以电池容量投资成本为100万元/MWh的情况为例，修改优化函数中光伏上网电价参数，可以得到在并网价格从目前的0.45元/kWh逐渐降低至0.25元/kWh的过程中，电池容量和功率的配置大小以及光伏自我消纳率的SCR变化趋势，如图9所示。
图9 电池配置容量、功率及SCR与光伏上网电价关系
本例所采用的分时电价用电模式里，谷段电价为0.3522元/kWh。从图9可以看出，光伏并网电价的变化对储能电池的配置影响不大，但并网电价由0.37元/kWh下降到0.35元/kWh时，光伏自我消纳率SCR值由41.4%提升到64.9%，出现了明显的跃升，说明此时系统的功率流向发生了改变。并网电价为0.35元/kWh时，系统3月的典型日功率如图10所示。
对比图7和图10，可以看出：当并网电价低于谷段电价时，系统更倾向于由光伏为电池充电，光伏发电并网的部分也相应减少，可见，储能电池有效地发挥了提高光伏自我消纳能力的作用。同时，本例中的光伏出力的数值较高，而负荷则相对较低，因此光伏除满足负荷外，还有充足的剩余部分用于电池充电。如果光伏出力相对负荷更低，在此基础上，将光伏出力降低50%，当日的功率流动则如图11所示。
此时储能电池除了利用光伏充电，也在夜间谷段电价时段充电。与图10对比，可以看出并网电价低于谷段电价时，光伏充电的优先级更高，光伏不足时才需要购电进行充电，而并网电价高于谷段电价时的优先级与之相反。
图10 并网电价为0.35元/kWh时3月典型日系统功率
在之前的优化程序中，默认电池寿命为11年，折现率为6%，但这2个参数也具有不确定性，并会对储能电池优化配置的结果产生影响。当电池容量成本为100万元/MWh，并网电价为0.4515元/kWh，折现率为6%时，图12显示了电池寿命在10～24年的范围内，储能电池的配置结果和内部收益率IRR与电池寿命的关系。
图11 光伏出力减半时3月典型日系统功率
图12 电池配置容量、功率及IRR与电池寿命关系
从图12可以看出，随着电池寿命的提升，优化配置的电池容量和功率有小幅度的增大，但电池初期投资成本也因此上升，使得IRR在图中后半部分的提升并不明显。因为增大电池容量和功率获得年收益增加的同时，也会引起电池初始投资成本的增加。
图13则反映了电池的容量和功率配置结果及IRR与折现率的关系，其中电池容量成本为100万元/MWh，并网电价为0.451 5元/kWh，电池寿命为10年。在折现率从3%提高至7%的过程中，IRR呈现出上升趋势，其主要原因是配置的电池容量和功率的降低减少了电池的初始投资成本，因而使IRR出现了上升。折现率为3%时，IRR与折现率之差为7.6%；折现率为5%时，IRR与折现率之差为5.8%；折现率为7%时，IRR与折现率之差为4.6%。可见随着折现率的增加，储能的投资收益逐步减弱。
图13 电池配置容量、功率及IRR与折现率关系
3结语
通过对光伏-储能系统建立线性整数规划模型，对园区光伏储能系统中的电池容量、功率及系统全年电池充放电功率、购电售电功率等参数进行统一的优化计算，得到了最优化的电池充放电策略及电池配置方案，并分析了配置结果随电池成本、光伏上网电价、电池寿命与折现率的变化规律以及储能电池在系统中发挥的作用。
当前储能电池的投资成本较高，且电池寿命有限，园区加装储能电池难以收回投资成本。但随着电池价格的降低，储能电池将带来明显的经济效益。在光伏发电补贴以及光伏上网电价逐年降低的背景下，光伏发电带来的收益会有所下降，但电池储能系统仍然能有效提升经济效益。
当光伏并网电价高于谷段电价时，储能电池优先在电价低谷时从电网购电进行充电，电价高峰时放电进行峰谷差价套利，光伏给电池充电的优先级较低且电池放电功率不应超过负荷功率；当并网电价低于谷段电价时，储能电池优先由光伏充电，光伏不足时在电价低谷时购电充电作为补充，此时储能电池可以提高系统的光伏发电消纳能力。
本文的优化计算中电池主要进行峰谷差价套利以使经济效益最大化，但储能电池在系统中所发挥的作用是多样的，也具有多种盈利渠道，如可将储能电池用于削峰填谷，进行需量电费管理，或用于动态增容，以及需求侧响应。这些新的模式带来了哪些新的约束条件，如何量化这些收益，并将其纳入到优化模型的目标函数中，以及对光伏与储能的耦合和电池充放电策略所产生的影响，是今后需要进行研究和完善的主要内容。约束条件的增加使系统模型更加复杂，且优化程序的运行也会更加耗时，因此如何提高程序的运行效率也需要在后续工作中加以关注。随着技术的进步，光伏储能系统的优势会更加明显。
参考文献（略）
本文引文信息：倪驰昊, 刘学智. 光伏储能系统的电池容量配置及经济性分析[J]. 浙江电力, 2019, (1):1-10.
DOI：10.19585/j.zjdl.201901001
基金项目：上海市浦江人才计划资助（17PJ1404800）
作者简介：
倪驰昊（1996），男，学士，研究方向为电力系统。
刘学智（1985），男，讲师，研究方向为综合能源系统分析规划与运行。（通讯作者）
