Economic Value of PV Energy Storage Using Batteries of Battery Switch Stations.docVIP

年利用电池交换站的蓄电池进行光伏储能的经济性的研究 摘要：日本政府对本国电力行业设立了一个目标：到2030年使用光伏发电量达到53万兆瓦。为了实现大规模引进光伏发电，用抽水蓄能或者电池的形式进行大容量存储光伏电站产生的剩余电力。与此同时，在交通运输方面，电动车作为环保的交通工具正在逐步发展。为了促进电动汽车的普及，我们需要短时间内能够给电动汽车充电的基础设施；电池交换站这就是解决这个问题的一种方法。本文（1）提出了使用电站电池作为从光伏发电中产生的剩余电量的储存介质，（2）提出了两个相关分析。在第一个分析中，我们计算出了电池和逆变器使用最佳发电组合模型所产生的边际价值。第二个分析中，我们制定了逆变器和电池的年度租金，并计算出了这些设备的最佳装机容量。结果表明随着逆变器/电池容量的增加，逆变器/电池的边际价值会减少。边际价值的直线与年度租赁费直线的交点就是逆变器/电池的最佳装机容量。电站通过把电池出租给公共事业来获得额外收入。 关键词：电池交换站，经济价值，电动车，光伏电池，剩余电力 Ⅰ引言 日本政府对本国电力行业设立了一个目标：到2030年光伏能源的使用量达到53000ＭＷ。然而，大规模引进光伏电池会给电力系统带来一些问题：配电网电压升高、输出波动、电能过剩。这些问题中，电力过剩的费用在日本电力系统引进光伏发电的总成本中占有很大份额。如果多余电力出现在电力系统中，需要将其存储然后再输入到电网。总之，我们需要大存储容量的抽水蓄能系统或电池，但是这些电站的建设成本非常高。 与此同时，在交通运输方面，电动车作为环保的交通工具正在逐步发展。为了促进电动汽车的普及，需要建设给电池充电的基础设施。尤其是，快速充电是一个关键因素。电池交换站是这个问题的一个解决方法。在交换站，自动交换平台用充满电的电池换下耗尽的电池并把耗尽的电池放置在储藏室进行重新充电以便于给其他司机使用。这意味着交换站需要拥有一定数量的电池。 在以前的研究中，我们曾经提出用交换站电池储存光伏发电的剩余电力并评估了假定在电池和逆变器都具有恒定容量条件下的经济价值。另外，在文献【3】中得到的经济价值包括电池和逆变器的共同价值。相比之下 （1） 2）各站设定最大的充电功率以保证他们拥有日常所需的电量，公式如下： （2） 图1 控制信号的充放电 X是控制信号x在24h的积分；是当控制功率是1KW时的充电功率；是电池交换的日常所需充电电量（kWh/day）。 这些规则保证了各站满足每天的日常充电配额。电网运营商获取每个充电站充电功率的最大值，通过公式（2）计算出控制信号x，并把控制相同的信号x发送到各个充电站。使用相同的控制信号的好处是公共事业公司可以把好多充电站视为一个，例如：一个被控对象。公共事业公司在充电时可以用电池储存多余电量，放电时可以把电池视为峰值提供者或者产生备用电量。这个系统的优点是有能力达到最佳运行状态，给电动车主提供便利。 日本乘用车的年度总里程在2007年度达到了5830亿公里。参考文章[12]，我们设定了7km/kWh的效率。我们可以将年度总里程数的充电效率的需求由7km/kWh转换为83286亿千瓦时/年，或者228GWh/day.假设上述电量的20％的需求是由电池转换站提供的，则每天的电量需求变为45亿千瓦时/天。 Ⅲ模型 最佳发电组合模型 我们用最佳发电组合模型来评估拟设系统的经济价值【13】，【14】。该模型通过求解线性规划问题计算出最经济的运营成本和建设成本。目标函数中的总成本包括建设成本和燃料成本。问题在于 （3） 中相对于和的最小化，其中TC是公用事业的年度总费用（日元）；下标n是电厂的类型；N是电厂类型的总和；是n类电厂的装机容量（kW）；是n类型电厂在t时刻的输出量（kW）；代表建设成本；代表资本回收率；代表运营成本率；代表每千瓦时的燃料费（日元/千瓦时）；代表时间间隔是1h。 模型中考虑四类电厂：核电厂，整体煤气化联合循环发电系统 （4） 是n型电厂的发电效率；是较高的热值（千卡/千克）；是能量转换系数，860千卡/千瓦时；是每单位重量的燃料价格（日元/千克）。 表Ⅰ 电厂的费用参数 类型 建设费用 燃料价格 资本回收系数 运营成本率 核电厂 279，000 1.58 5.8% 4.0% IGCC 272，000 2.23 5.8% 4.8% LNG-MACC 164,000 9.07 5.8% 3.6% 抽水蓄能 220,000 - 5.8% 4.0% 表Ⅱ 燃料电厂的参数 IGCC LNG-MACC 发电效率 48.0% 53.0% 燃料价格（日元/吨） 7，650 72，900 较高的热值（千卡/千克） 6,139 13，043 燃料价格（日元/千克） 2.2