儲能在常規電力系統、可再生能源發電、分布式發電與微網、輔助服務等領域具有不同的作用和價值，其收益模式和經濟評價方法也不同。但國內外對儲能技術經濟研究尚屬于初期階段，未形成成熟的經濟評價體系。本文綜述了國內外儲能經濟性的研究現狀，結合不同儲能技術在電力系統中的應用，分析了儲能在不同應用領域的價值收益模式，初步建立了儲能在不同收益模式下的收益模型。同時，分析了目前儲能經濟性研究的幾種主流方法及其優缺點，以及儲能經濟性研究的發展趨勢。

 

導讀

 

隨著可再生能源系統、分布式供能系統、微電網及智能電網等的快速發展，能源市場對儲能的需求越發迫切。儲能是指通過介質或設備把能量存儲起來，在需要時再釋放出來的過程，被稱為電力行業的第六價值鏈。現有儲能技術種類較多，包括抽水蓄能、壓縮空氣儲能、儲熱、飛輪儲能、鉛酸電池、鋰離子電池、鈉硫電池、液流電池、超級電容器和超導儲能等，其中，抽水蓄能是技術最成熟、應用最廣泛的電力儲能技術，其它的電力儲能技術多處于示范及產業化初期階段。這些新興的儲能技術是否會被市場接納，其經濟性是重要決定因素之一。

 

儲能在常規電力系統、可再生能源發電、分布式發電與微網、輔助服務等領域的作用不同，其收益模式和經濟評價方法也不同，而國內外對儲能技術經濟性研究尚不夠深入，缺乏對相關研究進展和發展趨勢的綜合分析和歸納總結。因此，本文綜述了國內外儲能經濟性研究現狀，總結了儲能在電力系統中的價值和收益，同時分析了儲能經濟性研究的發展趨勢。

 

文章目錄及圖文導讀

 

1  儲能經濟性研究現狀

 

1.1  國際研究現狀

 

國際上對儲能技術經濟研究相對較早，對儲能應用的收益測算方法和儲能的價值評估方法有了一些認識。

 

帝國理工學院GORAN STRBAC團隊發表的報告“Strategic assessment of the role and value of energy storage systems in the UK low carbon energy future”[10]對未來（2030—2050年）低碳能源科技形勢下不同儲能技術的戰略價值進行了分析，并針對分布式儲能與集中式儲能兩種情況下的凈效益和儲能的最優容量進行了預測，同時對電網靈活性對儲能的各種高要求進行了總結。報告指出，儲能對于未來優化分配資源、減少碳排放和低碳科技發展具有重要的戰略價值，且其不僅體現在經濟層面。報告預測，在未來，政策將逐步健全，逐步使儲能技術在低碳能源利用方面起到越來越重要的作用。

 

表1  儲能的應用領域

 

1.2  國內研究現狀

 

中國對儲能經濟性的研究剛剛起步，整體研究狀況較國外具有一定的局限性。

 

中國防化科學研究院楊裕生院士等學者最先提出了YCC指數方法式中，YCC為經濟效益指數；Rtotal為總收益，元/kW·h；Ctotal為總成本，元/kW·h；Rout為釋能電價，元/kW·h；Rin為儲能電價，元/kW·h；η為儲能系統效率；C為輸出1 kW·h電能的初始投資， 元/kW·h；C0為輸出1 kW·h電能的運行成本，元/kW·h；DOD為充放電深度；L為循環次數；Pm為儲能系統的收益率，%。

 

 

2  儲能經濟性模型

 

2.1  傳統發電領域

 

2.1.1  輔助動態運行

 

動態運行是指為了保證負荷和發電之間實時保持平衡，需要火電機組的輸出根據調度的要求進行調整，而不是恒定地工作在額定輸出狀態。具體包括啟動、爬坡、非滿發狀態和關停4種運行狀態。輔助動態運行的應用是指儲能裝置和火電機組共同按照調度的要求調整輸出的大小，盡可能地減小火電機組輸出的波動范圍，盡可能地讓火電機組工作在接近經濟運行狀態下，一般來說，火電機組都設計成滿發時為經濟運行狀態，機組的熱效率最高。

 

由于儲能技術具備快速響應速度，通過應用儲能技術進行輔助動態運行可以提高火電機組的效率，減少碳排放。動態運行會使機組部分組件產生蠕變，造成這些設備受損，提高了發生故障的可能，即降低了機組的可靠性。同時，增加了更換設備的可能和檢修的費用，最終降低了整個機組的使用壽命。儲能技術的應用可以避免動態運行對機組壽命的損害，減少設備維護和更換設備的費用，進而延緩或減少發電側對新建發電機組的需求。

 

2.2  可再生能源領域

 

2.2.1  削峰填谷

 

在負荷低或限電時，間歇性可再生能源給儲能裝置充電；在負荷高或不限電時，儲能裝置向電網充電。這一應用使得儲能和可再生能源作為一個完整系統時，其輸出是可調、可調度的，減少電力系統備用機組容量，使間歇性、可再生能源變得電網友好、可調度。

 

2.2.2  跟蹤計劃出力

 

近年來，大規模的風電并入電網運行，由于風電的出力情況具有隨機性、波動性的特點，使得電網的功率平衡受到影響，因此需要對風電場的發電功率進行預測，以保證電網的功率平衡和運行安全。

 

2.3  輔助服務領域

 

2.3.1  調頻

 

電力系統頻率是電能質量的主要指標之一，是在規定時間間隔內測量的基波電壓波形的重復次數，反映的是發電有功功率和負荷之間的平衡關系。各國根據本國電網的實際情況，都會設定一個頻率的基準值，如中國、歐洲、澳大利亞和日本的東部電力系統的基準頻率為50 Hz，北美和日本中西部電力系統的基準頻率為60 Hz。

 

實際運行中，頻率并不能時刻保持在基準頻率狀態，當電力系統中原動機的功率和負荷功率發生變化時，必然會引起電力系統頻率的變化。頻率的偏差不利于用電和發電設備的安全、高效運行，在有的情況下，甚至會損害設備，因此，在系統頻率偏差超出允許范圍后（我國的偏差范圍為0.2 Hz），必須進行頻率調節。

 

2.3.2  調峰

 

電力系統在實際運行過程中，總的用電負荷曲線并不是一條水平的直線，而是有高峰低谷之分。由于高峰負荷僅在一天的某個時段出現，因此，需要配備一定的發電機組在需要高峰負荷時發電，滿足電力需求，實現電力系統中電力生產和電力消費間的平衡。由于各國電力系統的運行方式不盡相同，對于電力輔助服務的分類也各有區別，目前在美國等國外輔助服務市場中，并沒有包含調峰輔助服務，在中國的輔助服務市場中，調峰輔助服務分為基本調峰和有償調峰。

 

2.3.3  備用容量

 

備用容量指的是電力系統除滿足預計負荷需求外，在發生事故時，為保障電能質量和系統安全穩定運行而預留的有功功率儲備。備用容量可以隨時被調用，并且輸出負荷可調。通常來說，電力系統中的備用容量應該等于系統正常電力供應容量的15%～20%，但最小值應該等于系統中單機裝機最大的機組容量。

 

2.4  分布式能源與微網領域

 

2.4.1  分時電價管理

 

電力系統中的負荷總量并不是一成不變的，隨著時間的變化用電量會出現高峰、平段、低谷等現象，電力部門根據這些特點，將每天24小時劃分為高峰、平段、低谷等多個時段，對各時段分別制定不同的電價水平，即為分時電價。基于零售電價，用戶可以根據自己的實際情況安排用電計劃，將電價較高時段的電力需求轉移到電價較低的時段實現，從而達到降低總體電價水平的目的，即為分時電價管理。分時電價管理與移峰很相似，但分時電價管理是基于分時電價體系來實現的。在實施了分時電價的電力市場中，儲能是理想的幫助電力用戶實現分時電價管理的手段。在電價較低時給儲能系統充電，在高電價時放電，不僅可以通過低存高放來降低整體用電成本，而且還不用改變用戶的用電習慣，即使是在電價最高時還可以按自己的需求使用電能。

 

分時電價管理的收益主要通過電價差和用電計劃的調整而獲得。

 

2.4.2  容量費用管理

 

在電力市場中，存在著兩種形式的電價，一種是電量電價，另一種是容量電價。其中，電量電價指的是按照實際發生的交易電量計費的電價，具體到用戶側，則指的是按用戶所用電度數計費的電價。容量電價與電量電價不同，它主要取決于用戶用電功率的最高值，與在該功率下使用的時間長短以及用戶用電總量都無關。

 

2.4.3  提高供電可靠性

 

儲能用于提高微網供電可靠性，是指發生停電故障時，儲能能夠將儲備的能量供應給終端用戶，避免了故障修復過程中的電能中斷，以保證供電可靠性。該應用中的儲能必須具備高質量、高可靠性的要求，儲能放電時間主要與安裝地點相關。可靠性的經濟價值計算一般來說會很困難。一方面，提高可靠性對應的經濟效益跟停電損失有關，而在某次停電事件中不同的負荷所受影響是不同的；另一方面，有些重要負荷涉及到公共安全、災后救援以及戰時的一些特殊情況，這樣的情況下提供電力供應保證服務的價值是非常難量化的。因此，該部分收益主要取決于電力服務對用戶來說的價值，另外停電損失的賠償也是該部分收益的一部分。

 

2.4.4  提高電能質量

 

儲能技術用于提高電能質量，是指在負荷端的儲能能夠在短期故障的情況下保持電能質量，減少電壓波動、頻率波動、功率因數、諧波以及秒級到分鐘級的負荷擾動等對電能質量的影響。與提高供電可靠性類似，通過儲能提高電能質量獲得收益，主要跟發生電能質量不合格事件的次數及低質量的電力服務給用戶造成的損失程度有關，同時配備的儲能系統的容量等指標也能影響該部分的收益。

 

結論

 

本文綜述了國內外儲能技術經濟性研究進展，歸納了儲能經濟與價值研究的方法，總結了儲能在電力系統中的應用價值和收益模式，初步建立了儲能技術在不同收益模式下的經濟性模型。主要結論如下。

 

（1）儲能經濟性的研究方法主要包括三個層次：第一層次為簡單層次，是指僅考慮現有機制體制帶來的投資收益，不考慮機制體制不涵蓋的其它間接收益，該方法簡單，但與儲能實際價值偏差較大；第二層次為電力層次，是指考慮儲能在電力系統內的所有收益，不考慮儲能的社會效益，如減排、提高基礎設施利用率等，該方法更能反映儲能的實際價值；第三層次為綜合層次，是指以區域電力系統為研究對象，通過比較該系統中有無儲能兩種情況下的生產運行成本以及社會效益的不同來計算儲能的收益，該方法能夠更全面體現儲能的實際價值，是儲能經濟性研究的必然趨勢。