2023儲(chǔ)能系統(tǒng)綜合效益分析

儲(chǔ)能系統(tǒng)綜合效益分析引言“雙碳”目標(biāo)的提出，明確了能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的方向，加速新能源如風(fēng)力發(fā)電、太陽(yáng)能發(fā)電等新能源建設(shè)。儲(chǔ)能作為可再生能源規(guī)模化發(fā)展的支撐，對(duì)“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)有著重要的推動(dòng)作用。在常規(guī)電力系統(tǒng)、可再生能源發(fā)電、分布式發(fā)電以及微網(wǎng)、輔助服務(wù)等領(lǐng)域，儲(chǔ)能系統(tǒng)都起到了巨大的作用[1]。對(duì)于儲(chǔ)能系統(tǒng)價(jià)值評(píng)估的研究，目前以經(jīng)濟(jì)性價(jià)值測(cè)度和環(huán)境價(jià)值測(cè)度兩個(gè)方面為主。在有關(guān)儲(chǔ)能系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性價(jià)值測(cè)度研究方面，Vahid-Pakdel等在考慮了儲(chǔ)能系統(tǒng)的套利、節(jié)約傳輸費(fèi)用、延緩機(jī)組投資以及降低運(yùn)維費(fèi)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，建立了一個(gè)在開(kāi)放市場(chǎng)條件下的儲(chǔ)能系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)模型，同時(shí)利用遺傳算法計(jì)算了其能夠?qū)崿F(xiàn)的效益和最佳的配比，但分析中缺乏對(duì)環(huán)境影響[2]。王再闖和劉成運(yùn)從儲(chǔ)能10MW的釩電70MWh的鈉硫電池為算例，構(gòu)建了儲(chǔ)能系統(tǒng)最佳運(yùn)行策略的混合整數(shù)非線性規(guī)劃模型，以此為基礎(chǔ)計(jì)算了儲(chǔ)能系統(tǒng)的年收益[3][4]JISO1404014044生命周期評(píng)價(jià)方法對(duì)混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的環(huán)境效益進(jìn)行了測(cè)算分析，得出提高儲(chǔ)能效率和增加使用壽命能夠提高儲(chǔ)能系統(tǒng)的環(huán)境效益[7]。當(dāng)前對(duì)于儲(chǔ)能系統(tǒng)的價(jià)值評(píng)估方面，缺乏一個(gè)整體、綜合、系統(tǒng)性的研究。目前對(duì)于儲(chǔ)能系統(tǒng)價(jià)值評(píng)估的研究大多集中于測(cè)算儲(chǔ)能系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中的經(jīng)濟(jì)效益，或者分析電力系統(tǒng)中的某一環(huán)節(jié)儲(chǔ)能設(shè)置的可靠性。特別是在評(píng)估儲(chǔ)能系統(tǒng)的效益時(shí)，很少考慮到環(huán)境等外部效應(yīng)的影響。實(shí)際上，對(duì)于儲(chǔ)能系統(tǒng)的評(píng)估應(yīng)該從整個(gè)系統(tǒng)出發(fā)，全面評(píng)估其在提高電力系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性及產(chǎn)生的環(huán)境效益等方面的綜合價(jià)值[8]。因此本文通過(guò)對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的內(nèi)部?jī)r(jià)值和外部?jī)r(jià)值進(jìn)行識(shí)別和分析，總結(jié)了儲(chǔ)能系統(tǒng)的內(nèi)部和外部主體產(chǎn)生價(jià)值和收益，從而建立了全方位、多維度的綜合效益體系。儲(chǔ)能系統(tǒng)內(nèi)部效益分析在未來(lái)高比例的可再生能源體系中，儲(chǔ)能是重要的基礎(chǔ)支撐技術(shù)之一。成本效益分析對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)項(xiàng)目建設(shè)至關(guān)重要，系統(tǒng)科學(xué)的方法是評(píng)估儲(chǔ)能系統(tǒng)價(jià)值的重要依據(jù)。本節(jié)主要對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行的內(nèi)部?jī)r(jià)值進(jìn)行識(shí)別與分析。儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商成本識(shí)別在整個(gè)生命周期中，儲(chǔ)能系統(tǒng)的成本包括建設(shè)成本、運(yùn)行維護(hù)成本、電池置換成本、設(shè)備報(bào)廢處理成本[9]。本文將從以上幾個(gè)方面進(jìn)行對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的成本進(jìn)行識(shí)別和分析。建設(shè)成本儲(chǔ)能系統(tǒng)的建設(shè)成本即初始投資成本主要由安裝成本和土建成本構(gòu)成。其內(nèi)部主要構(gòu)成如下圖1所示。Figure1.Constructioncostcompositionofenergystoragesystem圖1.儲(chǔ)能系統(tǒng)建設(shè)成本構(gòu)成運(yùn)行維護(hù)成本補(bǔ)償損失的能量、定期或意外的服務(wù)和維護(hù)、控制儲(chǔ)能充電狀態(tài)、補(bǔ)償損失的能量及遠(yuǎn)程線上監(jiān)控等所需要的電力成本構(gòu)成了儲(chǔ)能系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)成本。除此之外，此成本還包括電池的日常和定期的人工維修費(fèi)用。置換成本電池儲(chǔ)能的壽命有限，電池儲(chǔ)能需進(jìn)行更換，因此儲(chǔ)能系統(tǒng)的置換成本主要是電池本體的更換。由于電池的種類豐富，其單位能量?jī)r(jià)格、單位功率價(jià)格、壽命周期等方面存在差異，所以置換的成本也不同。設(shè)備報(bào)廢處理成本處理壽命結(jié)束后的儲(chǔ)能設(shè)備所需的費(fèi)用即為儲(chǔ)能系統(tǒng)的廢棄處置成本，主要由設(shè)備殘值和環(huán)保費(fèi)用構(gòu)成。儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商收益識(shí)別儲(chǔ)能系統(tǒng)的內(nèi)部收益主要包括自身運(yùn)行效益和輔助服務(wù)的效益。本文從這兩個(gè)方面對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的內(nèi)部效益進(jìn)行識(shí)別分析。運(yùn)行效益儲(chǔ)能系統(tǒng)的運(yùn)行效益主要體現(xiàn)在儲(chǔ)能運(yùn)營(yíng)商“低儲(chǔ)高發(fā)”得到的經(jīng)濟(jì)效益上。在不同的應(yīng)用場(chǎng)景下，“低儲(chǔ)高發(fā)”所獲得的經(jīng)濟(jì)效益是不一樣的。分時(shí)電價(jià)管理24的電力調(diào)度方案，將高電價(jià)時(shí)段的電力需求向低電價(jià)時(shí)段轉(zhuǎn)移，從而使整體電價(jià)水平下降。分時(shí)電價(jià)的收入主要來(lái)自于電價(jià)差異和電力規(guī)劃的調(diào)整，這就是在峰時(shí)采用谷時(shí)的電能，利用峰谷電價(jià)差異來(lái)節(jié)約電費(fèi)。提高供電可靠性當(dāng)出現(xiàn)斷電事故時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)可以將儲(chǔ)存的電能提供給用戶，從而避免了在檢修期間無(wú)法提供電力輔助服務(wù)效益電力市場(chǎng)中的輔助服務(wù)包括調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)壓和備用等，以保障電網(wǎng)的供電品質(zhì)，保障電網(wǎng)的正常運(yùn)營(yíng)。其中，調(diào)峰、調(diào)頻和備用是3類最主要的輔助服務(wù)。調(diào)頻[10](AGC輔助服務(wù))是根據(jù)不同地區(qū)的電力火力發(fā)電廠負(fù)責(zé)選址、接入，雙方根據(jù)約定的比例分配調(diào)頻收入。調(diào)峰調(diào)峰輔助服務(wù)主要分為基本調(diào)峰和有償調(diào)峰。并網(wǎng)發(fā)電機(jī)組必須提供基本調(diào)峰的輔助服務(wù)。發(fā)電機(jī)組要在規(guī)定的出力范圍內(nèi)免費(fèi)提供此項(xiàng)服務(wù)。有償調(diào)峰是指機(jī)組按電力調(diào)度指令進(jìn)行的超過(guò)基本調(diào)峰范圍的深度調(diào)峰，以及發(fā)電機(jī)組啟停機(jī)調(diào)峰(即機(jī)組在停機(jī)24小時(shí)內(nèi)再度開(kāi)啟發(fā)電的調(diào)峰方式)。備用容量備用容量指的是電力系統(tǒng)除滿足預(yù)計(jì)負(fù)荷需求外，在發(fā)生事故時(shí)，為保障電能質(zhì)量和系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行而預(yù)留的有功功率儲(chǔ)備。儲(chǔ)能系統(tǒng)為電網(wǎng)提供了備用容量的輔助服務(wù)。儲(chǔ)能提供備用服務(wù)時(shí)，可以儲(chǔ)能系統(tǒng)外部效益分析儲(chǔ)能系統(tǒng)可以將能源系統(tǒng)中的各個(gè)環(huán)節(jié)連接起來(lái)，可以在電網(wǎng)、電源、用戶等多種場(chǎng)景中得到廣泛的應(yīng)用。同時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)具有顯著的外部性，儲(chǔ)能服務(wù)所產(chǎn)生的收益也分散于各個(gè)主體，在不同的主體都有體現(xiàn)。輸電及配電企業(yè)、電力用戶四部分，影響方式如2所示。本節(jié)主要對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)外部相關(guān)主體進(jìn)行識(shí)別與分析。政府對(duì)于政府這一主體來(lái)說(shuō)，儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)其正外部性主要是產(chǎn)生了一定的環(huán)境效益。儲(chǔ)能系統(tǒng)的應(yīng)用可從這兩個(gè)方面來(lái)看，儲(chǔ)能系統(tǒng)可以有效地降低燃煤電廠的大氣污染，降低對(duì)環(huán)境的不利影響。Figure2.Thewayinwhichtheenergystoragesystemaffectsitsexternalrelatedsubjects圖2.儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)其外部相關(guān)主體的影響方式發(fā)電企業(yè)對(duì)于發(fā)電企業(yè)來(lái)說(shuō)，儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠?yàn)榘l(fā)電提供輔助服務(wù)，從而使機(jī)組的出力平穩(wěn)，進(jìn)而使機(jī)組的運(yùn)行更具經(jīng)濟(jì)性和效率。隨著風(fēng)電、光伏等可再生能源并網(wǎng)發(fā)電規(guī)模的日益擴(kuò)大，對(duì)電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行和供電品質(zhì)造成了嚴(yán)重的不利影響。為了確保這種可再生能源的可靠運(yùn)行，必須要配備足夠的儲(chǔ)能設(shè)備建設(shè)，這樣可以對(duì)可再生能源發(fā)電產(chǎn)生緩沖作用，從而增加風(fēng)力和光伏發(fā)電的并網(wǎng)比例，增加可再生能源的調(diào)節(jié)能力，增加其在當(dāng)?shù)氐南{和輸送能力，極大地促進(jìn)了可再生能源的利用率。輸電及配電企業(yè)對(duì)于電網(wǎng)公司來(lái)說(shuō)，與儲(chǔ)能系統(tǒng)的結(jié)合可以改善電能的輸送能力。比如，電網(wǎng)公司適當(dāng)配置一定容量的儲(chǔ)能設(shè)備或?qū)⑵渑c某些電力電子設(shè)備結(jié)合起來(lái)，既可以降低輸電線路的損耗，又可以有效地減輕系統(tǒng)的震動(dòng)，同時(shí)也能確保電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定、可靠，從而降低或延遲投資建設(shè)所需的成本，從而取得巨大的經(jīng)濟(jì)效益。電力用戶在電力輸送過(guò)程中，可以根據(jù)不同的儲(chǔ)能特性，對(duì)相應(yīng)的儲(chǔ)能參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，從而降低電壓的波動(dòng)和閃變，從而防止系統(tǒng)中的電壓跌落、暫升，從而提高電力供應(yīng)的質(zhì)量，提高電力的可靠性。針對(duì)某些負(fù)荷敏感的客戶，采用儲(chǔ)能裝置作為不間斷電源，可以確保電力供應(yīng)的連續(xù)性。另外，在利用儲(chǔ)能系統(tǒng)時(shí)，當(dāng)電網(wǎng)中的電量達(dá)到峰值時(shí)，由于現(xiàn)有峰谷電價(jià)差異，可以產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益，從而降低未來(lái)電網(wǎng)運(yùn)行中的價(jià)格波動(dòng)對(duì)電網(wǎng)自身的影響。儲(chǔ)能效益分類和儲(chǔ)能綜合效益體系的建立1所示。儲(chǔ)能系統(tǒng)主要通過(guò)其調(diào)峰、調(diào)頻等功能為各主體帶來(lái)一定的經(jīng)濟(jì)收益，在環(huán)境方面則通過(guò)促及運(yùn)營(yíng)管理提供科學(xué)的依據(jù)，進(jìn)而提高儲(chǔ)能規(guī)劃及運(yùn)營(yíng)水平，有利于儲(chǔ)能系統(tǒng)未來(lái)的發(fā)展。Table1.Comprehensivebenefitsystemofenergystoragesystem表1.儲(chǔ)能系統(tǒng)綜合效益體系內(nèi)外部性主體儲(chǔ)能功能/作用儲(chǔ)能效益分時(shí)電價(jià)管理谷峰差價(jià)效益提高供電可靠性電力可靠性效益內(nèi)部運(yùn)營(yíng)商調(diào)頻調(diào)頻效益調(diào)峰調(diào)峰效益保障電能質(zhì)量和系統(tǒng)安全備用容量效益政府促進(jìn)可再生能源并網(wǎng)低碳減排效益發(fā)電企業(yè)提高發(fā)電可靠性、可再生能源