电力市场环境下储能电站运营策略研究.pdf

电力管理Power Management电力系统装备Electric Power System Equipment146丨电力系统装备 2023.62 0 2 3 年第6 期2023 No.6随着全球能源消费的不断增长，人们对清洁能源的需求日益迫切。传统化石燃料的使用带来了环境污染问题，在全球范围内引发了人们的高度关注。新能源具有清洁、高效、污染低等优点，发展新能源已成为全球能源市场发展的趋势。储能电站作为新型能源系统的重要组成部分，具有多个方面的优势，比如解决新能源波动性、提高供电可靠性、提升能源利用效率等。在电力市场快速发展过程中，储能电站在市场运营方面具有广阔的应用前景。结合电力市场环境的特点，研究储能电站运营策略具有重要意义，既可以优化电力市场运营机制，提高市场的竞争力和透明度，又能够提高新能源利用效率，确保电力供应的可靠性和稳定性，也可以优化储能电站经济效益，促进新能源产业的发展1。本文立足电力市场环境，尝试分析储能电站运营策略，为改善储能电站运营效果，提供相关建议。1 储能参与电力市场的模式分析1.1 储能电站的服务价值储能电站是指能够将电能转换为其他形式存储，并在需要时将其转换为电能输出的设备。储能电站具有巨大的市场价值，体现在多个方面，在网侧、源侧、荷侧等场景中，集中表现于辅助服务和能量市场这两个方面，具体内容如图1所示。容量市场反映容量支撑价值储能作为输电资产的价值辅助服务市场反映可靠性价值提升电网可靠性和电能质量缓解调峰压力缓解阻塞延缓输配电投资保证容量充裕度能量市场反映分时价值用户侧价值电网侧价值发电侧价值市场体现错峰用电节约电费作为后备电源减少用电尖峰存储超发电量平滑出力波动提供可靠容量支撑图1 储能电站市场价值1.1.1 调节电网电压和频率储能电站可以通过调节电压和频率来确保电力系统稳定，促进电力系统正常运转。在电力系统中，电压和频率是两个非常关键的参数，如果电压和频率偏离正常范围，会导致设备损坏或者电力系统崩溃。而储能电站可以通过将电能存储起来，在电网电压和频率偏离正常范围时快速释放能量，调节电网电压和频率，保障电力系统的稳定性。1.1.2 缓解电力系统负荷峰值电力系统的负荷峰值通常在用电高峰期产生，这时电力系统需要提供更多的电能来满足用户需求。储能电站可以在用电低谷期将电能存储起来，然后在用电高峰期释放能量，缓解电力科负荷压力，提高电力系统运行效率。摘 要在能源结构转型加快的背景下，储能这种新业态得到了广泛关注。但是我国电力市场环境不完善，如何实现储能电站收益最大化，成为当前亟需解决的问题。为了给解决这一问题提供一些参考，本文重点研究储能电站运营策略，在查阅相关文献的基础上，构建出对应的优化模型，文章认为在当前电力市场环境下，采用组合服务运营策略，可以提升储能电站投资经济性。关键词电力；市场环境；储能电站；运营中图分类号TM73 文献标志码A 文章编号1001523X（2023）06014603Research on the Operation Strategy of Energy Storage Power Station in the Power Market EnvironmentBI YuhengAbstractIn the context of accelerating energy structure transformation,energy storage,a new business form,has been paid wide attention to.However,Chinas power market environment is not perfect,so how to maximize the revenue of energy storage power stations has become an urgent problem to be solved at present.In order to provide some reference for solving this problem,this paper focuses on the operation strategy of energy storage power station.On the basis of consulting relevant literature,the corresponding optimization model is constructed.This paper believes that in the current power market environment,the adoption of combined service operation strategy can improve the investment economy of energy storage power station.Keywordselectric power;market environment;energy storage power station;operation电力市场环境下储能电站运营策略研究毕于恒（中国华电集团有限公司广东公司，广东广州510663）电力管理Power Management电力系统装备Electric Power System Equipment2023.6 电力系统装备丨1472 0 2 3 年第6 期2023 No.61.1.3 调节新能源输出波动新能源输出波动是一种普遍存在的问题，会给电力系统带来较大挑战。储能电站可以把新能源电能存储起来，然后在需要时将其释放，调节新能源的输出波动，提高新能源利用效率，保障电力系统的稳定性。1.1.4 调节电力市场供需平衡随着电力市场的不断发展，电力供需平衡问题越来越突出。储能电站可以在电力市场低谷期间购买电能，在电力市场高峰期间将其出售，调节电力市场供需平衡，促进电力市场平稳发展。1.1.5 提高电力系统运行效率储能电站可以通过存储电能，然后在需要时将其释放，从而提高电力系统运行效率。比如，在电力系统中，输电距离越远，输电损耗就越大。而储能电站可以在输电距离较远的地区存储电能，然后在需要时将其释放，减少输电损耗，提高电力系统运行效率。1.2 我国电力市场机制现状电力市场机制是指电力市场的各项制度安排和运行方式，包括市场主体的设置、市场规则的制定、市场环境的构建等。目前，国际上电力市场机制主要有3种分类方式：按参与市场的主体分类、按市场规模分类和按市场交易模式分类。从参与市场的主体分类来看，可以把电力市场分为垂直一体化市场和竞争市场这两种。垂直一体化市场即传统的垂直型电力市场，由垄断性的电力公司垄断，市场交易方式单一，价格由政府制定；竞争市场则是由多个市场主体参与竞争的市场，市场规则更加灵活，价格由市场供求关系决定。按照市场规模来看，电力市场可以分为国家电力市场和地区电力市场这两种。国家电力市场是指以全国范围内的电力市场为主体，由国家能源局或其他相关部门负责监管；地区电力市场是指以地方为主体的电力市场，由地方政府或其他相关部门负责监管。按市场交易模式来分类，可以把电力市场分为定价型市场和拍卖型市场这两种。我国电力市场机制的发展历程可以分为以下3个时期。政府垄断时期。这一时期处于20世纪50年代至70年代初期，中国电力行业实行政府垄断经营的模式，电力生产、供应和销售等环节均由国家承担。在此期间，电力市场规模较小，市场竞争几乎不存在，价格由政府制定，电力行业的发展和管理都由政府负责。分权管理时期。这一时期处于20世纪70年代中期至80年代末期，在这一时期，我国电力行业开始实行分权管理模式，电力生产和供应逐渐从中央向地方转移。在此期间，我国电力市场逐渐扩大，市场竞争得到了一定的加强，但竞争程度较低，价格仍由政府制定。市场化改革时期。在这一时期，我国电力市场实行市场化机制，逐步推进电力体制改革。2002年我国正式实施电力体制改革，建立了电力市场化交易机制，推行电力发电企业分立改革，建立了发电、输电、供电分开的体制。此后，我国相继建立了电力交易市场、电力交易机构和电力发电企业的市场化运作机制，促进了电力市场的竞争和发展。2 储能运营策略模型2.1 目标函数确定储能市场收益最大化为目标，优化充放电功率和备用出力，完成电力市场中的储能建设。通过相关运算，得出以下公式2：式中，E 为储能电站总收益；Eah为储能电站在能量市场中对应的收益；Eau为辅助服务市场能够取得的收益；Ecost为运行成本。2.1.1 能量市场收益通过储能建设，人们可以在主能量市场获得可观的经济效益，但这些效益主要是从市场购电成本和放电行为中取得的。结合储能放电和充电功率来计算，可以用以下公式表示：式中，和分别为在 t 时段内，储能的放电和充电功率；和分别为在s场景、t时段的能量市场中，放电和充电价格的预测值。T 为1天内的总时段，t 为时间间隔，通常情况下是1 h。2.1.2 日内辅助服务市场收益通过调节电量和容量，来对储能电站的辅助服务进行补偿。把每一个补偿时段设置为15 min 左右，按日来统计补偿费用，按月进行费用汇总。如果辅助服务性能考核不合格，则补偿记为零。结合获取 AGC 指令的起始时刻、起始出力、终止时刻等，最终得出以下公式：式中，为实际出力；为起始出力，为目标出力，为电量补偿价格。2.1.3 市场运行成本可以把储能参与市场运行的成本，用以下公式进行描述：式中，p0为单位电量成本，Wt为在 t 时段内储能放电和充电电量。2.2 约束条件2.2.1 充放电功率约束能量市场充电、放电功率约束可以用如下公式表示：电力管理Power Management电力系统装备Electric Power System Equipment148丨电力系统装备 2023.62 0 2 3 年第6 期2023 No.6式中，Pchmin、Pchmax为储能电站的最小和最大充电功率；Pdismin、Pdismax为储能电站的最小和最大放电功率。2.2.2 荷电状态约束式中，ch和 dis分别为储能充电效率和放电效率；SOCmax和 SOCmin分别为储能系统最大和最小荷电状态；WN为储能额定容量；Wt为 t 时段内储能系统所能存储的电量。2.2.3 日剩余电量水平约束为了确保在每一个运行周期内，储能系统都可以获得一定的充放电能力，因此需要把储能电站的荷电状态之差控制在合理范围内。通过计算，得出了以下的公式：式中，和为储能在1 d 内的始末荷电状态；S 为一个较小的正数。3 算例分析选择 Y 地建设的100200 MW 储能电站项目为算例案例，进行对应的分析，具体分析内容如下。（1）只参与价格套利服务。储能电站在只参与价格套利服务时，主要根据削峰填谷的原则来进行运行，在谷时进行充电，在峰时进行放电，进而取得经济效益。但是受到装机容量的限制，这一电站只是在最优时段内进行充放电活动。具体如表1所示。表1 日内储能盈利 单位：万元参与方式只参与价格套利服务只参与调频服务市场同时参与价格套利和调频服务市场价格套利23.6617.12调频服务市场9.3810.20总收益23.669.3827.30（2）只参与调频服务市场。在参与调频服务过程中，按照调频容量电价、里程电价提供调频服务。但是这些因素会随着时间发生变化，在不同时段呈现出较大差异。（3）同时参与调频服务市场和价格套利。储能电站在同时参与调频服务市场和价格套利时，在不同市场中获取到的利益存在差异，需要充分分析这些差异，合理分配调频服务市场部分和价格套利服务。通过分析表1可以发现，在峰谷分时电价范围内，储能电站同时参与调频服务市场和价格套利服务，可以提高储能电站收益，与单独参与价格套利服务相比，收益增长达到21%；与单独参与调频服务相比，收益增长达到了296%。另外也可以看出，储能电站在参与调频服务市场时，占用了一部分容量，导致收益降低12%。然而，因为其同时参与调频服务市场和价格套利，收益仍然有所增长。根据示例数据进行计算，储能电站的初始投资成本约为41 820万元，年运行成本为450万元。对试验数据进行模拟运行，可以得出在分时电价条件下，储能电站仅参与价格套利服务与同时参与价格套利服务和调频服务市场下各月的收益情况，其中储能电站同时参与价格套利服务和调频服务市场全年的收入为1 059.44 万元，而仅参与价格套利服务时全年的收入为 555.02 万元。结合以上数据进行运算，可以计算出储能电站不同模式下的现金流量情况，具体内容如表2所示。表2 储能电站现金流分析 单位：万元年份固定资产投入参与价格套利服务和调频市场净收入仅参与价格套利服务净收入041 8206 483.773 396.72216 483.773 396.72226 483.773 396.72236 483.773 396.722.可以用以下公式表示储能电站投资回收期：通过计算可以发现，对于只参与价格套利服务而言，其投资回报期达到16.23 a，与标准投资回报期相比，这一数值偏大，应给否定这一投资活动，可以说明储能电站如果只参与价格套利服务，那么不具备经济性。储能电站参与调频市场和价格套利服务净收入的投资回报期是5.98 a，和标准投资回收期相比，这一数值较低，应该肯定这一投资活动，投资活动具有较强的经济性。4 结束语储能电站建设具有多个方面的意义，包括减少旋转备用、促进新能源消纳、提供紧急功率支撑等。在如今的电力市场环境中，储能以参与电能量市场为主，参与调频市场为辅，同时参与调频市场和价格套利服务，可以获得较好的回报。本文对电力市场环境中的储能电站运营策略展开研究，以期为相关研究提供参考。参考文献1 张柏林，雷绅，吴锋，等.面向新能源电力系统的容量市场出清模型 J.电工电能新技术，2022，41（12）：1-8.2 刘沅昆，张维静，张艳，等.面向新型电力系统的新能源与储能联合规划方法 J.智慧电力，2022，50（10）：1-8.