電力需求側(cè)大規(guī)模儲能系統(tǒng)經(jīng)濟性評估

熊雄1，楊仁剛1，葉林1，李建林2

（1.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院 北京 100083，2.中國電力科學(xué)研究院 北京 100192）

　　摘要：儲能技術(shù)的快速充放特性是實施電力需求側(cè)管理，控制負(fù)荷變動的一種有效手段。針對其經(jīng)濟效益評估，建立了考慮電池充放電深度及壽命的儲能電站初始投資、運行維護成本計算模型；建立了包括發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、用戶側(cè)以及政府補貼的儲能電站收益計算模型，針對所建模型給出了計算流程。最后通過實際算例的經(jīng)濟性評估表明在一定條件下：儲能電站將達(dá)到預(yù)期的經(jīng)濟效益。

　　1引言

　　在電力系統(tǒng)中，負(fù)荷大小隨著人們起居作息特點呈現(xiàn)出相應(yīng)的峰谷規(guī)律，隨著電力系統(tǒng)負(fù)荷數(shù)量以及種類的增加，加劇了負(fù)荷的峰谷化。負(fù)荷峰谷差的加劇使得常規(guī)機組處于頻繁開啟的不利狀態(tài)，降低了經(jīng)濟性；另外，隨機的峰荷可能會導(dǎo)致部分潮流斷面過載，降低系統(tǒng)穩(wěn)定性。隨著電力工業(yè)市場改革的逐步深入，電力需求側(cè)管理作為一種有效的負(fù)荷管理手段備受重視[1,2]，財政部、國家發(fā)改委下達(dá)了關(guān)于開展電力需求側(cè)管理相關(guān)的獎勵暫行辦法以推廣削峰填谷技術(shù)。

　　儲能技術(shù)因其靈活的電功率吞吐特性，目前廣泛應(yīng)用在平滑可再生能源輸出、削峰填谷等領(lǐng)域[3,4]，較傳統(tǒng)的一些削峰填谷手段除了快速響應(yīng)特性外，更具有經(jīng)濟效益的潛質(zhì)。目前，關(guān)于儲能系統(tǒng)在削峰填谷領(lǐng)域的研究大多集中在容量配比計算和控制策略上，對于考慮儲能成本的經(jīng)濟效益評估相關(guān)運行經(jīng)濟指標(biāo)出發(fā)，給出了儲能裝置的廣義經(jīng)濟效益指數(shù)，并未考慮特定領(lǐng)域中的經(jīng)濟收益指標(biāo)；文獻[9-11]針對儲能系統(tǒng)應(yīng)用于削峰填谷領(lǐng)域，著重討論分析了峰谷實時電價與峰谷實時優(yōu)化。

　　本文將在一定容量儲能系統(tǒng)配置前提下，從技術(shù)經(jīng)濟學(xué)角度考慮儲能系統(tǒng)包括電池充放電深度和充放電次數(shù)在內(nèi)的成本計算指標(biāo)和因削峰填谷帶來的包括峰谷電價差、優(yōu)化常規(guī)機組運行、降低線損和延緩電網(wǎng)升級帶來的經(jīng)濟效益指標(biāo)，并建立了綜合評價模型，給出了經(jīng)濟效益分析的計算流程。

　　2電池儲能電站成本計算模型

　　典型儲能系統(tǒng)通常包括存儲電量的蓄電池組和進行功率轉(zhuǎn)換的功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)（Power Convert System，PCS），通常兩者的壽命不一致，為方便計算將認(rèn)為兩者壽命一致。PCS功率成本后文統(tǒng)一用儲能電站功率成本代替。

　　2.1儲能系統(tǒng)全壽命周期成本計算模型

　　全壽命周期成本W(wǎng)Tol見式（1），WE、WP分別為儲能電站的能量與功率成本，其通常由初始投資（站址的建設(shè)成本）及運行維護成本組成[12]，初始投資成本直接關(guān)聯(lián)容量大小，運行維護成本則可用初始投資的百分比估算，見式（2）和式（3）。

　　3電池儲能電站經(jīng)濟效益計算數(shù)學(xué)模型

　　運用儲能技術(shù)進行削風(fēng)填谷，即降低負(fù)荷峰谷差，優(yōu)化負(fù)荷曲線，從而可以有效減少高峰備用機容量，提高發(fā)電機組運行效率和降低發(fā)電成本，有效減緩電網(wǎng)的升級改造，可分解為發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)和用電側(cè)[13-15]。

　　3.1電網(wǎng)側(cè)經(jīng)濟效益計算數(shù)學(xué)模型

　　用電需求側(cè)接入儲能系統(tǒng)后，電網(wǎng)側(cè)經(jīng)濟效益可歸納為可免固定容量成本，指電網(wǎng)側(cè)減少的電網(wǎng)投資費用，可根據(jù)少建或緩建的變電站、變壓器、輸電線路及其配套設(shè)備等平均造價確定，即

　　4儲能電站計算流程

　?。?）忽略每年負(fù)荷微增量對電池儲能壽命的影響，壽命計算以第一年負(fù)荷用電量為準(zhǔn)計算。負(fù)荷微增量對儲能成本影響體現(xiàn)在x%、y%的變化。

　?。?）通過仿真計算電池每天等效循環(huán)次數(shù)（滿充滿放），折算至儲能電站壽命T，進而計算儲能電站全壽命周期內(nèi)每年成本值Wi和三方經(jīng)濟效益Zi，并認(rèn)為其成本將由網(wǎng)側(cè)、發(fā)電側(cè)以及用戶側(cè)共同承擔(dān)。

　　（3）根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟學(xué)中相關(guān)規(guī)定的一般工程在第八年收回成本，即第八年時的累積效益大于總成本，因此每年的成本收益差應(yīng)為

　　峰荷轉(zhuǎn)移比在[0，0.2]區(qū)間成本效益差有明顯的增勢，移峰效益為正，定義0.2為最優(yōu)點；在[0.2，0.4]區(qū)間隨著峰荷轉(zhuǎn)移比達(dá)到一定程度，將出現(xiàn)峰谷倒置，移峰效益為負(fù)，但由于增長慣性，成本效益差緩慢增加，經(jīng)濟效益疊加到最大值，定義0.4為臨界點；在[0.4，1]區(qū)間成本效益差將迅速下降。因此，為保證經(jīng)濟效益為正，轉(zhuǎn)移峰荷比不應(yīng)超過臨界點。

　　現(xiàn)規(guī)定每年轉(zhuǎn)移峰荷比為0.4，則圖7中每年成本效益差如圖9所示。

　　每年成本效益差均大于8×105元，而儲能電站按6年收回成本計算的每年成本效益差至少為8×105元，因此儲能電站最快可在全壽命周期內(nèi)的前6年收回投資成本。

　　5結(jié)論

　　針對電池儲能系統(tǒng)參與電力需求側(cè)削峰填谷方案建立了詳細(xì)的電池儲能電站成本與考慮發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)和負(fù)荷側(cè)的三方經(jīng)濟收益評價模型，通過實際算例的計算得到了工程經(jīng)濟性評價結(jié)果，通過峰荷轉(zhuǎn)移比的調(diào)節(jié)使得評價結(jié)果達(dá)到預(yù)期的經(jīng)濟效益，但結(jié)果表明峰荷轉(zhuǎn)移比增大到峰谷倒置時，隨著峰荷轉(zhuǎn)移比的進一步增加，經(jīng)濟效益將迅速下降?？偨Y(jié)影響規(guī)模儲能電站應(yīng)用于發(fā)電需求側(cè)經(jīng)濟效益主要因素有：

　?。?）當(dāng)轉(zhuǎn)移峰荷比在零到最優(yōu)點區(qū)間時，儲能電站經(jīng)濟效益呈正的持續(xù)累積；在最優(yōu)點到臨界點區(qū)間時，由于峰谷倒置，儲能電站經(jīng)濟效益為負(fù)，但由于慣性，經(jīng)濟效益總體上仍有緩慢增長；大于臨界點后，經(jīng)濟效益將大幅度下降。

　　（2）峰谷差價在0.8元/（kW·h）及以上時，兆瓦級儲能電站可實現(xiàn)較好經(jīng)濟效益。

　　（3）在一定條件下，儲能電站最快可在全壽命周期內(nèi)的前6年收回投資成本。

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