户用系统配置储能的可行性探讨

　　前言INTRODUCTION
　　2021 年是＂十四五＂开局之年，也是中国＂碳达峰、碳中和＂战略蓝图展开的一年，碳中和大势下，纯光伏项目投资收益将会逐渐下降，同时储能成本的持续降低和各政策对储能事业的大力支持，以及储能系统本身具备的高自发自用率，削峰填谷、提升新能源电力系统稳定性等功能，使光伏储能系统在新能源领域显现激流勇进之姿。
　　今年5月20日，国家能源局发布《关于2021年风电、光伏发电开发建设有关事项的通知》中提出在确保安全前提下，鼓励有条件的户用光伏项目配备储能。户用光伏发电项目由电网企业保障并网消纳。那么  户用光伏项目配备储能可行性如何？多少年可收回成本？以及目前海外情况如何？
　　本期小课堂，我们就从两种典型情况和一个海外案例来探讨目前户用系统配置储能的可行性分析。
　　PART1
　　国内案例篇
　　全国各地居民电价与燃煤基准上网电价对比（元/kWh）
　　案例1  ：上海市某居民用户
　　其家庭用电设备和功率如下表所示：
　　序号
　　用电设备
　　数量
　　功率(W)
　　用电时间
　　总用电量(Wh)
　　1
　　照明
　　3
　　40
　　6
　　720
　　2
　　空调(1.5P)
　　2
　　1100
　　10
　　1100*10*0.8=17600
　　3
　　冰箱
　　1
　　100
　　24
　　24*100*0.5=1200
　　4
　　电视机
　　1
　　150
　　4
　　600
　　5
　　电饭煲
　　1
　　800
　　1
　　800
　　6
　　洗衣机
　　1
　　230
　　1
　　230
　　7
　　其它设备(电脑路由器油烟机等)
　　660
　　合计用电量：
　　21810
　　以上数据仅供参考
　　位于上海的这户家庭平均月消耗电量约650度，平均年用电量月7800度。从全国居民电价表中可知，上海居民电价较高，2021年该地阶梯电价政策为：
　　第一档电量0~3120度为0.617元/度;
　　第二档电量3120~4800度为0.667元/度;
　　第三档电量4800度以上为0.917元/度。
　　以每年7800度电测算:
　　阶梯电费=3120 0.617+1680 0.667+3000 0.917
　　=1925.04+1120.56+2751=5796.6元
　　系统解决方案
　　根据用户的情况，我们设计了一个单相储能方案， 设计采用500W组件12块共6kW组件，加装5kW双向储能逆变器，平均每个月能发 580~600度电， 白天大部分时间可使用光伏电力，同时按照6小时用电高峰期进行配置7.5kWh锂电池储能，用于无光照且在高峰期负载用电。整体可基本满足客户用电需求。
　　效益分析： 目前，光伏系统成本在4.2元/W，低压储能电池成本在1.8元/Wh左右。5kW+7.5kWh的储能投资约3.8万，主要成本如下：
　　序号
　　设备名称
　　规格
　　数量
　　总价格(元)
　　1
　　组件
　　晶硅  50   0Wp
　　12
　　10800
　　2
　　储能逆变器
　　5kW
　　1
　　9000
　　3
　　蓄电池
　　48V，50Ah(锂)
　　3
　　13500
　　4
　　其它
　　/
　　/
　　5300
　　5
　　合计
　　38600
　　以上数据仅供参考
　　整个系统每年可提供6960度电，基本满足家庭用电需求，加上储能后用电更有保障，即使电网停电也可以照常用电，每年节省电费约5026.32元，因此计算下来，7.6年左右可以收回成本，光伏组件的寿命为25年，储能电池的寿命是10年，该系统具有一定投资价值。
　　案例2  ：浙江省宁波市某乡镇一自营蛋糕店用户
　　其用电设备和功率如下表所示：
　　序号
　　用电设备
　　数量
　　功率(W)
　　用电时间
　　总用电量(Wh)
　　1
　　照明
　　3
　　50
　　10
　　1500
　　2
　　空调(1.5P)
　　1
　　1100
　　10
　　1100*10*0.8=8800
　　3
　　冷藏柜
　　2
　　300
　　24
　　24*600*0.6=8640
　　4
　　冰箱
　　1
　　100
　　24
　　24*100*0.5=1200
　　5
　　烤箱
　　1
　　3000
　　8
　　24000
　　6
　　面包醒发箱
　　1
　　1500
　　8
　　12000
　　7
　　其它设备(搅拌器打蛋器等)
　　960
　　合计用电量：
　　57100
　　以上数据仅供参考
　　该商铺位于宁波市，平均月消耗电量约1400度，该地阶梯电价政策为：
　　若每月用电量低于230度的部分不加价，执行0.538元/度的电价；
　　若月用电量在230度至400度之间的部分，每度增加0.05元，即0.588元/度；
　　若月用电量超过400度，则每度要增加0.3元，即0.838元/度。
　　综上，计算出该商铺每个月电费约1061.7元。
　　系统解决方案
　　根据用户的情况，系统采用三相储能方案， 设计使用500W组件24块共12kW组件，加装10kW双向储能逆变器，平均每个月能发1200度电 ，基本满足客户用电需求，根据蛋糕店的运行情况，大部分负荷集中在白天即用电高峰期，夜间负荷较小，因此在用电高峰期可主要使用光伏电力，电池和电网做为补充； 夜间可主要使用电池电力，电网电力作为补充；因此储能配置16.8kWh锂电池 。
　　10kW+16.8kWh的储能投资约7.7万，主要成本如下：
　　序号
　　设备名称
　　规格
　　数量
　　总价格(元)
　　1
　　组件
　　晶硅500Wp
　　24
　　21600
　　2
　　储能逆变器
　　10kW
　　1
　　11000
　　3
　　蓄电池
　　336V，50Ah(锂)
　　1
　　38640
　　4
　　其它
　　/
　　/
　　6800
　　5
　　合计
　　77980
　　以上数据仅供参考
　　效益分析： 光伏可以基本满足用电需求，加上储能后，用电更有保障，即使电网停电也可以用电，每个月可以为用户节省电费1061.7元，每年电费约1.27万，因此大概6年可以收回成本，光伏组件的寿命为25年，储能电池的寿命是10年，因此系统具有较高投资价值。
　　PART2
　　国外案例篇
　　海外发达地区居民用电成本较高，且整体电网设施不如我国稳定可靠，因此降低综合用电成本是安装户用储能系统的主要驱动力。
　　从用电量上看，2018年欧盟/美国/日本/澳大利亚的人均居民用电量分别为1814/4474/2061/2372kWh，分别为同期中国人均居民用电量的2.5/6.3/2.9/3.3倍。
　　从电价上看，海外发达地区的居民电价也明显高于国内。根据Global Petrol Prices的统计，2020年德国/美国/日本/澳大利亚的平均居民电价分别为0.387/0.149/0.284/0.263美元/kWh，为国内同期居民电价的4.6/1.8/3.4/3.1倍。
　　数据来源：IHS Markit
　　以德国萨克森自由州(Saxony)为例，该地区对户用光伏鼓励力度较大，电网馈入点的馈入限制为50%，鼓励户用光伏配置储能，提升自发自用率；对于户用储能提供1000欧元+200欧元/kWh(至少安装2kWh)，最高可补贴4000欧元(1欧元=1.17美元=7.6元)，且无安装期限限制。
　　国外目前系统造价大概是光伏380$/kW,电池590$/kWh；因此一个5kW+7.5kWh的储能系统采用同样的配置，总成本在：2188.8+4425=6613.8美元；补贴后系统成本在3688.8美元；德国3口之家平均一年电费至少是1065美元，因此可在3.6年左右回收成本。
　　PART3
　　本文总结
　　从上述案例来看，国内某些应用条件下的户用系统目前已经基本具备配置储能的条件，且用电量越多整体效益越大，回收年限越短。当然目前与国外发达地区收益率仍有一定差距，但随着国家＂碳达峰、碳中和＂的战略引领、整县推进策略模式的不断深入，以及更多储能政策激励、市场体制完善以及技术进步带来的储能系统成本下降，国内户用光伏项目配置储能将会成为新能源常态。