未來電力系統(tǒng)儲(chǔ)能的新形態(tài)

　　1云儲(chǔ)能的定義

　　云儲(chǔ)能是一種基于已建成的現(xiàn)有電網(wǎng)的共享式儲(chǔ)能技術(shù)，使用戶可以隨時(shí)、隨地、按需使用由集中式或分布式的儲(chǔ)能設(shè)施構(gòu)成的共享儲(chǔ)能資源，并按照使用需求而支付服務(wù)費(fèi)。

　　云儲(chǔ)能依賴于共享資源而達(dá)到規(guī)模效益，使得用戶可以更加方便地使用低價(jià)的電網(wǎng)電能和自建的分布式電源電能。云儲(chǔ)能可以綜合利用集中式的儲(chǔ)能設(shè)施或聚合分布式的儲(chǔ)能資源為用戶提供儲(chǔ)能服務(wù)。云儲(chǔ)能可將原本分散在用戶側(cè)的儲(chǔ)能裝置集中到云端，用云端的虛擬儲(chǔ)能容量來代替用戶側(cè)的實(shí)體儲(chǔ)能。云端的虛擬儲(chǔ)能容量以大規(guī)模的儲(chǔ)能設(shè)備為主要支撐，以分布式的儲(chǔ)能資源為輔助，可以為大量的用戶提供分布式的儲(chǔ)能服務(wù)。

　　云儲(chǔ)能提供商投資大規(guī)模的儲(chǔ)能設(shè)備可以充分利用規(guī)模效應(yīng)，而使用分布式的儲(chǔ)能資源可以提高現(xiàn)有的閑置儲(chǔ)能的利用率。使用云儲(chǔ)能的用戶可以根據(jù)實(shí)際需求向云儲(chǔ)能提供商購買一定期限內(nèi)的虛擬儲(chǔ)能的使用權(quán)。云儲(chǔ)能用戶使用云端的虛擬儲(chǔ)能如同使用實(shí)體儲(chǔ)能，通過公共互聯(lián)網(wǎng)，用戶可以控制其云端虛擬電池充電和放電，但與使用實(shí)體儲(chǔ)能不同的是，云儲(chǔ)能用戶免去了用戶安裝和維護(hù)儲(chǔ)能設(shè)備所要付出的額外成本。而云儲(chǔ)能提供商把原本分散在各個(gè)用戶處的儲(chǔ)能裝置集中起來，通過統(tǒng)一建設(shè)、統(tǒng)一調(diào)度、統(tǒng)一維護(hù)，以更小的成本為用戶提供更好的儲(chǔ)能服務(wù)。根據(jù)云儲(chǔ)能的理念，云儲(chǔ)能模式的構(gòu)建圖可以表示如下圖所示。

　　2云儲(chǔ)能基本商業(yè)模式

　　云儲(chǔ)能是基于共享經(jīng)濟(jì)的一種新型的儲(chǔ)能商業(yè)模式，其內(nèi)涵包括：

　　1）價(jià)值主張：云儲(chǔ)能以“共享”為主要價(jià)值取向，通過用戶共享儲(chǔ)能資源而提高資源利用效率，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)綜合成本的降低，并在此基礎(chǔ)上可以進(jìn)一步滿足更多用戶的儲(chǔ)能使用需求。

　　2）消費(fèi)者目標(biāo)群體：根據(jù)目前的研究，云儲(chǔ)能所針對(duì)的細(xì)分市場(chǎng)為家庭用戶和小商業(yè)用戶。

　　3）核心能力：云儲(chǔ)能提供商成功的關(guān)鍵是要聚攏大量的具有互補(bǔ)性的用戶并實(shí)現(xiàn)規(guī)模效益。因此，它需要有數(shù)據(jù)分析、優(yōu)化、通訊、預(yù)測(cè)等多種技術(shù)作為支撐。

　　4）服務(wù)流程：云儲(chǔ)能提供商根據(jù)其所掌握的技術(shù)經(jīng)濟(jì)信息為用戶設(shè)定云儲(chǔ)能服務(wù)價(jià)格。用戶根據(jù)云儲(chǔ)能服務(wù)的價(jià)格和自己的用電情況決定購買多少云端電池容量。云儲(chǔ)能提供商根據(jù)用戶購買云端電池容量的情況和所模擬出的用戶充放電需求投資建設(shè)集中式的儲(chǔ)能設(shè)施和租賃分布式的儲(chǔ)能資源。用戶向云儲(chǔ)能提供商購買儲(chǔ)能容量使用權(quán)之后，在運(yùn)行中根據(jù)自身儲(chǔ)能使用需求向其所購買的云端電池發(fā)出充電和放電指令。云儲(chǔ)能提供商通過合理地選擇儲(chǔ)能設(shè)施的充放電時(shí)機(jī)以及充放電功率，以期達(dá)到盡可能小的自身成本。在運(yùn)行過程中，配電網(wǎng)為云儲(chǔ)能充當(dāng)備用，當(dāng)儲(chǔ)能設(shè)施中的電能不足以滿足用戶的放電需求時(shí)，云儲(chǔ)能提供商從電網(wǎng)直接購買電能供用戶使用。

　　5）結(jié)算方法：用戶使用云儲(chǔ)能服務(wù)需要向云儲(chǔ)能提供商支付服務(wù)費(fèi)從而獲得云端電池容量的使用權(quán)。在實(shí)際運(yùn)行中，用戶控制云端電池充電所產(chǎn)生的充電電費(fèi)按照運(yùn)行時(shí)的實(shí)時(shí)電價(jià)結(jié)算，由云儲(chǔ)能提供商代收。用戶控制云端電池放電不產(chǎn)生直接費(fèi)用。用戶控制云端電池放電功率超過用戶負(fù)荷而產(chǎn)生的向電網(wǎng)反送電的收益將首先由云儲(chǔ)能提供商代為支付。用戶的負(fù)荷不能被云端電池放電所滿足的部分將由用戶直接與電網(wǎng)結(jié)算，支付相應(yīng)的用電費(fèi)用。云儲(chǔ)能提供商向電網(wǎng)支付儲(chǔ)能設(shè)施充電的電費(fèi)、儲(chǔ)能設(shè)施電量不能滿足用戶放電需求時(shí)從電網(wǎng)獲得功率的電費(fèi)。儲(chǔ)能設(shè)施放電超過用戶放電需求而產(chǎn)生的向電網(wǎng)反送電的收益將由電網(wǎng)支付給云儲(chǔ)能提供商。因此，在實(shí)際運(yùn)行中的結(jié)算次序首先是云儲(chǔ)能提供商、用戶與電網(wǎng)進(jìn)行結(jié)算，然后是云儲(chǔ)能提供商和用戶之間進(jìn)行結(jié)算。結(jié)算周期可視實(shí)際情況設(shè)定為每天、每周或每月。

　　6）利潤來源：云儲(chǔ)能提供商可以充分利用用戶的儲(chǔ)能使用需求在時(shí)間上的互補(bǔ)性，其所投資的儲(chǔ)能設(shè)施的容量可以顯著低于所有用戶購買的云端電池容量的加總。而用戶購買云端電池容量使用權(quán)所繳納的云儲(chǔ)能服務(wù)費(fèi)是云儲(chǔ)能提供商的收入，這就給云儲(chǔ)能提供商提供了利潤空間。雖然云儲(chǔ)能提供商實(shí)際投資儲(chǔ)能容量低于用戶購買云端電池容量會(huì)導(dǎo)致云儲(chǔ)能提供商運(yùn)行成本增加，即其需要在儲(chǔ)能裝置電量不足以滿足用戶放電需求時(shí)從電網(wǎng)購買高價(jià)的電能以供用戶使用，但是這種情況不經(jīng)常發(fā)生，并且這部分增加的運(yùn)行成本可以被云儲(chǔ)能提供商減小容量投資所帶來的收益完全覆蓋。云儲(chǔ)能提供商通過權(quán)衡投資成本和運(yùn)行成本實(shí)現(xiàn)總成本最小化。此外，由于云儲(chǔ)能提供商可以投資建設(shè)集中式的儲(chǔ)能裝置，因此可利用規(guī)模效應(yīng)降低單位容量投資成本，進(jìn)一步擴(kuò)大其利潤。

　　3云儲(chǔ)能投資與規(guī)劃

　　云儲(chǔ)能提供商想要為用戶提供云儲(chǔ)能服務(wù)，首先就是要確定其所需要投資和建設(shè)的儲(chǔ)能設(shè)施的種類及相應(yīng)的容量。為了解決這一問題，云儲(chǔ)能提供商需要進(jìn)行兩方面的工作，一方面是要對(duì)用戶使用云儲(chǔ)能服務(wù)的需求進(jìn)行有效的估計(jì)，另一方面是根據(jù)所估計(jì)出的用戶儲(chǔ)能需求進(jìn)行最優(yōu)化的投資決策，如下圖所示。

　　4云儲(chǔ)能運(yùn)行

　　云儲(chǔ)能提供商的另一個(gè)核心任務(wù)就是在實(shí)時(shí)運(yùn)行中滿足用戶的儲(chǔ)能使用需求，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)運(yùn)行成本最小化。云儲(chǔ)能運(yùn)行所涉及到的要素如下圖所示。

　　5云儲(chǔ)能服務(wù)定價(jià)

　　價(jià)格機(jī)制設(shè)計(jì)是聯(lián)系云儲(chǔ)能提供商和用戶的關(guān)鍵，是云儲(chǔ)能模式盈利性的根本保證。為了促進(jìn)云儲(chǔ)能模式的快速發(fā)展并提升社會(huì)福利，云儲(chǔ)能的服務(wù)定價(jià)必須在保證云儲(chǔ)能提供商利潤的基礎(chǔ)上讓用戶相較于不使用云儲(chǔ)能的情形獲得一定的收益。云儲(chǔ)能服務(wù)定價(jià)的方法主要可以分為三類，分別是按容量定價(jià)、按流量定價(jià)和按套餐定價(jià)。

　　6討論

　　云儲(chǔ)能理論與方法的研究是一個(gè)新的領(lǐng)域，涉及內(nèi)容廣泛，而目前的研究工作所涵蓋的范圍較為有限。因此云儲(chǔ)能領(lǐng)域的一些重要問題還需要后續(xù)的研究來解決。主要有以下三方面：

　　1）用分布式儲(chǔ)能資源提供云儲(chǔ)能服務(wù)

　　2）包含大規(guī)模云儲(chǔ)能的未來電力系統(tǒng)形態(tài)

　　3）多能源系統(tǒng)中的云儲(chǔ)能

　　7結(jié)語

　　云儲(chǔ)能是共享經(jīng)濟(jì)與電力系統(tǒng)儲(chǔ)能融合的產(chǎn)物，是未來電網(wǎng)的一個(gè)新的形態(tài)選擇。本文在給出了云儲(chǔ)能的定義并詳細(xì)闡述云儲(chǔ)能基本商業(yè)模式的基礎(chǔ)上對(duì)云儲(chǔ)能的投資規(guī)劃、運(yùn)行、服務(wù)定價(jià)等子領(lǐng)域的研究方法、研究進(jìn)展和研究思路進(jìn)行了闡述。此外，本文還對(duì)未來云儲(chǔ)能研究中的關(guān)鍵問題進(jìn)行了討論與展望。隨著云儲(chǔ)能研究的不斷深入，未來可能會(huì)出現(xiàn)與云儲(chǔ)能相關(guān)的工程實(shí)踐，屆時(shí)會(huì)對(duì)云儲(chǔ)能的理論研究產(chǎn)生進(jìn)一步的推動(dòng)作用。