时段放完；
船舶供电运行模式：船舶用电完全由储能系统供电；
需求侧互动响应：储能系统与电网侧互动或参与需求响应；
变压器动态增容：船舶用电高负荷时段，利用变压器储能设备放电；用电负荷低的时段，对变压器储能设备充电。
2.如权利要求1所述的岸电储能系统的运行模式的方法，其特征在于：削峰填谷运行模式中，根据电网公司电价，储能系统每天进行1次或2次充放电循环，采用谷充峰放或谷充峰放+平充峰放。
3.如权利要求1所述的岸电储能系统的运行模式的方法，其特征在于：船舶供电运行模式中，储能系统根据船舶的供电功率实时调整储能系统的充电功率。
4.如权利要求1所述的岸电储能系统的运行模式的方法，其特征在于：需求侧互动响应中，储能系统的互动或响应行为为减少或增加电网的用电量。
5.如权利要求1所述的岸电储能系统的运行模式的方法，其特征在于：变压器动态增容中，所述变压器储能设备为电容储能设备。
6.如权利要求5所述的岸电储能系统的运行模式的方法，其特征在于：削峰填谷运行模式、船舶供电运行模式和需求侧互动响应中储能系统使用电池储能设备，变压器动态增容中储能系统使用电池储能设备和电容储能设备。
7.一种如权利要求1-6中任一岸电储能系统的运行模式的方法的经济评估方法，其特征在于：分别计算削峰填谷运行模式、船舶供电运行模式、需求侧互动响应和变压器动态增容的收益，根据四项收益评估收益总和；其中
削峰填谷运行模式的收益为按照当地峰谷目录电价向电网公司支付充电电量对应费用，并向用户收取储能放电电量对应的费用，两者之间的费用差；
船舶供电运行模式的收益为根据泊位利用率得到船舶年靠港时间，计算收取的船舶用电服务费；
需求侧互动响应的收益为互动或响应行为的补贴价钱；
变压器动态增容的收益为变压器储能设备充电电量对应费用与向用户收取高负荷供电对应的费用的差值。
8.如权利要求7所述的经济评估方法，其特征在于：削峰填谷运行模式的收益为：储能系统每日最多完成2次完整的充放电循环，
第一个循环充电费用：K1-out＝CLi·D·Pd，
第一个循环放电收入：K1-in＝CLi·D·η·Pt，
第一个循环放电收益：K1，1＝K1-in-K1-out，
第二个循环充电费用：K2-out＝CLi·D·Pa，
第二个循环放电收入：K2-in＝CLi·D·η·Pi，
第二个循环放电收益：K1，2＝K2-in-K2-out，
一天的总收益：K1＝K1，1+K1，2；
式中，CLi表示储能电池容量，D表示储能电池放电深度，Pd表示谷电价，η表示储能系统效率，Pa表示平电价，Pt表示高峰电价。
9.如权利要求7所述的经济评估方法，其特征在于：船舶供电运行模式的收益为：
泊位利用率公式为：
ηp＝(m·t)/(365·24·N)
船舶年靠港时间为：
ta＝365·24·N·ηp
每年收取的用电服务费为：
K2＝ta·Pshore·pserve
式中，m是船舶年靠港的次数，t是船舶平均靠泊的时间，N是码头的泊位数，Pshore为岸电功率，pserve是岸电服务费。
10.如权利要求7所述的经济评估方法，其特征在于：变压器动态增容的收益为：
每月变压器容量电费为：K4-r＝T·Ar
每月变压器需量电费为：K4-n＝T·An
每月变压器动态增容的附加收益为：K4＝K4-r-K4-n
式中，T表示变压器总容量，An表示变压器容量每月需付价格，单位为元KVA/月，Ar表示变压器需量每月需付价格，单位为元KVA/月。
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- 2020-12-25 CN CN202011572642.0A patent/CN112529468A/zh active Pending
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