儲能在常規(guī)電力系統(tǒng)、可再生能源發(fā)電、分布式發(fā)電與微網(wǎng)、輔助服務(wù)等領(lǐng)域具有不同的作用和價值，其收益模式和經(jīng)濟評價方法也不同。但國內(nèi)外對儲能技術(shù)經(jīng)濟研究尚屬于初期階段，未形成成熟的經(jīng)濟評價體系。本文綜述了國內(nèi)外儲能經(jīng)濟性的研究現(xiàn)狀，結(jié)合不同儲能技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，分析了儲能在不同應(yīng)用領(lǐng)域的價值收益模式，初步建立了儲能在不同收益模式下的收益模型。同時，分析了目前儲能經(jīng)濟性研究的幾種主流方法及其優(yōu)缺點，以及儲能經(jīng)濟性研究的發(fā)展趨勢。

 

導(dǎo)讀

 

隨著可再生能源系統(tǒng)、分布式供能系統(tǒng)、微電網(wǎng)及智能電網(wǎng)等的快速發(fā)展，能源市場對儲能的需求越發(fā)迫切。儲能是指通過介質(zhì)或設(shè)備把能量存儲起來，在需要時再釋放出來的過程，被稱為電力行業(yè)的第六價值鏈。現(xiàn)有儲能技術(shù)種類較多，包括抽水蓄能、壓縮空氣儲能、儲熱、飛輪儲能、鉛酸電池、鋰離子電池、鈉硫電池、液流電池、超級電容器和超導(dǎo)儲能等，其中，抽水蓄能是技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的電力儲能技術(shù)，其它的電力儲能技術(shù)多處于示范及產(chǎn)業(yè)化初期階段。這些新興的儲能技術(shù)是否會被市場接納，其經(jīng)濟性是重要決定因素之一。

 

儲能在常規(guī)電力系統(tǒng)、可再生能源發(fā)電、分布式發(fā)電與微網(wǎng)、輔助服務(wù)等領(lǐng)域的作用不同，其收益模式和經(jīng)濟評價方法也不同，而國內(nèi)外對儲能技術(shù)經(jīng)濟性研究尚不夠深入，缺乏對相關(guān)研究進(jìn)展和發(fā)展趨勢的綜合分析和歸納總結(jié)。因此，本文綜述了國內(nèi)外儲能經(jīng)濟性研究現(xiàn)狀，總結(jié)了儲能在電力系統(tǒng)中的價值和收益，同時分析了儲能經(jīng)濟性研究的發(fā)展趨勢。

 

文章目錄及圖文導(dǎo)讀

 

1  儲能經(jīng)濟性研究現(xiàn)狀

 

1.1  國際研究現(xiàn)狀

 

國際上對儲能技術(shù)經(jīng)濟研究相對較早，對儲能應(yīng)用的收益測算方法和儲能的價值評估方法有了一些認(rèn)識。

 

帝國理工學(xué)院GORAN STRBAC團隊發(fā)表的報告“Strategic assessment of the role and value of energy storage systems in the UK low carbon energy future”[10]對未來（2030—2050年）低碳能源科技形勢下不同儲能技術(shù)的戰(zhàn)略價值進(jìn)行了分析，并針對分布式儲能與集中式儲能兩種情況下的凈效益和儲能的最優(yōu)容量進(jìn)行了預(yù)測，同時對電網(wǎng)靈活性對儲能的各種高要求進(jìn)行了總結(jié)。報告指出，儲能對于未來優(yōu)化分配資源、減少碳排放和低碳科技發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略價值，且其不僅體現(xiàn)在經(jīng)濟層面。報告預(yù)測，在未來，政策將逐步健全，逐步使儲能技術(shù)在低碳能源利用方面起到越來越重要的作用。

 

表1  儲能的應(yīng)用領(lǐng)域

 

1.2  國內(nèi)研究現(xiàn)狀

 

中國對儲能經(jīng)濟性的研究剛剛起步，整體研究狀況較國外具有一定的局限性。

 

中國防化科學(xué)研究院楊裕生院士等學(xué)者最先提出了YCC指數(shù)方法式中，YCC為經(jīng)濟效益指數(shù)；Rtotal為總收益，元/kW·h；Ctotal為總成本，元/kW·h；Rout為釋能電價，元/kW·h；Rin為儲能電價，元/kW·h；η為儲能系統(tǒng)效率；C為輸出1 kW·h電能的初始投資， 元/kW·h；C0為輸出1 kW·h電能的運行成本，元/kW·h；DOD為充放電深度；L為循環(huán)次數(shù)；Pm為儲能系統(tǒng)的收益率，%。

 

 

2  儲能經(jīng)濟性模型

 

2.1  傳統(tǒng)發(fā)電領(lǐng)域

 

2.1.1  輔助動態(tài)運行

 

動態(tài)運行是指為了保證負(fù)荷和發(fā)電之間實時保持平衡，需要火電機組的輸出根據(jù)調(diào)度的要求進(jìn)行調(diào)整，而不是恒定地工作在額定輸出狀態(tài)。具體包括啟動、爬坡、非滿發(fā)狀態(tài)和關(guān)停4種運行狀態(tài)。輔助動態(tài)運行的應(yīng)用是指儲能裝置和火電機組共同按照調(diào)度的要求調(diào)整輸出的大小，盡可能地減小火電機組輸出的波動范圍，盡可能地讓火電機組工作在接近經(jīng)濟運行狀態(tài)下，一般來說，火電機組都設(shè)計成滿發(fā)時為經(jīng)濟運行狀態(tài)，機組的熱效率最高。

 

由于儲能技術(shù)具備快速響應(yīng)速度，通過應(yīng)用儲能技術(shù)進(jìn)行輔助動態(tài)運行可以提高火電機組的效率，減少碳排放。動態(tài)運行會使機組部分組件產(chǎn)生蠕變，造成這些設(shè)備受損，提高了發(fā)生故障的可能，即降低了機組的可靠性。同時，增加了更換設(shè)備的可能和檢修的費用，最終降低了整個機組的使用壽命。儲能技術(shù)的應(yīng)用可以避免動態(tài)運行對機組壽命的損害，減少設(shè)備維護和更換設(shè)備的費用，進(jìn)而延緩或減少發(fā)電側(cè)對新建發(fā)電機組的需求。

 

2.2  可再生能源領(lǐng)域

 

2.2.1  削峰填谷

 

在負(fù)荷低或限電時，間歇性可再生能源給儲能裝置充電；在負(fù)荷高或不限電時，儲能裝置向電網(wǎng)充電。這一應(yīng)用使得儲能和可再生能源作為一個完整系統(tǒng)時，其輸出是可調(diào)、可調(diào)度的，減少電力系統(tǒng)備用機組容量，使間歇性、可再生能源變得電網(wǎng)友好、可調(diào)度。

 

2.2.2  跟蹤計劃出力

 

近年來，大規(guī)模的風(fēng)電并入電網(wǎng)運行，由于風(fēng)電的出力情況具有隨機性、波動性的特點，使得電網(wǎng)的功率平衡受到影響，因此需要對風(fēng)電場的發(fā)電功率進(jìn)行預(yù)測，以保證電網(wǎng)的功率平衡和運行安全。

 

2.3  輔助服務(wù)領(lǐng)域

 

2.3.1  調(diào)頻

 

電力系統(tǒng)頻率是電能質(zhì)量的主要指標(biāo)之一，是在規(guī)定時間間隔內(nèi)測量的基波電壓波形的重復(fù)次數(shù)，反映的是發(fā)電有功功率和負(fù)荷之間的平衡關(guān)系。各國根據(jù)本國電網(wǎng)的實際情況，都會設(shè)定一個頻率的基準(zhǔn)值，如中國、歐洲、澳大利亞和日本的東部電力系統(tǒng)的基準(zhǔn)頻率為50 Hz，北美和日本中西部電力系統(tǒng)的基準(zhǔn)頻率為60 Hz。

 

實際運行中，頻率并不能時刻保持在基準(zhǔn)頻率狀態(tài)，當(dāng)電力系統(tǒng)中原動機的功率和負(fù)荷功率發(fā)生變化時，必然會引起電力系統(tǒng)頻率的變化。頻率的偏差不利于用電和發(fā)電設(shè)備的安全、高效運行，在有的情況下，甚至?xí)p害設(shè)備，因此，在系統(tǒng)頻率偏差超出允許范圍后（我國的偏差范圍為0.2 Hz），必須進(jìn)行頻率調(diào)節(jié)。

 

2.3.2  調(diào)峰

 

電力系統(tǒng)在實際運行過程中，總的用電負(fù)荷曲線并不是一條水平的直線，而是有高峰低谷之分。由于高峰負(fù)荷僅在一天的某個時段出現(xiàn)，因此，需要配備一定的發(fā)電機組在需要高峰負(fù)荷時發(fā)電，滿足電力需求，實現(xiàn)電力系統(tǒng)中電力生產(chǎn)和電力消費間的平衡。由于各國電力系統(tǒng)的運行方式不盡相同，對于電力輔助服務(wù)的分類也各有區(qū)別，目前在美國等國外輔助服務(wù)市場中，并沒有包含調(diào)峰輔助服務(wù)，在中國的輔助服務(wù)市場中，調(diào)峰輔助服務(wù)分為基本調(diào)峰和有償調(diào)峰。

 

2.3.3  備用容量

 

備用容量指的是電力系統(tǒng)除滿足預(yù)計負(fù)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。備用容量可以隨時被調(diào)用，并且輸出負(fù)荷可調(diào)。通常來說，電力系統(tǒng)中的備用容量應(yīng)該等于系統(tǒng)正常電力供應(yīng)容量的15%～20%，但最小值應(yīng)該等于系統(tǒng)中單機裝機最大的機組容量。

 

2.4  分布式能源與微網(wǎng)領(lǐng)域

 

2.4.1  分時電價管理

 

電力系統(tǒng)中的負(fù)荷總量并不是一成不變的，隨著時間的變化用電量會出現(xiàn)高峰、平段、低谷等現(xiàn)象，電力部門根據(jù)這些特點，將每天24小時劃分為高峰、平段、低谷等多個時段，對各時段分別制定不同的電價水平，即為分時電價。基于零售電價，用戶可以根據(jù)自己的實際情況安排用電計劃，將電價較高時段的電力需求轉(zhuǎn)移到電價較低的時段實現(xiàn)，從而達(dá)到降低總體電價水平的目的，即為分時電價管理。分時電價管理與移峰很相似，但分時電價管理是基于分時電價體系來實現(xiàn)的。在實施了分時電價的電力市場中，儲能是理想的幫助電力用戶實現(xiàn)分時電價管理的手段。在電價較低時給儲能系統(tǒng)充電，在高電價時放電，不僅可以通過低存高放來降低整體用電成本，而且還不用改變用戶的用電習(xí)慣，即使是在電價最高時還可以按自己的需求使用電能。

 

分時電價管理的收益主要通過電價差和用電計劃的調(diào)整而獲得。

 

2.4.2  容量費用管理

 

在電力市場中，存在著兩種形式的電價，一種是電量電價，另一種是容量電價。其中，電量電價指的是按照實際發(fā)生的交易電量計費的電價，具體到用戶側(cè)，則指的是按用戶所用電度數(shù)計費的電價。容量電價與電量電價不同，它主要取決于用戶用電功率的最高值，與在該功率下使用的時間長短以及用戶用電總量都無關(guān)。

 

2.4.3  提高供電可靠性

 

儲能用于提高微網(wǎng)供電可靠性，是指發(fā)生停電故障時，儲能能夠?qū)涞哪芰抗?yīng)給終端用戶，避免了故障修復(fù)過程中的電能中斷，以保證供電可靠性。該應(yīng)用中的儲能必須具備高質(zhì)量、高可靠性的要求，儲能放電時間主要與安裝地點相關(guān)。可靠性的經(jīng)濟價值計算一般來說會很困難。一方面，提高可靠性對應(yīng)的經(jīng)濟效益跟停電損失有關(guān)，而在某次停電事件中不同的負(fù)荷所受影響是不同的；另一方面，有些重要負(fù)荷涉及到公共安全、災(zāi)后救援以及戰(zhàn)時的一些特殊情況，這樣的情況下提供電力供應(yīng)保證服務(wù)的價值是非常難量化的。因此，該部分收益主要取決于電力服務(wù)對用戶來說的價值，另外停電損失的賠償也是該部分收益的一部分。

 

2.4.4  提高電能質(zhì)量

 

儲能技術(shù)用于提高電能質(zhì)量，是指在負(fù)荷端的儲能能夠在短期故障的情況下保持電能質(zhì)量，減少電壓波動、頻率波動、功率因數(shù)、諧波以及秒級到分鐘級的負(fù)荷擾動等對電能質(zhì)量的影響。與提高供電可靠性類似，通過儲能提高電能質(zhì)量獲得收益，主要跟發(fā)生電能質(zhì)量不合格事件的次數(shù)及低質(zhì)量的電力服務(wù)給用戶造成的損失程度有關(guān)，同時配備的儲能系統(tǒng)的容量等指標(biāo)也能影響該部分的收益。

 

結(jié)論

 

本文綜述了國內(nèi)外儲能技術(shù)經(jīng)濟性研究進(jìn)展，歸納了儲能經(jīng)濟與價值研究的方法，總結(jié)了儲能在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用價值和收益模式，初步建立了儲能技術(shù)在不同收益模式下的經(jīng)濟性模型。主要結(jié)論如下。

 

（1）儲能經(jīng)濟性的研究方法主要包括三個層次：第一層次為簡單層次，是指僅考慮現(xiàn)有機制體制帶來的投資收益，不考慮機制體制不涵蓋的其它間接收益，該方法簡單，但與儲能實際價值偏差較大；第二層次為電力層次，是指考慮儲能在電力系統(tǒng)內(nèi)的所有收益，不考慮儲能的社會效益，如減排、提高基礎(chǔ)設(shè)施利用率等，該方法更能反映儲能的實際價值；第三層次為綜合層次，是指以區(qū)域電力系統(tǒng)為研究對象，通過比較該系統(tǒng)中有無儲能兩種情況下的生產(chǎn)運行成本以及社會效益的不同來計算儲能的收益，該方法能夠更全面體現(xiàn)儲能的實際價值，是儲能經(jīng)濟性研究的必然趨勢。