独立储能电站经济效益应用场景建模及分析.pdf

农村电工第31卷2023年第8期乡村能源能源技术主持：杨留名NONGCUN DIANGONG合评价。根据专家打分的平均值，三个充电桩设计方案的指标向量为X1=8.67，8.67，8.33，6.67，6.33，7.67 X2=7.33，7.67，8.33，8.00，7.67，6.33 X3=7.33，7.00，8.33，7.00，8.00，9.33 理想方案的指标向量为X0=10，10，10，10，0，0 按照灰色关联分析方法进行差值处理，计算可得关联系数为R1=1，1，0.96，0.79，0.70，0.62 R2=0.87，0.90，0.98，0.94，0.61，0.68 R3=0.84，0.80，0.94，0.80，0.60，0.55 此时的信息仍较为分散，取其均值可得最终的关联系数为r1=0.845r2=0.830r3=0.755可见r1r2r3，即综合来讲，设计方案1最接近理想方案，而设计方案3距离理想方案的差距最大。为验证本文的评价结果，向 100名消费者发放调查问卷来对最优方案进行投票，问卷调查结果如图2所示。消费者对于3个方案的喜好与本文的评价结果基本一致，证明本文所建立的评价方案是贴合现实并可靠的。2023-05-22收稿独立储能电站作为独立主体，可直接与电网企业或交易机构进行签约交易，其应用场景和收益模式多，是新型储能良性发展的重要方向。但是其一次性投资大、没有稳定的收益来源，导致独立储能电站无法大规模推广应用。本文现以 100 MW 独立储能电站为例，分析其应用场景，并建立收益模型，对比分析各应用场景收益情况和条件，为独立储能电站投资提供参考。1独立储能电站应用场景分析独立储能电站可直接与电力调度机构签订并网调度协议，且其具有灵活性强、响应速度快、不受接入位置限制等特点，可以服务多种应用场景。本文以最常见的储能现货套利、电网调峰、电网调频和储能容量共享租赁4种应用场景收益为例进行说明。储能现货套利。储能现货套利是指储能电站利用电力市场交易策略，通过在不同的电力市场上买入和卖出电能，从市场价格差异中获得收益的过程。简单说就是在现货市场利用低买高卖，赚取电价差。电网调峰收益。电网调峰是电力系统调节电力供需平衡的过程，是在短时间内快速调节电力供给或需求，以满足突发负荷变化或发电厂故障等情况。通常需要在几秒钟或几分钟内完成，要求调节精度高、速度快。独立储能电站具有快速响应和高精度调节的特点，适合参与电网调峰服务。通过参与调峰，独立储能电站获取电价差收益的同时也能获得调峰补贴。电网调频收益。电网调频是指电力系统为了保持电力频率的稳定，通过快速调节发电机输出功率或负荷来调节电力频率的过程。电力系统中的发电机和负载都必须以同样的频率运行，以保证电力系统安全稳定运行。独立储能电站由于响应速度快、调节灵活，可提供电网调频服务，从而获取收益。储能容量共享租赁收益。储能容量共享租赁是指将储能电站中的储能设备租赁给多个用户使用的一种商业模式。储能电站可以将多个储能设备集中管理和调度，通过共享储能设备，使得多个用户可以共同享用这些储能设备的储能能力，以满足自己的能量需求，同时，仍可以将多余的能量到电力市场出售以获取收益。其中最常见的服务方式是为新能源电厂提供储能租赁服务。（450051）国网河南省电力公司营销服务中心廖涛郑可高利明独立储能电站经济效益独立储能电站经济效益独立储能电站经济效益独立储能电站经济效益独立储能电站经济效益独立储能电站经济效益独立储能电站经济效益独立储能电站经济效益独立储能电站经济效益独立储能电站经济效益独立储能电站经济效益独立储能电站经济效益独立储能电站经济效益独立储能电站经济效益独立储能电站经济效益独立储能电站经济效益独立储能电站经济效益独立储能电站经济效益独立储能电站经济效益独立储能电站经济效益独立储能电站经济效益独立储能电站经济效益独立储能电站经济效益独立储能电站经济效益独立储能电站经济效益独立储能电站经济效益独立储能电站经济效益独立储能电站经济效益独立储能电站经济效益独立储能电站经济效益独立储能电站经济效益独立储能电站经济效益应用场景建模及分析应用场景建模及分析应用场景建模及分析应用场景建模及分析应用场景建模及分析应用场景建模及分析应用场景建模及分析应用场景建模及分析应用场景建模及分析应用场景建模及分析应用场景建模及分析应用场景建模及分析应用场景建模及分析应用场景建模及分析应用场景建模及分析应用场景建模及分析应用场景建模及分析应用场景建模及分析应用场景建模及分析应用场景建模及分析应用场景建模及分析应用场景建模及分析应用场景建模及分析应用场景建模及分析应用场景建模及分析应用场景建模及分析应用场景建模及分析应用场景建模及分析应用场景建模及分析应用场景建模及分析应用场景建模及分析应用场景建模及分析1234561086420理想方案方案1方案2方案3得分/分评价指标图1理想方案与3个设计方案平均分折线图方案1方案2方案3500得票图2问卷调查结果30第31卷2023年第8期农村电工乡村能源能源技术NONGCUN DIANGONG主持：杨留名2各应用场景建模及实例分析基于以上各应用场景，现通过建立相应的数学模型，并以 100 MW/200 MWh电化学独立储能电站为例分析计算。2.1储能现货套利储能现货套利主要利用电力现货市场电价差，实现低买高卖。计算公式为RXh=xhPXh（g-d）T（1）其中，RXh为储能现货套利总收益，xh为储能电站电池效率，PXh为电池容量，g为现货市场高价时提供充电服务的价格，d为低价时储能电站购电价格，T为充放电时间。由于电池充电效率、电价等为非恒定值，故仅采用粗值对储能现货套利的收益进行估算。电化学储能电站充放电效率受电池的化学反应和电阻损耗影响较大，一般在70%95%，设xh=0.8，Pxh=10万kW。假设每日完成一次完整的充放电操作，则以年为单位计算时取T=730。g和d随电力市场价格波动较大，一般可按控制差价 0.7 元/kWh 计算，即取 g-d=0.7。代入公式（1）可知，储能现货套利年收入达4 088万元。2.2电网调峰收益电网调峰收益主要由 2个部分组成，一部分为谷时充电、峰时放电获取的收益，一部分为调峰补贴。其计算公式为Rf=Rcha+Rbu（2）其中，Rf为调峰收益，Rcha为峰时段上网电价及谷时用电价格差产生的收益，Rbu为调峰补贴。Rcha可参考储能现货套利计算法，其计算公式为Rcha=chaPcha（s-y）Tcha（3）其中，cha为调峰时电池效率，可设cha=0.8；Pcha为电池容量，Tcha为调峰时间；可设 Pcha=Pxh=10，Tcha=T=730；s为独立储能电站调峰时上网电价，y为谷时电价，s可参考燃煤标杆电价，取 s=0.367 4，y=0.234 5，其中s和y均无须考虑输配电价和政府性基金补贴。Rbu计算公式为Rbu=buchaPchaTcha（4）其中，bu为调峰补偿系数。参考某省调峰补偿政策，可取 bu=0.2 元/kWh。将数据代入（2），（3），（4）可得调峰年收益约为 1 944万元。若每天按参与 2次调峰计算，则年收益可达3 888万元。2.3电网调频收益电网调频收益主要由补贴构成。独立储能电站与调度签订长期协议，随时服从调度安排，相应的补贴系数也较高。其计算公式为Rpin=kpinDpinBpinTtp（5）其中，Rpin为储能电站调频总收益，kpin为调频综合系数，Dpin为日调频深度，Bpin为调频补贴系数，Ttp为调频时间。可取kpin=3.5，日调频深度Dpin=3 800 MW，Bpin=9 元/MW，Ttp=365。代入公式（5）可求得独立储能电站调频年收益为4 369 万元。2.4储能容量共享租赁储能容量共享租赁时，收益主要为租赁方租金。一般新能源电厂按容量进行租赁。则其计算公式为Rzu=kzuMzu（6）其中，Rzu为独立储能电站容量共享租赁收益，kzu为单位容量年租赁系数，参照某省共享租赁市场价格，可取kzu=250 元/（kWh 年），Mzu=200 MWh时，代入数据得年收益为5 000 万元。3独立储能电站成本及经济效益分析3.1独立储能电站成本分析独立储能电站成本主要包括初始投资成本、运维成本、电池损耗成本等。不同类型的储能电池成本差异较大，本文以化学锂电池储能电站为例进行说明。其计算公式为Rcb=Rcs+RndT+ccRcs（7）其中，Rcb为独立储能电站总成本，Rcs为初始投资总成本，Rnd为年度运维成本，T为运行年限，cc为电池衰减换算系数。以 100 MW 独立储能电站为例，目前初始投资预估为 4亿元。年度运维成本一般为（1%2%）Rcs，电池衰减换算系数相对较小。以运行10年为例，100 MW独立储能电站的成本在5亿元左右。3.2独立储能经济效益总结分析独立储能电站经济效益取决于其地理位置、运行模式、应用场景、地方政策等。本文以 100 MW/200MWh电化学储能电站为例，对储能电站的4种应用场景收益及其成本进行分析，可获得以下结论。（1）单纯从4种应用模式看，共享储能租赁获取的年收益最高，为5 000万元。但共享储能受地理位置和新能源电厂对储能需求的限制，且租赁部分的容量收益固定，无法通过其他应用场景额外获取收益。（2）参与电网调峰年收益最低，为3 888万元。虽然4种结果中，其收益最低。但实际情况中，参与电网调峰时，其运行情况更为灵活，极限情况可以做到每天3充3放，从而可获取更高收益。（3）总体而言，4种应用场景年收益在3 500 5 000万元范围，无成倍差别，但每种收益条件各不相同。如现货套利收益方式，需要本地实行电力现货交易，且在政策上独立储能电站准入现货交易市场，才能应用此场景。调峰收益场景也需相关政策支持。以上分析中仅考虑常见的 4种应用场景，实际独立储能电站还可以通过参与黑启动、旋转备用、需量控制、微电网控制、容量服务等方式获取经济效益。100 MW 锂电池独立储能电站初始投资在 4亿元左右。考虑运维费用和损耗，目前各应用场景下，独立储能电站的投资回报周期在 10年以上。但考虑各组合应用场景下的更高收益，个别独立储能电站的投资回报周期可能在68年。2023-05-20收稿31