劉忠義，李庚銀

(新能源電力系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(華北電力大學(xué))，北京　102206)

混合型孤立微網(wǎng)全壽命周期經(jīng)濟(jì)性評(píng)估

劉忠義，李庚銀

(新能源電力系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(華北電力大學(xué))，北京102206)

混合型孤立微網(wǎng)具有節(jié)能環(huán)保、供電可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。針對(duì)包含風(fēng)力發(fā)電機(jī)、光伏電池板、儲(chǔ)能電池和柴油發(fā)電機(jī)的混合型孤立微網(wǎng)，結(jié)合全壽命周期理論，建立系統(tǒng)從投資建設(shè)、運(yùn)行維護(hù)到回收利用全壽命周期內(nèi)的經(jīng)濟(jì)性評(píng)估模型。提出了用于衡量混合型孤立微網(wǎng)全壽命周期經(jīng)濟(jì)性的評(píng)估指標(biāo)。通過(guò)算例分析，研究了混合型孤立微網(wǎng)采用不同調(diào)度策略時(shí)的全壽命周期經(jīng)濟(jì)性情況，對(duì)比了混合型孤立微網(wǎng)與傳統(tǒng)孤立供電系統(tǒng)全壽命周期經(jīng)濟(jì)性的差異。研究結(jié)果體現(xiàn)出混合型孤立微網(wǎng)在節(jié)能與經(jīng)濟(jì)性方面的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)驗(yàn)證了所提全壽命周期經(jīng)濟(jì)性評(píng)估模型的可行性與有效性。

混合型孤立微網(wǎng)；全壽命周期；經(jīng)濟(jì)性評(píng)估

0　引　言

我國(guó)海岸線漫長(zhǎng)，有許多位置偏遠(yuǎn)的人居海島，島上居民的生產(chǎn)生活用電主要由小容量的柴油發(fā)電機(jī)提供。隨著可再生能源發(fā)電技術(shù)和微網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，解決海島等偏遠(yuǎn)地區(qū)的供電問(wèn)題已經(jīng)成為可能。微網(wǎng)可以脫離主電網(wǎng)孤立運(yùn)行，允許接入可再生能源和儲(chǔ)能裝置[1-4]，適合應(yīng)用到偏遠(yuǎn)地區(qū)的供電方案中。然而，微網(wǎng)中可再生能源和儲(chǔ)能設(shè)備的投資費(fèi)用高昂，系統(tǒng)接入的用電負(fù)荷總量較小，微網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性成為了工程學(xué)術(shù)界關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題[5-6]。

目前，微網(wǎng)技術(shù)仍處于發(fā)展階段，還沒(méi)有形成針對(duì)微網(wǎng)成本和收益等經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估的成熟方法?，F(xiàn)有的電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性評(píng)估方法只注重階段性的指標(biāo)，缺少對(duì)系統(tǒng)整個(gè)運(yùn)行周期內(nèi)經(jīng)濟(jì)效益的考量，所得分析結(jié)果局限性大、準(zhǔn)確性低，不能有效反映系統(tǒng)實(shí)際的經(jīng)濟(jì)狀態(tài)[7-8]。為此，使用全壽命周期理論分析微網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性的做法受到了越來(lái)越多的關(guān)注。文獻(xiàn)[9-10]對(duì)包含光伏的微網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行全壽命周期成本分析，衡量光伏發(fā)電的經(jīng)濟(jì)效益。文獻(xiàn)[11]研究含有儲(chǔ)能裝置的微網(wǎng)系統(tǒng)，著重分析儲(chǔ)能裝置的接入對(duì)系統(tǒng)全壽命周期成本的影響情況。現(xiàn)有研究雖然取得了一定成果，但是在研究中考慮的微網(wǎng)設(shè)備類(lèi)型仍然偏少，很少涉及包含多種可再生能源、儲(chǔ)能裝置和傳統(tǒng)發(fā)電設(shè)備的混合型孤立微網(wǎng)，而且經(jīng)濟(jì)性分析的指標(biāo)僅針對(duì)微網(wǎng)的成本花費(fèi)，缺少對(duì)系統(tǒng)收益的全壽命周期評(píng)估。

本文針對(duì)使用風(fēng)機(jī)、光伏和傳統(tǒng)柴油發(fā)電機(jī)供電并接有儲(chǔ)能裝置的混合型孤立微網(wǎng)，根據(jù)全壽命周期理論，建立系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性評(píng)估模型，提出混合型孤立微網(wǎng)全壽命周期經(jīng)濟(jì)性的評(píng)估指標(biāo)。并根據(jù)實(shí)際工程數(shù)據(jù)，建立混合型孤立微網(wǎng)算例，分析系統(tǒng)采用不同調(diào)度策略時(shí)的全壽命周期經(jīng)濟(jì)性情況，對(duì)比混合型孤立微網(wǎng)與僅使用柴油發(fā)電機(jī)供電的傳統(tǒng)孤立供電系統(tǒng)之間的經(jīng)濟(jì)性差異，驗(yàn)證所提經(jīng)濟(jì)性評(píng)估模型的有效性。

1　風(fēng)光柴儲(chǔ)混合型孤立微網(wǎng)系統(tǒng)

本文研究的風(fēng)光柴儲(chǔ)混合型孤立微網(wǎng)的示意圖如圖1所示。

圖1　混合型孤立微網(wǎng)系統(tǒng)

混合型孤立微網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行，不與外電網(wǎng)進(jìn)行電能交換。系統(tǒng)內(nèi)的負(fù)荷由可再生能源、傳統(tǒng)電源和儲(chǔ)能電池聯(lián)合協(xié)調(diào)供電[12]?；旌闲凸铝⑽⒕W(wǎng)中包含交流和直流兩條母線，母線之間通過(guò)變流器相連，用以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)電功率的交互和轉(zhuǎn)移。風(fēng)力發(fā)電機(jī)和光伏電池板作為可再生能源接入微網(wǎng)。柴油發(fā)電機(jī)作為傳統(tǒng)電源接入微網(wǎng)，用以補(bǔ)充可再生能源發(fā)電量的缺額。儲(chǔ)能電池作為蓄能裝置，根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行情況進(jìn)行充放電?？烧{(diào)節(jié)負(fù)荷則是指為保持系統(tǒng)供需平衡而人為控制投入的負(fù)荷，一般由電阻絲或電阻箱構(gòu)成。當(dāng)可再生能源發(fā)出的電能超出負(fù)荷需求以及儲(chǔ)能電池儲(chǔ)存能力時(shí)，投入可調(diào)節(jié)負(fù)荷，消耗可再生能源產(chǎn)生的多余電能。

2　混合型孤立微網(wǎng)全壽命周期經(jīng)濟(jì)性評(píng)估模型

2.1混合型孤立微網(wǎng)年花費(fèi)計(jì)算模型

混合型孤立微網(wǎng)全壽命周期經(jīng)濟(jì)性評(píng)估模型的建立以全壽命周期理論為基礎(chǔ)，針對(duì)混合型孤立微網(wǎng)的具體特點(diǎn)，考慮系統(tǒng)在制造建設(shè)、運(yùn)行維護(hù)到回收利用全壽命周期內(nèi)的經(jīng)濟(jì)狀態(tài)，并計(jì)及資金的時(shí)間價(jià)值。

首先，介紹混合型孤立微網(wǎng)年花費(fèi)的計(jì)算模型。

系統(tǒng)在第n年的支出C(n)由式(1)計(jì)算，其中包括由于建設(shè)投資而支付的還貸費(fèi)用Crp(n)、柴油發(fā)電機(jī)運(yùn)行產(chǎn)生的燃油費(fèi)用Cf(n)、系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用Cm(n)和設(shè)備的替換費(fèi)用Cr(n)。

C(n)=Crp(n)+Cf(n)+Cm(n)+Cr(n)

(1)

2.1.1計(jì)算年還貸費(fèi)用

系統(tǒng)在第n年的還貸金額Crp(n)由式(2)計(jì)算。

Crp(n)=Crpa|1≤n≤Tl

(2)

式中：Crpa是還貸年金；Tl是貸款年限。Crpa由式(3)計(jì)算。

(3)

式中：u表示利率；Cloan由式(4)計(jì)算，表示系統(tǒng)的投資貸款金額。

Cloan=Cs(1-fdp)

(4)

式中：Cs表示系統(tǒng)建設(shè)的初始投資費(fèi)用；fdp表示投資首付款占初始投資費(fèi)用的比率。

Cs的計(jì)算公式如下：

Cs=Ce+Ci+Cmt+Cg+Co

(5)

式中：Ce表示設(shè)備采購(gòu)費(fèi)用；Ci表示設(shè)備安裝費(fèi)用；Cmt表示運(yùn)輸花費(fèi)；Cg表示電網(wǎng)建設(shè)費(fèi)用；Co表示混合型孤立微網(wǎng)中其他設(shè)備(包括變壓器、開(kāi)關(guān)裝置、熔斷器、控制設(shè)備等)的投資費(fèi)用。

考慮混合型孤立微網(wǎng)中主要含有的設(shè)備類(lèi)型，Ce由式(6)計(jì)算。設(shè)備采購(gòu)費(fèi)用體現(xiàn)出各主要設(shè)備在生產(chǎn)制造階段的總成本。

(6)

式中：Nw是微網(wǎng)中接入的風(fēng)力發(fā)電機(jī)數(shù)目；Cwj、Cpv分別是第j臺(tái)風(fēng)機(jī)和光伏的采購(gòu)費(fèi)用；Nd是微網(wǎng)中含有的柴油發(fā)電機(jī)數(shù)目；Cdj、Cbat、Cc、Cdump分別是第j臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)、儲(chǔ)能電池、變流器和可調(diào)節(jié)負(fù)荷的采購(gòu)費(fèi)用。Cwj和Cpv的具體計(jì)算公式如下：

Cwj=Cwgj+Cwtj

(7)

式中：Cwgj、Cwtj分別是第j臺(tái)風(fēng)機(jī)的發(fā)電機(jī)組和塔筒的采購(gòu)費(fèi)用。

Cpv=Cpvp+Cpvr+Cmppt

(8)

式中：Cpvp、Cpvr、Cmppt分別是光伏電池板、光伏支架和最大功率追蹤器的采購(gòu)費(fèi)用。

設(shè)備安裝費(fèi)用Ci的計(jì)算公式如下：

(9)

式中：Ciwj、Cipv、Cidj、Cibat、Cic、Cidump分別是第j臺(tái)風(fēng)機(jī)、光伏系統(tǒng)、第j臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)、儲(chǔ)能電池、變流器和可調(diào)節(jié)負(fù)荷的安裝費(fèi)用。

2.1.2計(jì)算年燃油費(fèi)用

系統(tǒng)在第n年支出的燃油費(fèi)用Cf(n)由式(10)計(jì)算：

Cf(n)=8 760Lfa(n)Cfp(1+f)n

(10)

式中：Lfa(n)是微網(wǎng)第n年平均每小時(shí)消耗的燃油量；Cfp是單位燃油價(jià)格；f是燃油費(fèi)用年增長(zhǎng)率。

2.1.3計(jì)算年運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用

混合型孤立微網(wǎng)在第n年的運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用Cm(n)由式(11)計(jì)算：

Cm(n)=(8 760Pwa(n)Cmw+hd(n)Cmd+CbatCmbat+

8 760Ppva(n)Cmpv+Cmsys+Cadmin)(1+g)n

(11)

式中：Pwa(n)、Ppva(n)分別表示微網(wǎng)中的風(fēng)機(jī)和光伏在第n年平均每小時(shí)的發(fā)電功率；Cmw、Cmpv分別是風(fēng)機(jī)和光伏發(fā)出單位電能的運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用；hd(n)是柴油發(fā)電機(jī)在第n年的總運(yùn)行時(shí)間；Cmd是柴油發(fā)電機(jī)平均每小時(shí)的運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用；Cmbat是儲(chǔ)能電池每年的運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用占其采購(gòu)費(fèi)用的百分比；Cmsys是微網(wǎng)中其他設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用；Cadmin是微網(wǎng)每年的管理費(fèi)用；g是總通脹率。

2.1.4計(jì)算年替換費(fèi)用

系統(tǒng)在第n年替換設(shè)備所需的費(fèi)用Cr(n)由式(12)計(jì)算：

(12)

式中：Crwj(n)、Crpv(n)、Crdj(n)、Crbat(n)、Crc(n)、Crdump(n)分別是第j臺(tái)風(fēng)機(jī)、光伏、第j臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)、儲(chǔ)能電池、變流器和可調(diào)節(jié)負(fù)荷在第n年發(fā)生替換時(shí)所需的費(fèi)用。在設(shè)備替換費(fèi)用的計(jì)算過(guò)程中不考慮偶然因素造成的設(shè)備替換情況，但要計(jì)及設(shè)備的殘值。

柴油發(fā)電機(jī)的替換周期是其實(shí)際年運(yùn)行時(shí)間的函數(shù)，第j臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)的實(shí)際替換周期是Trdj，單位是年，其值由下式計(jì)算：

(13)

式中：Trrdj、tsdj分別是第j臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)的額定替換周期和實(shí)際運(yùn)行時(shí)間，單位均為小時(shí)；Tsys是混合型孤立微網(wǎng)的運(yùn)行小時(shí)數(shù)；ny是混合型孤立微網(wǎng)的運(yùn)行年數(shù)；tyj是第j臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)的年運(yùn)行小時(shí)數(shù)。

儲(chǔ)能電池的替換周期與放電深度和充放電過(guò)程的次數(shù)有關(guān)，并受其自身額定壽命的限制。一次完整的充放電過(guò)程是指儲(chǔ)能電池先放電后充電或者先充電后放電，并最終恢復(fù)到初始狀態(tài)的過(guò)程。儲(chǔ)能電池能夠承受的最大充放電過(guò)程次數(shù)Nmax與放電深度R的關(guān)系由雙指數(shù)函數(shù)描述，該函數(shù)表達(dá)式是根據(jù)儲(chǔ)能電池的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)擬合得到的[13]，如下所示：

Nmax=a1+a2ea3R+a4ea5R

(14)

式中：a1～a5為擬合系數(shù)。通常情況下，R越大，Nmax就越小。

根據(jù)放電深度的不同，可將儲(chǔ)能電池發(fā)生的充放電過(guò)程劃分為不同的類(lèi)型，具有相同放電深度的充放電過(guò)程為同一類(lèi)。一年中，儲(chǔ)能電池發(fā)生了n種充放電過(guò)程，放電深度為Rk的第k種充放電過(guò)程發(fā)生的次數(shù)為Nk。據(jù)此可以計(jì)算儲(chǔ)能電池的實(shí)際替換周期Tbat：

(15)

(16)

式中:Tbatr為儲(chǔ)能電池的額定壽命；Tbatc為根據(jù)運(yùn)行情況計(jì)算得到的儲(chǔ)能電池壽命；Nmaxk表示當(dāng)放電深度為Rk時(shí)，儲(chǔ)能電池所能承受的最大充放電過(guò)程次數(shù)。

柴油發(fā)電機(jī)和儲(chǔ)能電池在第n年的替換費(fèi)用由式(17)計(jì)算：

(17)

式中：Crx(n)是設(shè)備x在第n年的替換費(fèi)用；Crxc、Cx分別是沒(méi)考慮資金時(shí)間價(jià)值時(shí)設(shè)備x的替換費(fèi)用和采購(gòu)費(fèi)用；fs是殘值率；Srx是設(shè)備x發(fā)生替換的年份集合；Nl是設(shè)備x最近一次替換發(fā)生的年份。Crxc的計(jì)算公式如下：

Crxc=Cx+Cix

(18)

式中：Cix是沒(méi)考慮資金時(shí)間價(jià)值時(shí)設(shè)備x的安裝費(fèi)用。

認(rèn)為其他主要設(shè)備的替換周期都是其自身的額定壽命，則它們?cè)诘趎年的替換費(fèi)用由式(19)計(jì)算：

(19)

式中：Trx是設(shè)備x的額定替換周期；m是不超過(guò)n/Trx的值的最大整數(shù)。

2.2混合型孤立微網(wǎng)年收入計(jì)算模型

由于只考慮微網(wǎng)系統(tǒng)處于獨(dú)立運(yùn)行狀態(tài)，所以忽略混合型孤立微網(wǎng)與主電網(wǎng)之間的電能交易。系統(tǒng)在第n年的收入I(n)是混合型孤立微網(wǎng)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部負(fù)荷售電所取得的收益，由式(20)計(jì)算:

I(n)=8 760(Prima(n)-Povera(n))Cprim(1+g)n

(20)

式中：Prima(n)表示第n年需要系統(tǒng)供給的平均每小時(shí)負(fù)荷量；Povera(n)表示系統(tǒng)在第n年的平均過(guò)載功率，即系統(tǒng)沒(méi)有能力供給的負(fù)荷量；Cprim表示負(fù)荷電價(jià)。

2.3混合型孤立微網(wǎng)全壽命周期經(jīng)濟(jì)性評(píng)估指標(biāo)

選取系統(tǒng)在全壽命周期內(nèi)的利潤(rùn)凈現(xiàn)值和單位產(chǎn)能成本作為評(píng)估混合型孤立微網(wǎng)全壽命周期經(jīng)濟(jì)性的兩個(gè)指標(biāo)。

利潤(rùn)凈現(xiàn)值代表了系統(tǒng)在全壽命周期內(nèi)獲得的所有利潤(rùn)折算為當(dāng)前資金的總價(jià)值，由式(21)計(jì)算：

(21)

式中：Vnpp表示利潤(rùn)凈現(xiàn)值；N代表混合型孤立微網(wǎng)的工程壽命；d是貼現(xiàn)率；Pr(n)是混合型孤立微網(wǎng)在第n年獲得的利潤(rùn)，由式(22)計(jì)算：

Pr(n)=Inet(n)-Ttax(n)

(22)

式中：Inet(n)表示系統(tǒng)在第n年取得的凈收入；Ttax(n)表示系統(tǒng)在第n年上繳的稅額，由式(23)計(jì)算:

Ttax(n)=ttax(n)|ttax(n)>0

(23)

ttax(n)=Inet(n)t-8 760(Pwa(n)+Ppva(n))ta

(24)

式中：t表示稅率；ta是國(guó)家對(duì)可再生能源的稅收補(bǔ)貼。

Inet(n)則由式(25)計(jì)算：

Inet(n)=I(n)-C(n)

(25)

單位產(chǎn)能成本則代表了系統(tǒng)在全壽命周期內(nèi)生產(chǎn)單位電能所需的花費(fèi)，由式(26)計(jì)算：

(26)

式中：Vcoe表示單位產(chǎn)能成本；Clev、Cdplev分別是系統(tǒng)運(yùn)行的總花費(fèi)和投資首付款對(duì)應(yīng)的等年值；Pprimlca、Poverlca分別是系統(tǒng)在全壽命周期中平均每小時(shí)的負(fù)荷量和平均每小時(shí)的過(guò)載功率。

評(píng)估混合型孤立微網(wǎng)全壽命周期經(jīng)濟(jì)性的具體計(jì)算流程如圖2所示。

圖2　混合型孤立微網(wǎng)全壽命周期經(jīng)濟(jì)性評(píng)估計(jì)算流程

3　算例分析

選取中國(guó)浙江沿海某島嶼上擬建設(shè)的一個(gè)混合型孤立微網(wǎng)系統(tǒng)作為研究對(duì)象。利用由美國(guó)馬薩諸塞大學(xué)和美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室合作開(kāi)發(fā)的混合型電力系統(tǒng)仿真軟件Hybrid2進(jìn)行混合型孤立微網(wǎng)算例建模[14]。算例中接入負(fù)荷的平均功率為30.71kW，最大值為100.08kW。算例中包含的主要設(shè)備及其參數(shù)見(jiàn)表1。參考海島微網(wǎng)項(xiàng)目的實(shí)際工程經(jīng)費(fèi)和目前社會(huì)實(shí)際的經(jīng)濟(jì)形勢(shì)，算例中主要設(shè)備的各項(xiàng)費(fèi)用見(jiàn)表2，算例的經(jīng)濟(jì)參數(shù)和系統(tǒng)參數(shù)見(jiàn)表3。

表1　混合型孤立微網(wǎng)算例中的主要設(shè)備參數(shù)

表2　混合型孤立微網(wǎng)算例中的主要設(shè)備費(fèi)用

相應(yīng)的，建立只由柴油發(fā)電機(jī)供電的傳統(tǒng)獨(dú)立電力系統(tǒng)算例，用來(lái)和混合型孤立微網(wǎng)算例進(jìn)行對(duì)比。傳統(tǒng)算例所接入的負(fù)荷量與混合型孤立微網(wǎng)算例一致。傳統(tǒng)算例中不包含可再生能源、儲(chǔ)能電池、變流器和可調(diào)節(jié)負(fù)荷，系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)輸費(fèi)用是5.6萬(wàn)元，電網(wǎng)建設(shè)費(fèi)用是60萬(wàn)元，其他配套設(shè)備投資費(fèi)用是181萬(wàn)元。除了上述不同外，傳統(tǒng)算例其余的設(shè)備費(fèi)用、經(jīng)濟(jì)參數(shù)和系統(tǒng)參數(shù)都與混合型孤立微網(wǎng)算例一致。傳統(tǒng)算例的全壽命周期經(jīng)濟(jì)性評(píng)估仍然采用第2節(jié)所述的模型，只是在計(jì)算中不再考慮可再生能源、儲(chǔ)能裝置、變流器和可調(diào)節(jié)負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)性。

表3　混合型孤立微網(wǎng)算例的經(jīng)濟(jì)參數(shù)和系統(tǒng)參數(shù)

根據(jù)前文介紹的全壽命周期經(jīng)濟(jì)性評(píng)估計(jì)算流程，對(duì)所建算例進(jìn)行分析。計(jì)算中，混合型孤立微網(wǎng)算例采用兩種不同的調(diào)度策略，分別是負(fù)荷跟蹤策略和循環(huán)充放策略[15]。在這兩種調(diào)度策略中，系統(tǒng)中的負(fù)荷需求總是優(yōu)先由可再生能源來(lái)滿足，負(fù)荷需求電量減去可再生能源發(fā)電量得到凈負(fù)荷。負(fù)荷跟蹤策略中，柴油發(fā)電機(jī)跟蹤凈負(fù)荷運(yùn)行，儲(chǔ)能電池只用來(lái)補(bǔ)償超過(guò)柴油發(fā)電機(jī)額定輸出功率的凈負(fù)荷缺額。循環(huán)充放策略中，儲(chǔ)能電池跟蹤凈負(fù)荷的變化，柴油發(fā)電機(jī)則主要用來(lái)對(duì)儲(chǔ)能電池充電?；旌闲凸铝⑽⒕W(wǎng)算例的全壽命周期經(jīng)濟(jì)性評(píng)估結(jié)果見(jiàn)表4，其中的停電率表示未滿足的負(fù)荷電量與負(fù)荷總需求量的比值。而作為對(duì)比，傳統(tǒng)算例的全壽命周期經(jīng)濟(jì)性評(píng)估結(jié)果見(jiàn)表5。

根據(jù)表4的結(jié)果可知，不論采用負(fù)荷跟蹤調(diào)度策略還是循環(huán)充放調(diào)度策略，混合型孤立微網(wǎng)算例在其全壽命周期內(nèi)的利潤(rùn)凈現(xiàn)值均為負(fù)值，即沒(méi)有盈利。同時(shí)，兩種策略都能較好地保證供電可靠性，混合型孤立微網(wǎng)的停電率為零。采用循環(huán)充放策略時(shí)，柴油發(fā)電機(jī)的年運(yùn)行時(shí)間和平均每小時(shí)燃油耗量都較小，但系統(tǒng)對(duì)儲(chǔ)能電池的使用較多,從而導(dǎo)致儲(chǔ)能電池的壽命較短。表5顯示的計(jì)算結(jié)果則表明，為了維持供電，傳統(tǒng)算例中的柴油發(fā)電機(jī)一直保持運(yùn)行，系統(tǒng)的燃油耗量大幅提高。相較混合型孤立微網(wǎng)算例，傳統(tǒng)算例的利潤(rùn)凈現(xiàn)值更低，單位產(chǎn)能成本更大，系統(tǒng)全壽命周期的經(jīng)濟(jì)性更差。

表4　混合型孤立微網(wǎng)算例全壽命周期經(jīng)濟(jì)性評(píng)估結(jié)果

表5　傳統(tǒng)算例的全壽命周期經(jīng)濟(jì)性評(píng)估結(jié)果

將混合型孤立微網(wǎng)算例和傳統(tǒng)算例在全壽命周期內(nèi)支出費(fèi)用的凈現(xiàn)值進(jìn)行對(duì)比，所得結(jié)果如圖 3 所示。圖3(a)表明，與傳統(tǒng)算例相比，混合型孤立微網(wǎng)算例新增可再生能源和儲(chǔ)能電池等設(shè)備會(huì)增加系統(tǒng)全壽命周期的還貸費(fèi)、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)和設(shè)備替換費(fèi)，但能夠大幅減少系統(tǒng)支出的燃油費(fèi)用。使用循環(huán)充放調(diào)度策略的混合型孤立微網(wǎng)算例對(duì)柴油發(fā)電機(jī)的使用最少，系統(tǒng)支出的燃油費(fèi)用也最小，但是設(shè)備的替換費(fèi)用會(huì)因儲(chǔ)能電池壽命的減少而增加。圖3(b)表明，受燃油費(fèi)用支出比重的影響，傳統(tǒng)算例在全壽命周期內(nèi)支出的總費(fèi)用最多，而采用循環(huán)充放調(diào)度策略的混合型孤立微網(wǎng)算例支出的總費(fèi)用最少。所以，采用循環(huán)充放調(diào)度策略的混合型孤立微網(wǎng)算例具有相對(duì)較好的全壽命周期經(jīng)濟(jì)性。

圖3　混合型孤立微網(wǎng)算例和傳統(tǒng)算例在全壽命周期內(nèi)支出費(fèi)用凈現(xiàn)值的對(duì)比

4　結(jié)　論

本文根據(jù)全壽命周期理論，針對(duì)混合型孤立微網(wǎng)的特點(diǎn)，提出了評(píng)估混合型孤立微網(wǎng)全壽命周期經(jīng)濟(jì)性的方法。并建立算例進(jìn)行分析計(jì)算，驗(yàn)證所提經(jīng)濟(jì)性評(píng)估模型的實(shí)用性和有效性。研究得到如下結(jié)論：

① 與傳統(tǒng)的只考慮投資等階段性經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的分析方法相比，本文提出的全壽命周期經(jīng)濟(jì)性評(píng)估模型和評(píng)價(jià)指標(biāo)考慮了混合型孤立微網(wǎng)在整個(gè)壽命期內(nèi)的經(jīng)濟(jì)情況，能夠更全面、更準(zhǔn)確地反映混合型孤立微網(wǎng)實(shí)際的經(jīng)濟(jì)狀態(tài)，能夠體現(xiàn)出混合型孤立微網(wǎng)節(jié)能降耗所具有的長(zhǎng)期經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。

② 混合型孤立微網(wǎng)相較傳統(tǒng)的僅由柴油發(fā)電機(jī)供電的獨(dú)立電力系統(tǒng)，能夠大幅減少系統(tǒng)對(duì)化石燃料的依賴，節(jié)能效果明顯，采用合適的調(diào)度策略時(shí)會(huì)取得較優(yōu)的全壽命周期經(jīng)濟(jì)效益。然而，混合型孤立微網(wǎng)以目前的投資成本和運(yùn)行收益難以獲得實(shí)際盈利。設(shè)法減少混合型孤立微網(wǎng)中可再生能源和儲(chǔ)能裝置等設(shè)備的投資成本或加大政府對(duì)可再生能源的補(bǔ)貼力度都能進(jìn)一步改善混合型孤立微網(wǎng)的全壽命周期經(jīng)濟(jì)性。

③ 本文提出的全壽命周期經(jīng)濟(jì)性評(píng)估方法可以應(yīng)用到對(duì)混合型孤立微網(wǎng)的規(guī)劃方案和實(shí)際運(yùn)行方式進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益分析的過(guò)程中，評(píng)估結(jié)果能夠?qū)旌闲凸铝⑽⒕W(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行起到有效的指導(dǎo)作用。

[1]劉燕華，張楠，張旭.考慮儲(chǔ)能運(yùn)行成本的風(fēng)光儲(chǔ)微網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行[J].現(xiàn)代電力，2013，30(5)：13-18.

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(責(zé)任編輯：林海文)

Full Life-cycle Economic Evaluation of Hybrid Isolated Micro-grid

LIU Zhongyi, LI Gengyin

( State Key Laboratory of Alternate Electrical Power System with Renewable Energy Sources (North China Electric Power University), Beijing 102206, China)

Hybrid isolated micro-grid has such advantages as energy saving, environmental protection and high power supply reliability. As to hybrid isolated micro-grid that contains wind turbine generators, photovoltaic batteries, energy storage batteries and diesel generators, the full life-cycle economic evaluation model that can assess cost from construction investment and operation maintenance to recycling is built based on the full life-cycle theory. Two evaluation indexes are also proposed to measure the full life-cycle cost of the hybrid isolated micro-grid. Through the example analysis, the full life-cycle economic information of the hybrid isolated micro-grid with different dispatch strategies is studied, and the full life-cycle economic difference between the hybrid isolated micro-grid and the traditional isolated power system is also compared. The analysis results show that hybrid isolated micro-grid is more energy saving and economic, which verify the feasibility and effectiveness of the proposed full life-cycle economic evaluation model.

hybrid isolated micro-grid; full life cycle; economic evaluation

1007-2322(2015)04-0001-07

A

TM9

高等學(xué)校學(xué)科創(chuàng)新引智計(jì)劃(“111”計(jì)劃)(B08013)

2014-09-27

劉忠義(1988—)，男，博士研究生，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)分析與控制，新能源電力系統(tǒng)等，E-mail：liuzhongyi1988@sina.com；

李庚銀(1964—)，男，博士，教授，博士生導(dǎo)師，主要研究方向?yàn)樾履茉措娏ο到y(tǒng)分析與控制，柔性輸配電技術(shù)，電能質(zhì)量等，E-mail：ligy@ncepu.edu.cn。