儲能電站綜合效益評價體系建設(shè)探究

IBM中國研究院 高峰

為了彌補(bǔ)國外儲能效益體系不足，填補(bǔ)國內(nèi)相關(guān)研究的空白，本文將在國內(nèi)外相關(guān)研究的基礎(chǔ)上建立儲能電站在智能電網(wǎng)環(huán)境下的全方位多維度的綜合效益體系，對儲能電站在整個電力能源價值鏈的功能、作用以及效益進(jìn)行深入分析。

現(xiàn)有儲能效益體系

以抽水蓄能為代表的集中式儲能具有幾十年的歷史，其容量大、壽命長、技術(shù)成熟，因此其效益體系的研究已經(jīng)比較深入。隨著具備快速高效充放電性能的電池儲能、超級電容等儲能技術(shù)的高速發(fā)展，分布式儲能形式正在成為集中式儲能的有效補(bǔ)充，世界各國已經(jīng)進(jìn)行了很多相關(guān)的試點建設(shè)。

美國Sandia 國家實驗室總結(jié)的儲能效益綜合體系如表1所示。其將17個儲能應(yīng)用分為5大類，包括供電、輔助服務(wù)、電網(wǎng)、電力用戶和可再生能源接入。該儲能效益體系不僅包括對儲能在傳統(tǒng)電網(wǎng)中的應(yīng)用，同時也包括了儲能在智能電網(wǎng)環(huán)境下的應(yīng)用。美國電力科學(xué)研究院歸納總結(jié)的儲能綜合效益體系更加完整，如圖1所示。該體系總結(jié)了11個儲能的應(yīng)用，并按照不同維度進(jìn)行了劃分和總結(jié)，覆蓋了儲能的應(yīng)用對象、儲能的效益類別、儲能放電時間和儲能大小等。

表1 SNL儲能效益體系

儲能綜合效益體系

儲能功能

儲能，顧名思義，就是能量的存儲。能量存儲和釋放的時機(jī)和目標(biāo)不同，則帶來了儲能不同的應(yīng)用和效益。

表2 給出了按照放電時間歸類的5大儲能功能。

備用電源功能是在電網(wǎng)故障或者供電功率不足時利用之前存儲的電能提供備用電力的功能。

表2 儲能功能

圖1 EPRI儲能效益體系

削峰功能是儲能在用電高峰時通過釋放儲存的電能使得儲能上游電力系統(tǒng)最大功率減少的功能。由于峰值通常持續(xù)幾個小時，削峰功能相應(yīng)的一般需要幾個小時的放電時間，對充電時間沒有要求，一般采用谷時充電的方式。功率調(diào)度功能是按照一定的優(yōu)化目標(biāo)進(jìn)行充放電控制的功能。其充放電時間依賴于優(yōu)化目標(biāo)，同機(jī)組排程類似，主要是以小時為單位。如果采用更精細(xì)的控制，充放電時間可以倒數(shù)分鐘的量級。功率跟蹤功能是指儲能通過快速充放電來跟蹤出力或負(fù)荷變化的功能。其充放電時間的要求為分鐘甚至數(shù)秒的量級。抑制閃動功能是儲能可以避免電網(wǎng)中出現(xiàn)的閃動或其他電能質(zhì)量事件影響到用電設(shè)備的功能。其放電時間最短，是秒級甚至毫秒級。

儲能作用

儲能上述5大功能，使儲能在智能電網(wǎng)發(fā)輸配用各個環(huán)節(jié)發(fā)揮了重要的作用，可總結(jié)出儲能14個主要作用，如表3所示。

這14 大作用按電能維度可以分為3 大類：功率作用、電量作用和容量作用。按時間維度還可以分為靜態(tài)作用、動態(tài)作用和瞬態(tài)作用。

儲能效益

儲能的作用與效益如表4所示。以幫助發(fā)電廠黑啟動為例，發(fā)電的快速恢復(fù)可以使得電網(wǎng)盡早恢復(fù)，從而電力用戶可以盡快恢復(fù)用電。發(fā)電廠可以多發(fā)電，電力公司可以多售電，電力用戶可以多用電生產(chǎn)生活，所以受益方涵蓋了能源鏈各方。

儲能安裝在配電側(cè)可以實現(xiàn)就地削峰，從而起到最大化延緩發(fā)電裝機(jī)與輸配電升級改造的作用。其帶來的降低投資成本的效益也分別由發(fā)電廠和電力公司分別獲得。

節(jié)省輸電接入和擁塞費(fèi)用直接給在電力市場環(huán)境下不擁有輸電資產(chǎn)的供電公司帶來了降低成本的效益。電力批發(fā)市場套利給儲能的所有者，包括發(fā)電廠和電力公司，帶來直接的增加收入效益。分時電價用戶電費(fèi)節(jié)省給擁有儲能的電力用戶帶來降低成本的效益。

降低線損給電力公司帶來直接的降低成本的效益。

輸配電支撐、減少擁塞作用避免了線路重載或者過載，提高了電網(wǎng)的可靠性，直接獲益方是電力公司。

促進(jìn)可再生能源接入使得風(fēng)電場、太陽能電廠等可再生能源發(fā)電廠多發(fā)電，帶來直接的收入增加。對于電力公司來說，更加平滑的可再生能源出力避免了電網(wǎng)中發(fā)電功率的急劇變化，使得電網(wǎng)穩(wěn)定性得到提高。

表3 儲能作用

表4 儲能作用與效益

負(fù)荷跟蹤作用直接減少了對調(diào)峰發(fā)電機(jī)的需求，減少了發(fā)電機(jī)組啟停爬坡等低效率運(yùn)行狀態(tài)，使得發(fā)電機(jī)組可以以額定功率最大效率運(yùn)行，從而降低發(fā)電廠運(yùn)行成本，還給社會帶來節(jié)能減排的效益。

調(diào)頻、提供旋轉(zhuǎn)備用使得電網(wǎng)的穩(wěn)定性得以提升。

提升電能質(zhì)量，避免損壞用電設(shè)備可以為電力用戶減少由于閃動等電能質(zhì)量問題帶來的經(jīng)濟(jì)損失。

儲能效益可以總結(jié)為3類，包括經(jīng)濟(jì)效益、電網(wǎng)運(yùn)行效益和社會效益，如表5所示。經(jīng)濟(jì)效益大多數(shù)情況下可以用貨幣金額來評估衡量。電網(wǎng)運(yùn)行效益很難直接用金錢來衡量，通?？梢圆捎玫刃娲?、成本核算的方法進(jìn)行評估。社會效益無法用金錢來衡量，可以采用減少的碳排放進(jìn)行評估，未來如果碳交易機(jī)制成熟后則可以通過交易來獲取一定的經(jīng)濟(jì)收益。

儲能綜合效益體系

通過分析儲能的5大功能，然后得到儲能的14個主要作用，并總結(jié)出儲能的3大類效益，從而形成一個如表6所示的綜合的多維度的儲能功能作用與效益體系。

表5 儲能效益分類

表6 儲能效益綜合體系

結(jié)語

本文通過分析儲能的5大功能，14個主要作用，并總結(jié)出儲能的3大類效益，形成了一個清晰全面的多維度的儲能功能作用與效益綜合體系。通過儲能綜合效益體系，將為儲能的規(guī)劃建設(shè)以及運(yùn)營管理提供科學(xué)的依據(jù)，提高儲能規(guī)劃及運(yùn)營水平。