2023儲能系統(tǒng)綜合效益分析

儲能系統(tǒng)綜合效益分析引言“雙碳”目標的提出，明確了能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的方向，加速新能源如風力發(fā)電、太陽能發(fā)電等新能源建設(shè)。儲能作為可再生能源規(guī)?；l(fā)展的支撐，對“雙碳”目標的實現(xiàn)有著重要的推動作用。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，儲能系統(tǒng)都起到了巨大的作用[1]。對于儲能系統(tǒng)價值評估的研究，目前以經(jīng)濟性價值測度和環(huán)境價值測度兩個方面為主。在有關(guān)儲能系統(tǒng)經(jīng)濟性價值測度研究方面，Vahid-Pakdel等在考慮了儲能系統(tǒng)的套利、節(jié)約傳輸費用、延緩機組投資以及降低運維費特點的基礎(chǔ)上，建立了一個在開放市場條件下的儲能系統(tǒng)經(jīng)濟性評價模型，同時利用遺傳算法計算了其能夠?qū)崿F(xiàn)的效益和最佳的配比，但分析中缺乏對環(huán)境影響[2]。王再闖和劉成運從儲能10MW的釩電70MWh的鈉硫電池為算例，構(gòu)建了儲能系統(tǒng)最佳運行策略的混合整數(shù)非線性規(guī)劃模型，以此為基礎(chǔ)計算了儲能系統(tǒng)的年收益[3][4]JISO1404014044生命周期評價方法對混合儲能系統(tǒng)的環(huán)境效益進行了測算分析，得出提高儲能效率和增加使用壽命能夠提高儲能系統(tǒng)的環(huán)境效益[7]。當前對于儲能系統(tǒng)的價值評估方面，缺乏一個整體、綜合、系統(tǒng)性的研究。目前對于儲能系統(tǒng)價值評估的研究大多集中于測算儲能系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中的經(jīng)濟效益，或者分析電力系統(tǒng)中的某一環(huán)節(jié)儲能設(shè)置的可靠性。特別是在評估儲能系統(tǒng)的效益時，很少考慮到環(huán)境等外部效應(yīng)的影響。實際上，對于儲能系統(tǒng)的評估應(yīng)該從整個系統(tǒng)出發(fā)，全面評估其在提高電力系統(tǒng)運行經(jīng)濟性、穩(wěn)定性及產(chǎn)生的環(huán)境效益等方面的綜合價值[8]。因此本文通過對儲能系統(tǒng)的內(nèi)部價值和外部價值進行識別和分析，總結(jié)了儲能系統(tǒng)的內(nèi)部和外部主體產(chǎn)生價值和收益，從而建立了全方位、多維度的綜合效益體系。儲能系統(tǒng)內(nèi)部效益分析在未來高比例的可再生能源體系中，儲能是重要的基礎(chǔ)支撐技術(shù)之一。成本效益分析對儲能系統(tǒng)項目建設(shè)至關(guān)重要，系統(tǒng)科學(xué)的方法是評估儲能系統(tǒng)價值的重要依據(jù)。本節(jié)主要對儲能系統(tǒng)運行的內(nèi)部價值進行識別與分析。儲能系統(tǒng)運營商成本識別在整個生命周期中，儲能系統(tǒng)的成本包括建設(shè)成本、運行維護成本、電池置換成本、設(shè)備報廢處理成本[9]。本文將從以上幾個方面進行對儲能系統(tǒng)的成本進行識別和分析。建設(shè)成本儲能系統(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.儲能系統(tǒng)建設(shè)成本構(gòu)成運行維護成本補償損失的能量、定期或意外的服務(wù)和維護、控制儲能充電狀態(tài)、補償損失的能量及遠程線上監(jiān)控等所需要的電力成本構(gòu)成了儲能系統(tǒng)的運行維護成本。除此之外，此成本還包括電池的日常和定期的人工維修費用。置換成本電池儲能的壽命有限，電池儲能需進行更換，因此儲能系統(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，其單位能量價格、單位功率價格、壽命周期等方面存在差異，所以置換的成本也不同。設(shè)備報廢處理成本處理壽命結(jié)束后的儲能設(shè)備所需的費用即為儲能系統(tǒng)的廢棄處置成本，主要由設(shè)備殘值和環(huán)保費用構(gòu)成。儲能系統(tǒng)運營商收益識別儲能系統(tǒng)的內(nèi)部收益主要包括自身運行效益和輔助服務(wù)的效益。本文從這兩個方面對儲能系統(tǒng)的內(nèi)部效益進行識別分析。運行效益儲能系統(tǒng)的運行效益主要體現(xiàn)在儲能運營商“低儲高發(fā)”得到的經(jīng)濟效益上。在不同的應(yīng)用場景下，“低儲高發(fā)”所獲得的經(jīng)濟效益是不一樣的。分時電價管理24的電力調(diào)度方案，將高電價時段的電力需求向低電價時段轉(zhuǎn)移，從而使整體電價水平下降。分時電價的收入主要來自于電價差異和電力規(guī)劃的調(diào)整，這就是在峰時采用谷時的電能，利用峰谷電價差異來節(jié)約電費。提高供電可靠性當出現(xiàn)斷電事故時，儲能系統(tǒng)可以將儲存的電能提供給用戶，從而避免了在檢修期間無法提供電力輔助服務(wù)效益電力市場中的輔助服務(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)的正常運營。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)電廠負責選址、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)電機組必須提供基本調(diào)峰的輔助服務(wù)。發(fā)電機組要在規(guī)定的出力范圍內(nèi)免費提供此項服務(wù)。有償調(diào)峰是指機組按電力調(diào)度指令進行的超過基本調(diào)峰范圍的深度調(diào)峰，以及發(fā)電機組啟停機調(diào)峰(即機組在停機24小時內(nèi)再度開啟發(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)計負荷需求外，在發(fā)生事故時，為保障電能質(zhì)量和系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行而預(yù)留的有功功率儲備。儲能系統(tǒng)為電網(wǎng)提供了備用容量的輔助服務(wù)。儲能提供備用服務(wù)時，可以儲能系統(tǒng)外部效益分析儲能系統(tǒng)可以將能源系統(tǒng)中的各個環(huán)節(jié)連接起來，可以在電網(wǎng)、電源、用戶等多種場景中得到廣泛的應(yīng)用。同時，儲能系統(tǒng)具有顯著的外部性，儲能服務(wù)所產(chǎn)生的收益也分散于各個主體，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)主要對儲能系統(tǒng)外部相關(guān)主體進行識別與分析。政府對于政府這一主體來說，儲能系統(tǒng)對其正外部性主要是產(chǎn)生了一定的環(huán)境效益。儲能系統(tǒng)的應(yīng)用可從這兩個方面來看，儲能系統(tǒng)可以有效地降低燃煤電廠的大氣污染，降低對環(huán)境的不利影響。Figure2.Thewayinwhichtheenergystoragesystemaffectsitsexternalrelatedsubjects圖2.儲能系統(tǒng)對其外部相關(guān)主體的影響方式發(fā)電企業(yè)對于發(fā)電企業(yè)來說，儲能系統(tǒng)能夠為發(fā)電提供輔助服務(wù)，從而使機組的出力平穩(wěn)，進而使機組的運行更具經(jīng)濟性和效率。隨著風電、光伏等可再生能源并網(wǎng)發(fā)電規(guī)模的日益擴大，對電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行和供電品質(zhì)造成了嚴重的不利影響。為了確保這種可再生能源的可靠運行，必須要配備足夠的儲能設(shè)備建設(shè)，這樣可以對可再生能源發(fā)電產(chǎn)生緩沖作用，從而增加風力和光伏發(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?shù)氐南{和輸送能力，極大地促進了可再生能源的利用率。輸電及配電企業(yè)對于電網(wǎng)公司來說，與儲能系統(tǒng)的結(jié)合可以改善電能的輸送能力。比如，電網(wǎng)公司適當配置一定容量的儲能設(shè)備或?qū)⑵渑c某些電力電子設(shè)備結(jié)合起來，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，同時也能確保電網(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)濟效益。電力用戶在電力輸送過程中，可以根據(jù)不同的儲能特性，對相應(yīng)的儲能參數(shù)進行調(diào)整，從而降低電壓的波動和閃變，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。針對某些負荷敏感的客戶，采用儲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，在利用儲能系統(tǒng)時，當電網(wǎng)中的電量達到峰值時，由于現(xiàn)有峰谷電價差異，可以產(chǎn)生一定的經(jīng)濟效益，從而降低未來電網(wǎng)運行中的價格波動對電網(wǎng)自身的影響。儲能效益分類和儲能綜合效益體系的建立1所示。儲能系統(tǒng)主要通過其調(diào)峰、調(diào)頻等功能為各主體帶來一定的經(jīng)濟收益，在環(huán)境方面則通過促及運營管理提供科學(xué)的依據(jù)，進而提高儲能規(guī)劃及運營水平，有利于儲能系統(tǒng)未來的發(fā)展。Table1.Comprehensivebenefitsystemofenergystoragesystem表1.儲能系統(tǒng)綜合效益體系內(nèi)外部性主體儲能功能/作用儲能效益分時電價管理谷峰差價效益提高供電可靠性電力可靠性效益內(nèi)部運營商調(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