現貨市場下新能源綜合電站增量收入影響因素評估

陳 立 葉 瑞 劉 翔 張敬峰 李 玲 胡 博 全 勛

（1.華能瀾滄江能源銷售有限公司,云南 昆明 650214；2.北京清能互聯科技有限公司,北京 100084）

電力系統是現代綜合能源系統的核心，也是我國碳排放的主力軍，構建以新能源為主要能源的新型電力系統[1]是促進電力行業轉型發展的關鍵舉措，也是實現碳達峰、碳中和目標的重要路徑。隨著光伏、風電等新能源并網規模的不斷擴大，新能源發電的間歇性、不穩定性等特點對電網安全穩定運行的影響愈發顯著，清潔能源高水平消納面臨挑戰，電力現貨市場作為調節電力供求關系、促進新能源消納、保障能源行業有序發展的有效工具，在新能源大規模并網過程中發揮著越來越重要的作用?，F貨市場環境下，新能源場站配置儲能形成新能源綜合電站，可以有效緩解新能源大規模并網對電網運行的影響，利用現貨電價引導新能源綜合電站削峰填谷，提升新能源綜合電站收益及全網清潔能源消納水平。

電力現貨市場下“新能源+儲能”已經成為能源行業的研究熱點，文獻[2-5]在規劃算法、投資經濟性等方面進行了深入研究，分析了前期規劃中儲能容量的確定方法；文獻[6-9]重點探討市場環境下新能源配置儲能的交易優化與運行策略，通過響應市場價格等方式提升新能源場站整體收益；文獻[10-12]設計了儲能模塊化集成的工程方案與控制策略，利用實際案例驗證儲能模塊化集成的可行性，為大容量儲能面向新能源場站推廣創造條件。

以上研究工作對新能源場站投資儲能具有重要的指導意義。然而，由以上研究成果可以發現，目前研究大多側重在規劃模型、運行優化、系統集成等方面，未能深入國內電力現貨市場改革實際，評估分析當前現貨市場環境下新能源場站配置儲能的關鍵影響因素，為發電企業投資儲能提供實際參考。鑒于此，本文通過構建現貨市場環境下新能源配置儲能的增量收入模型，研究現貨電價波動對儲能充放電行為的影響機制，并進一步分析市場環境、場站裝機、儲能參數等關鍵因素對新能源場站投資儲能的影響。

1 現貨市場下新能源綜合電站增量收入模型

現貨市場環境下，電價呈現時空特性，新能源配置儲能形成新能源綜合電站，緩解現貨電價對新能源場站收益的影響。儲能系統對新能源綜合電站的經濟價值體現在并網出力曲線的優化方面，通過低價時段充電、高價時段放電提升新能源場站整體收入，扣減儲能系統投資成本即為新能源綜合電站的增量收入。

1.1 目標函數

新能源綜合電站應以現貨市場下配置儲能的最大增量收入為目標，進行儲能充放電行為的內部優化，目標函數為：

1.2 約束條件

2 現貨市場下新能源綜合電站增量收入影響因素

分析新能源綜合電站收益模型可知，現貨市場電價、儲能放電功率、儲能放電時間、儲能放電深度及儲能轉換效率等關鍵因素將對新能源綜合電站的增量收入產生影響，下面簡要介紹各關鍵因素對新能源綜合電站增量收入的影響機制。

2.1 現貨市場電價

現貨市場電價一般具備時空特性，不同時間的現貨電價差異較大，新能源綜合電站儲能的時間遷移特性，改變原始出力曲線，將電量集中在高價時段賣出，提升電站整體收入。因此，現貨電價波動將為儲能系統靈活調節出力曲線創造空間，現貨電價波動越劇烈，儲能對新能源綜合電站出力曲線的優化效果越明顯，新能源綜合電站的增量收入也越高。

2.2 儲能放電功率

儲能額定放電功率主要影響儲能系統響應現貨電價的潛力，進而影響新能源綜合電站的優化出力。儲能放電時間不變的前提下，儲能額定容量和成本隨儲能放電功率線性增加，此時儲能放電功率的變化趨勢與儲能額定容量相同。新能源綜合電站的增量收入先隨儲能放電功率逐漸增加，當儲能放電功率能夠完全滿足電能量遷移的功率要求時，新能源綜合電站增量收入達到最大值，之后隨著放電功率的增大而逐漸減少。

隨著科學技術的不斷的進步，我國土建技術也進行了不斷的優化和進步，但是由于我國土建技術的基礎較差，再加上大量施工企業技術的施工技術落后，導致我國土建技術在施工的過程中還存在以下三方面的現狀：

2.3 儲能放電時間

在儲能容量保持不變的前提下，縮短放電時間，提升放電功率，有助于儲能系統迅速捕捉短時高電價。隨著放電時間的縮短，放電功率不斷增大，新能源綜合電站增量收入逐漸增加。當儲能的放電功率已經能夠完全滿足新能源綜合電站的電能量遷移的功率要求時，新能源綜合電站增量收入將會保持不變。

2.4 儲能放電深度

儲能放電深度對儲能使用壽命產生影響，并通過影響新能源綜合電站優化出力曲線，進而影響新能源綜合電站增量收入。在一定范圍內，隨著儲能放電深度的增加，儲能系統可充放電量增多，新能源綜合電站收益將呈明顯上升趨勢。然而超出該范圍后，儲能使用壽命將隨放電深度增加而顯著下降。

2.5 儲能轉換效率

儲能轉換效率影響充放電過程中的能量損失，充放電過程中損失的電能量對于新能源綜合電站而言是一種純粹的支出。理想狀態下儲能充放電過程中不應存在電能量損失，此時儲能轉換效率為100%，隨著儲能轉換效率的下降，儲能充放電造成的損失越來越大，新能源綜合電站增量收入也因而逐漸下降。

3 模擬算例驗證

3.1 基準場景

本文以山西省某50 MW光伏電站為基準，采用控制變量法驗證前述關鍵因素對新能源綜合電站增量收入的影響機制及程度，為了便于展示，算例中利用新能源綜合電站增量收入和發電量計算得到度電增收，用以表示新能源綜合電站增量收入。

（1）基準場景信息（見表1）。

表1 基準場景信息

（2）場站量價信息。

圖1 基準場景的典型出力曲線與現貨電價曲線

3.2 現貨電價

現貨電價影響因素眾多，不同場景下現貨電價區別較大。為了分析實際情況下現貨電價對新能源綜合電站增量收入的影響，利用控制變量法從市場環境、月份、峰谷價差三個維度模擬現貨電價變化對新能源綜合電站增量收入的影響，模擬結果如圖2所示。

圖2 現貨電價變化對新能源綜合電站增量收入的影響

通過對不同現貨電價場景進行模擬，可以得到以下幾個結論。

（1）現貨電價波動越劇烈，儲能投資價值越高。新能源綜合電站在市場環境下增量收入差異明顯，且與現貨電價波動（標準差）呈現一定的正相關性，新能源場站應關注不同市場環境對儲能投資的影響。

（2）大部分時間儲能成本難以回收。不同月份的現貨電價差異較大，儲能成本高企的情況下，新能源場站投資儲能在絕大多數時間難以完全回收儲能成本。

（3）現貨峰谷價差與儲能投資價值近似呈正線性相關?，F貨電價曲線形狀不變的前提下，現貨峰谷價差與新能源綜合電站增量收入近似呈正線性相關，拉大現貨峰谷價差將會顯著影響儲能的投資價值，應積極推動現貨市場進一步拉大限價范圍。

3.3 儲能特性

新能源綜合電站可配置多種類型的儲能系統，放電功率、放電時間、放電深度、轉換效率會對新能源綜合電站增量收入產生不同的影響，有必要通過算例模擬不同儲能特性的影響結果，為新能源場站選取儲能參數提供借鑒，模擬結果如圖3所示。

圖3 不同儲能特性對新能源綜合電站增量收入的影響

通過對不同儲能特性的模擬，可以得到以下幾個結論。

（1）新能源場站存在最優的放電功率。新能源場站裝機容量和儲能放電時間不變的前提下，儲能投資帶來的增量收入呈現先增大后減小的趨勢，表明新能源場站存在一個最優的放電功率，該放電功率下的儲能投資價值最高。

（2）新能源場站存在最優的放電時間。儲能容量保持不變的前提下，縮短放電時間，提升放電功率，有助于儲能系統迅速捕捉短時高電價，但當儲能的放電功率已經能夠完全滿足新能源綜合電站的電能量遷移要求時，新能源綜合電站增量收入將會保持不變。

（3）放電深度與儲能投資價值近似呈正線性相關。放電深度不僅會影響儲能系統壽命，還會影響儲能系統投資價值。在儲能系統壽命允許范圍內，適當提升儲能系統放電深度，有助于提高儲能系統有效放電功率，進而提高儲能系統的投資價值。

（4）轉換效率與儲能投資價值近似呈正線性相關。充放電轉換效率決定著儲能系統在充放電過程中的能量損失，轉換效率越高，充放電過程中的能量損失越少，現貨市場中儲能系統可以放出更多的電能獲取更高的收入。

4 結論

本文對新能源場站在新型電力系統中所面臨的問題進行了簡要介紹，構建了新能源場站配置儲能的新能源綜合電站增量收入模型，分析現貨市場電價、儲能放電功率、儲能放電時間、儲能放電深度、儲能轉換效率等因素對新能源綜合電站增量收入的影響。主要得出以下幾點結論：（1）新能源綜合電站增量收入受各地區市場環境影響較大，且現貨電價波動越劇烈，新能源綜合電站增量收入越高。（2）新能源場站配置儲能存在最優的放電功率與放電時間，新能源場站投資儲能時應盡量接近儲能的最優值。（3）儲能放電深度、儲能轉換效率與新能源綜合電站增量收入近似呈正線性相關，適當提高儲能放電深度和轉換效率，有助于提升新能源配置儲能的投資價值。（4）現貨峰谷價差與新能源綜合電站增量收入近似呈正線性相關，現階段國內典型現貨試點省份的新能源場站僅靠現貨市場回收儲能投資成本存在一定困難，有必要進一步拉大現貨市場的限價范圍。