新能源儲能電站在湖南的應用環境與可研

湖南省頁巖氣開發有限公司 寇惠武 包勤永

2020 年9月，國家主席習近平在第七十五屆聯合國大會一般性辯論上的講話中向世界宣布，中國將提高國家自主貢獻力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現“碳中和”。

隨著全球能源危機的不斷加劇，以及人類對環境問題重視程度的不斷提升，以光伏、風電為代表的可再生能源在各國得到迅速發展。為促進可再生能源有效消納，國家發展和改革委《關于促進儲能技術與產業發展的指導意見》與《國家能源局有關印發<完善電力輔助服務（市場）機制工作方案>的通知》均表示，推進儲能發展，鼓勵儲能參與電力輔助服務。這對構建“清潔低碳、安全高效”的現代能源體系，推進我國能源行業供給側改革，推動能源生產和利用方式變革，完成“碳中和”目標具有重要戰略意義。

儲能是能源變革的需要

實現低碳經濟和可持續發展，各地區各部門大量開發利用以風電和光伏為代表的分布式可再生能源。由于這類電源出力具有隨機性、間歇性和波動性特點，其大規模并網會對電力系統調度控制、運行品質以及系統安全穩定運行產生不利影響，加上目前的風光功率預測精度仍不能滿足運行要求，隨著其滲透率不斷提高，電網的安全穩定運行受到威脅。風電側儲能用以提升風電場自動發電控制（AGC）、自動電壓控制（AVC）控制水平，提高風電跟蹤調度曲線能力，提升風電場安全穩定運行能力，平抑風電功率波動作用日益突出。

湖南電網地處華中電網末端，負荷特性變化受產業結構調整影響較大，電網峰谷差呈快速增大趨勢，2019 年最大峰谷差率為58%，在國家電網有限公司各省級電網中排名第一，系統整體調峰能力嚴重不足，無調節能力水電占比高，風電、光伏難以適應特高壓直流入湘后系統特性突變形勢下的安全運行要求。

2020年11月，湖南能監辦發布《湖南省電力輔助服務市場交易規則(試行)》，由此湖南省開始試運行電力輔助服務市場。此次電力輔助服務市場交易包含深度調峰交易、啟停調峰交易、旋轉備用交易和緊急短時調峰交易等交易品種，儲能與火電、水電、風電、光伏等發電企業以及抽水蓄能電站均進入交易市場，湖南儲能發展在政策層面走在全國前列。

目前的儲能應用類型有電化學儲能、物理儲能。各儲能類型的典型功率、造價、應用特征見表1。

從應用分布來看，電化學儲能主要應用在四個領域：電網側儲能、用戶側儲能、電源側輔助服務、電源側可再生能源并網。具體情況見表2。

表1 不同儲能類型應用造價與特征

表2 儲能應用側發展特征

新能源儲能電站投資收益模型

鑒于經濟性對于儲能項目發展的影響，國內外開展了儲能經濟性的相關研究工作，其中主要涉及儲能應用的收益測算方法和儲能的價值評估方法，電力市場政策導向性明顯，發展存在區域差異化。因此，緊密結合湖南儲能發展實際與特點，積極探索規模化儲能在湖南的應用模式具有重要的理論研究意義和現實價值。

儲能綜合成本

儲能成本主要包括投資回報期內資金、時間、價值的總成本，包括儲能項目初始建設成本、充電成本、運行成本（運行維護費）、更換成本等。其中，不同儲能項目建設成本不同，但隨著行業技術水平和應用化水平的提高，建設成本會呈下降趨勢；充電成本受到能源轉化效率影響；性能衰減需要更換儲能電池與設備等；另外還有影響成本的其他因素。

依據范圍經濟學理論和電力市場化定價理論，構建儲能項目全要素成本收益模型

根據儲能項目收益來源，采用凈現值法（NPV）建立綜合收益模型：

其中：

式中：

針對不同應用場景的收益項依次為：（1）低儲高放的收益μPDED；（2）輔助服務收益nPSW；（3）減少棄風或棄光的電量收益ηER（PC-PB）；（4）政府補貼R0；（5）其他稅收優惠T，殘值收益及其他收益ξ1等。

其中：

I 為投資回報期；i 為資金時間價值比率；N 為投資回報期；μ為設備利用效率；n表示輔助服務提供方與接收方雙方協議的服務時間；PD為可放電電價；PS為輔助服務的容量電價；W 為輸出功率；η為能源轉化效率；ER為年均棄風、棄光量；ED為扣除ER后，儲能項目年平均放電量能力；PB為儲能所在項目地區的風電、光電標桿電價；CM為年均棄風、棄光電量的邊際成本；RO為年平均補貼；T為年平均稅收優惠；ξ為可回收利用殘值收益。

從儲能項目商業投資財務模型來看

式中：

CI 為項目實際的或根據實際情況預測的年現金流入量（預測年度電網售電增量收入）；CO為項目實際的或根據實際情況預測的年現金流出量（預測年度投資支出或運維支出）；t0為電力行業基準收益率（一般可選取五年期國債利率）；n為計算期年數。

通過該項投資計算模型，若財務凈現值>0，投資可行，若財務凈現值<0，不具備投資可行性。

湖南儲能商業化投資收益可行性分析

2019 年5月，國家發展和改革委、國家能源局發布《關于建立健全可再生能源電力消納保障機制的通知》，湖南省非水可再生能源消納比重從2018 年的9%提升到2020 年的13%。2020～2021年度新能源預警顯示湖南省風電消納形勢相對嚴峻，湖南南部、西南部存在較大消納壓力，被劃分為紅色預警區域，其他地區為橙色或黃色區域，全省范圍內無綠色區域。

發展大規模電池儲能符合各方利益訴求，符合國家能源變革戰略發展方向，有利于提高整個社會能效利用水平，有利于清潔能源消納，有利于提高電網安全穩定水平，提升電網消納能力；符合電網運行效率提升需求，既能平滑負荷曲線，又能提高電網運行可靠性、靈活性及經濟性；同時也是新能源發電側高能效水平要求，儲能能夠提高湖南電網供電可靠性，又能通過電價政策獲得額外收益，降低發電成本。

一邊是新能源側消納對儲能電站建設的迫切需要，一邊是儲能項目投資收益低推進難的矛盾突出，湖南儲能示范項目建設意義重大。本文以湖南某地分散式風電場配套儲能電站項目為例分析儲能項目投資可行性。

湖南新能源電源側儲能收益主要為減少棄風收益或租賃收益、輔助服務收益、其他收益三部分。

（1）減少棄風收益或租賃收益。

不考慮配置儲能時，預計2020 年全省豐水年/平水年新能源棄風電量26.7/18.9 億千瓦時。根據生產運行模擬仿真計算結果，每配置1 千瓦時儲能裝置能為系統每年減少300千瓦時的棄風電量，若配置10兆瓦/20兆瓦時，每年可減少棄風電量約600萬千瓦時，考慮儲能電站85%的綜合效率，每年可增加發電營收約為：600萬千瓦時×85%×0.6元/千瓦時=306萬元。

若采用租賃模式租給風電業主，根據國網湖南綜合能源公司一期儲能項目的租賃價格約260萬元/年，由于儲能電站現有租賃資源較少，二期預計租賃價格約為420萬元/年。即項目建設的儲能電站供儲能電站自己的風電場使用每年增加的風電收益約306 萬元，若租賃給配套風電場，年收益約420萬元/年。

（2）輔助服務收益。

根據《湖南省電力輔助服務市場交易模擬運行規則》，儲能電站可參與省內輔助服務市場，按照電網集中統一調度，參照湖南當前黑麋峰抽水蓄能電站年度調峰次數標準，項目建設的儲能電站預估年輔助服務費用至少為100萬元；參照湖南電網側一期儲能的調峰情況，目前60兆瓦/120兆瓦時的儲能電站除了檢修外每天均參與調峰服務，一天兩次；儲能電站是非常好的調峰資源，調度需求旺盛，在儲能電站正常運行情況下，基本每天都要進行調用，在儲能電站本身承載能力足夠的情況下，大部分時間每天需要調用兩次，按照每年調峰500 次考慮，輔助服務價格按照0.22元/千瓦時考慮，系統效率按照0.85 考慮，預計收益約187 萬元/年。

（3）其他收益。

根據《華中區域并網發電廠輔助服務管理實施細則》，儲能電站還可參與一次調頻、自動發電控制、無功調節、自動電壓控制、備用和黑啟動服務等，可以預見該部分還能有一定收益，由于電源側儲能電站在湖南省內尚處于初級應用階段，具體能帶來多大收益未有明確數據。

收益（3）因無明確數據，暫未統計進入效益分析。依照上述項目投資財務模型，項目盈利能力及清償能力較強，在財務評價上可行，且敏感性分析成果表明，項目抗風險能力較強，經濟上是合理的。

湖南儲能發展建議

為快速啟動并推進湖南電網儲能項目的發展，解決可再生能源消納問題及湖南電網用電緊張問題，依靠市場化、商業化手段激發各方積極性，建議爭取以下幾方面政策支持儲能發展。

（1）加快打造湖南儲能產業鏈集群。湖南工信廳印發《湖南省先進儲能材料及動力電池產業鏈三年行動計劃（2021～2023 年）》，《計劃》中提到力爭到2023 年，全產業鏈年產值突破1000 億元。儲能材料主營業務收入繼續保持全國前列，電芯制造企業產能突破30 吉瓦時。重點將長沙打造為世界級先進儲能材料產業制造業集群，將株洲打造為國家動力電池及新能源汽車制造示范基地，將湘潭、婁底、益陽打造為國內領先的新能源動力電池和儲能產業基地。

（2）豐富儲能發展生態，對氫燃料電池、加氫站、氫燃料電池汽車、儲能電站等走在市場前端的示范應用項目給予重點財稅支持。

（3）積極推動相關政策出臺，提升儲能政策的市場化、透明化程度。優先保障電源側儲能電站在參與輔助服務市場的同時，享受充放電峰谷價差。

（4）打造湖南儲能商業項目示范性項目，激發各方的積極性與活力。