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摘要：為構建新型電力系統，滿足高比例消納新能源電力的客觀需要。基于寧夏回族自治區固原市某大容量集中式儲能示范項目(即“電網側儲能電站”)，分析制定項目應用場景，提出構建共享儲能商業模式，探索形成容量電價機制，分析項目的電力輔助服務市場收益，并對項目投資效益進行計算。分析結果表明：該項目投資在經濟層面上基本可行，可為各類電力市場建設，以及健全電力輔助服務市場的交易品種與價格機制提供參考。
關鍵詞：電網側儲能電站；應用場景；價格機制；投資效益分析；經濟效益
0引言
近年來，中國西北部地區風、光資源富集,新能源發電裝機容量大；而中東部地區經濟發達，用電負荷高。為適應“源”與“荷”錯位分布及大量風、光等新能源接入電網的現狀，需要大力發展各類儲能技術，突破傳統電力系統中電力生產和消費必須“即發即用”的限制，以彌補電網在靈活調節性上的缺口，提升風、光等新能源電力的消納能力。
隨著電力系統集成和運行控制技術水平的提高，電化學儲能電站規模可達百兆瓦級乃至吉瓦級，其大規模商業化應用條件日趨成熟，但作為新業態，新型儲能電站的商業模式與價格機制尚未完全清晰。文獻[1]梳理比較了國內外新型儲能電站的價格機制與補償機制，分析了不同模式下新型儲能電站的經濟性，并對中國新型儲能電站的價格機制提出相關建議。文獻[2]提出目前中國新型儲能產業仍處于商業化和規模化發展初期，相關的市場機制和電價政策還不夠完善存在成本疏導不暢、社會主動投資意愿不高等問題，亟須加快推動電力體制改革和全國統一電力市場體系建設，完善新型儲能電站投資回報和成本疏導機制。文獻[3]總結了國外典型獨立式新型儲能電站的價格機制的實踐和經驗，敘述了中國儲能電站價格機制的相關探索，認為政府兩部制電價模式和獨立參與電力市場模式均難以支撐儲能電站大規模商業化應用，并提出了基于傳遞因子的儲能電站價格形成機制及成本疏導優化方法。上述文獻對儲能電站價格機制進行了理論性探索研究，但沒有就具體投資實務提出價格機制及分析項目投資的可行性。
本文基于寧夏回族自治區(下文簡稱為“寧夏”)固原市某大容量集中式儲能示范項目(該項目為電網側儲能電站)，分析電網現狀與需求，研究建立電網側儲能電站應用場景，構建商業模式并嘗試形成容量電價機制，據此分析該項目投資在經濟層面上是否具有可行性。
1電網側儲能電站的應用場景研究
1.1電網現狀與需求
寧夏電網骨干網為750/330/220kV等級，其中，750kV超高壓為雙回路環網結構；330kV超高壓形成環網、雙回鏈式的主輔結合結構，主要位于寧夏南部的吳忠市、中衛市、固原市等地區；220kV高壓形成網格狀結構，主要位于寧夏北部銀川市、石嘴山市等地區。截至2021年底，寧夏電網中，火電總裝機容量為29710MW，水電總裝機容量為422MW，風電總裝機容量為14548MW，光伏發電總裝機容量約為13836MW，風、光新能源裝機占比達48.5%。電網范圍內風、光新能源裝機容量規模仍持續快速增長，同時，負荷增長慢，可調節負荷容量有限且尚難充分調動，電力系統調峰資源不足，調節電源以火電為主、小容量水電為輔。新能源電力消納能力已接近飽和、無法就近消納等問題日趨嚴峻。儲能電站可在風、光新能源電力的發電高峰時段充電，在發電低峰時段放電，可以隨時存儲電量并按需輸出電量。電網可利用儲能電站的削峰填谷能力，減少新能源發電量大或因新能源發電集中并網導致局部斷面輸電能力受限等造成的“棄電”現象，減少低谷時常規電源配置容量，為新能源電源的發展提供空間。寧夏電網急需利用電網側儲能電站的調節靈活性，彌補新能源發電的間歇性、波動性，促進電網靈活與安全可靠運行。
1.2示范項目概況
該電網側儲能電站位于固原市，緊鄰330kV電網企業變電站。項目裝機100MW/200MWh，儲能系統為集裝箱一體機，由儲能變流升壓一體機與儲能電池集裝箱組成。儲能單元經過35kV變壓后接入110kV升壓站，并以1回110kV線路接入電網企業變電站。項目選用磷酸鐵鋰電池，其響應快、輸出功率精度高、易控制、運行方式靈活，可滿足電力系統調峰、調頻、緊急功率支撐等多種應用需求。該儲能電站已于2022年12月31日并網運行。
1.3應用場景選擇
固原市“十四五”期間規劃新建新能源裝機容量約為2390MW，預計到2025年，固原市累計新能源裝機容量將突破3GW，伴隨風、光新能源裝機容量逐漸增多，減少棄光、棄風率的任務也越來越重。考慮到寧夏及項目所在地新能源裝機容量占比逐漸上升的趨勢，并結合寧夏當地電力輔助服務市場運營規則，本項目應用場景重點選擇為系統調峰與電力供需時間轉移，重點解決新能源電力消納和電力系統調峰問題，可為固原市新能源發電的繼續開發與利用創造有利條件，輔助參與有功調頻、無功調壓等其他場景。
2價格機制分析
作為新技術、新業態的新型儲能形式，電網側儲能電站大規模商業化需要解決一系列系統性問題，商業模式、成本分攤和回收機制是投資商的核心關切點。建立電網側獨立儲能電站容量電價機制，逐步推動儲能電站參與電力市場[4]是形成電網側儲能價格機制的政策鼓勵方向。因此，本項目嘗試建立共享儲能商業模式，并參與市場電價機制。
2.1容量電價機制
對于電網側儲能價格機制的制定，主要參考抽水蓄能的價格機制。政府對抽水蓄能價格機制的指導意見是：堅持容量電價與電量電價兩部制電價，容量電價補償調峰成本外的其他成本與賺取合理利潤，電量電價補償調峰的運行成本，以政府定價為主，逐漸推向市場。由于抽水蓄能規模大、服務面廣，具體實操仍存在價格核定參數確定、核定程序確定、電價費用分攤機制確定等諸多難題。相比于抽水蓄能電站，以電池為主的電網側儲能電站在建設時受限少、布置靈活，更易于通過市場形成價格機制。
共享儲能商業模式以市場化通過對外提供儲能電站容量租賃服務來分攤建設成本，探索構建電網側儲能電站容量電價機制。鑒于儲能電站的只存儲能源并不直接產生能源的本質，其資本金基準內部收益率參照抽水蓄能項目設定為6.5%，模擬項目各種生產狀態，測算項目收入、成本和收益水平，確定該儲能電站容量電價按照回收項目固定資產投資原則測算，并確定為對外招租的基準價。該儲能電站單位成本約為200萬元/MWh，部分核心電池部件壽命周期約為10年，按照壽命周期內靜態回收計算分析，容量租賃基準價設定為20萬元/MWh。鑒于該儲能電站主要作用是增加新能源電力消納及裝機容量，按照“誰受益、誰承擔”的原則，計劃向新能源項目提供儲能容量租賃服務。寧夏政策要求：新能源項目儲能配置比例不低于10%、連續儲能時長2h以上。從2021年起，儲能設施與新能源項目同步投運。存量項目在2022年12月底前完成儲能設施投運[5]。以市場化方式配置儲能設施是政策引導的方向，截至2021年底，該儲能電站所在區域風電裝機容量為938.5MW，光伏發電裝機容量為168MW，上述存量項目按政策要求需配置約100MW/200MWh的儲能電站。因此，共享儲能商業模式有政策引導與需求支撐，該儲能電站也與新能源發電項目簽署了租賃意向協議。后續希望政府建設公共的租賃市場平臺，撮合市場參與方形成租賃交易。
2.2市場電價機制
新的電力改革目標要求加快電力中長期、現貨、輔助服務市場體系建設，當下電網側儲能電站主要可參與電力輔助服務市場，按照市場規則提供有功平衡、無功平衡、事故應急及電網恢復等服務。寧夏電力輔助服務市場于2018年起試運行，現已正式公布了電力輔助服務市場運營規則，但僅明確了電儲能參與調峰的價格機制。該儲能電站當前只考慮參與輔助調峰服務。根據輔助調峰價格機制及當前調峰補償價格現狀分析，作為火電調峰第1檔電量調用后優先調用的調峰主體，調峰價格按照0.6元/kWh上限值申報，處于火電1、2檔調峰上限值之間。后續將呼吁政府盡快健全電力輔助服務市場，擴大交易品種，完善相應價格機制，最大化發揮新型儲能電站的功效。
3投資效益分析
3.1項目成本分析
該儲能電站建設內容包括儲能系統、110kV升壓站、110kV送出線路等，儲能系統采用集裝箱一體化方案，預制艙戶外布置。測算該儲能電站動態投資成本約為40000萬元，折合單位投資成本為200萬元/MWh，其中儲能系統單位投資成本折合為150萬/MWh。
3.2收入分析
該項目收入主要來自容量租賃與調峰補償。考慮到該儲能電站參與輔助調峰時應為容量租賃企業預留對應時段的新增發電空間，租賃容量按實際裝機容量的50%考慮。基于寧夏電網年度負荷預測及電源裝機規模，對該儲能電站進行8760h的生產模擬，計算年完全充放電次數并模擬計算各年充放電量。
3.3成本分析
儲能電站總成本由經營成本、折舊費、攤銷費和財務費用構成。
3.3.1經營成本
該儲能電站的經營成本是其日常運轉的主要支出，由充放電損耗、檢修費用、運行人員成本、其他運行管理費用組成。
1)充放電損耗按照“燃煤發電標桿上網電價×(儲能充電量–儲能放電量)”計算。
2)檢修費用包括電池系統、儲能變流器、儲能監控系統、輸變電設備接入及輔助設施，檢修費通常以費率計取，計算基準為不含建設期利息的固定資產值。第10年需考慮電池大修回收、更換的費用。
3)運行人員成本按照少人值守原則，設置站長、主值、電站巡檢等簡單維護人員，以及廚師、清潔人員等，按定員6人考慮。
4)其他運行管理費用主要包括儲能電站日常管理開支、對外售電開支及固定資產保險等。固定資產保險按費率計取，費率取0.05%；其余費用按照項目裝機容量計算，應合理設立單位費用指標計算。
綜合以上，計算得到該儲能電站的年經營成本約為400萬元。
3.3.2折舊費及攤銷費
折舊費和攤銷費的計算可按照各投資方的財務管理規定執行，采用常規直線法，按規定選取折舊、攤銷年限，選取殘值率進行計算。
3.3.3財務費用
該儲能電站的財務費用主要為建設儲能電站籌資發生的利息，包括建設期借款、流動資金借款、運營期短期借款所產生的利息。與意向銀行溝通，該儲能電站長期借款利率為3.5%，流動資金及短期貸款利率為3.25%，采用等額還本付息方式還款。
3.4盈利能力分析
盈利能力判定指標由項目資本金內部收益率體現。即在擬定的融資方案下，從項目資本金出資者整體的角度，確定其現金流入和現金流出，編制項目資本金現金流量表，利用資金時間價值原理進行折現，計算項目資本金內部收益率RFIR[6]，計算式為：
按上述條件，通用財務評價軟件測算，該儲能電站的資本金內部收益率為6.6%，接近抽水蓄能電站的資本金內部收益率水平，項目投資在經濟層面上基本可行。
4.1概述
安科瑞Acrel-2000ES儲能能量管理系統具有完善的儲能監控與管理功能，涵蓋了儲能系統設備(PCS、BMS、電表、消防、空調等)的詳細信息，實現了數據采集、數據處理、數據存儲、數據查詢與分析、可視化監控、報警管理、統計報表等功能。在高級應用上支持能量調度，具備計劃曲線、削峰填谷、需量控制、備用電源等控制功能。系統對電池組性能進行實時監測及歷史數據分析、根據分析結果采用智能化的分配策略對電池組進行充放電控制，優化了電池性能，提高電池壽命。系統支持Windows操作系統，數據庫采用SQLServer。本系統既可以用于儲能一體柜，也可以用于儲能集裝箱，是專門用于儲能設備管理的一套軟件系統平臺。
4.2適用場合
4.2.1系統可應用于城市、高速公路、工業園區、工商業區、居民區、智能建筑、海島、無電地區可再生能源系統監控和能量管理需求。
4.2.2工商業儲能四大應用場景
1）工廠與商場：工廠與商場用電習慣明顯，安裝儲能以進行削峰填谷、需量管理，能夠降低用電成本，并充當后備電源應急；
2）光儲充電站：光伏自發自用、供給電動車充電站能源，儲能平抑大功率充電站對于電網的沖擊；
3）微電網：微電網具備可并網或離網運行的靈活性，以工業園區微網、海島微網、偏遠地區微網為主，儲能起到平衡發電供應與用電負荷的作用；
4）新型應用場景：工商業儲能積極探索融合發展新場景，已出現在數據中心、5G基站、換電重卡、港口岸電等眾多應用場景。
4.3系統結構
4.4.1實時監測
微電網能量管理系統人機界面友好，應能夠以系統一次電氣圖的形式直觀顯示各電氣回路的運行狀態，實時監測各回路電壓、電流、功率、功率因數等電參數信息，動態監視各回路斷路器、隔離開關等合、分閘狀態及有關故障、告警等信號。其中，各子系統回路電參量主要有：三相電流、三相電壓、總有功功率、總無功功率、總功率因數、頻率和正向有功電能累計值；狀態參數主要有：開關狀態、斷路器故障脫扣告警等。
系統應可以對分布式電源、儲能系統進行發電管理，使管理人員實時掌握發電單元的出力信息、收益信息、儲能荷電狀態及發電單元與儲能單元運行功率設置等。
系統應可以對儲能系統進行狀態管理，能夠根據儲能系統的荷電狀態進行及時告警，并支持定期的電池維護。
微電網能量管理系統的監控系統界面包括系統主界面，包含微電網光伏、風電、儲能、充電樁及總體負荷組成情況，包括收益信息、天氣信息、節能減排信息、功率信息、電量信息、電壓電流情況等。根據不同的需求，也可將充電，儲能及光伏系統信息進行顯示。
圖2系統主界面
子界面主要包括系統主接線圖、光伏信息、風電信息、儲能信息、充電樁信息、通訊狀況及一些統計列表等。
光伏界面
圖3光伏系統界面
本界面用來展示對光伏系統信息，主要包括逆變器直流側、交流側運行狀態監測及報警、逆變器及電站發電量統計及分析、并網柜電力監測及發電量統計、電站發電量年有效利用小時數統計、發電收益統計、碳減排統計、輻照度/風力/環境溫濕度監測、發電功率模擬及效率分析；同時對系統的總功率、電壓電流及各個逆變器的運行數據進行展示。
儲能界面
圖4儲能系統界面
本界面主要用來展示本系統的儲能裝機容量、儲能當前充放電量、收益、SOC變化曲線以及電量變化曲線。
圖5儲能系統PCS參數設置界面
本界面主要用來展示對PCS的參數進行設置，包括開關機、運行模式、功率設定以及電壓、電流的限值。
圖6儲能系統BMS參數設置界面
本界面用來展示對BMS的參數進行設置，主要包括電芯電壓、溫度保護限值、電池組電壓、電流、溫度限值等。
圖7儲能系統PCS電網側數據界面
本界面用來展示對PCS電網側數據，主要包括相電壓、電流、功率、頻率、功率因數等。
圖8儲能系統PCS交流側數據界面
本界面用來展示對PCS交流側數據，主要包括相電壓、電流、功率、頻率、功率因數、溫度值等。同時針對交流側的異常信息進行告警。
圖9儲能系統PCS直流側數據界面
本界面用來展示對PCS直流側數據，主要包括電壓、電流、功率、電量等。同時針對直流側的異常信息進行告警。
圖10儲能系統PCS狀態界面
本界面用來展示對PCS狀態信息，主要包括通訊狀態、運行狀態、STS運行狀態及STS故障告警等。
圖11儲能電池狀態界面
本界面用來展示對BMS狀態信息，主要包括儲能電池的運行狀態、系統信息、數據信息以及告警信息等，同時展示當前儲能電池的SOC信息。
圖12儲能電池簇運行數據界面
本界面用來展示對電池簇信息，主要包括儲能各模組的電芯電壓與溫度，并展示當前電芯的最大、最小電壓、溫度值及所對應的位置。
風電界面
圖13風電系統界面
本界面用來展示對風電系統信息，主要包括逆變控制一體機直流側、交流側運行狀態監測及報警、逆變器及電站發電量統計及分析、電站發電量年有效利用小時數統計、發電收益統計、碳減排統計、風速/風力/環境溫濕度監測、發電功率模擬及效率分析；同時對系統的總功率、電壓電流及各個逆變器的運行數據進行展示。
充電樁界面
圖14充電樁界面
本界面用來展示對充電樁系統信息，主要包括充電樁用電總功率、交直流充電樁的功率、電量、電量費用，變化曲線、各個充電樁的運行數據等。
視頻監控界面
圖15微電網視頻監控界面
本界面主要展示系統所接入的視頻畫面，且通過不同的配置，實現預覽、回放、管理與控制等。
4.4.2發電預測
系統應可以通過歷史發電數據、實測數據、未來天氣預測數據，對分布式發電進行短期、超短期發電功率預測，并展示合格率及誤差分析。根據功率預測可進行人工輸入或者自動生成發電計劃，便于用戶對該系統新能源發電的集中管控。
4.4.3策略配置
系統應可以根據發電數據、儲能系統容量、負荷需求及分時電價信息，進行系統運行模式的設置及不同控制策略配置。如削峰填谷、周期計劃、需量控制、有序充電、動態擴容等。
4.4.5運行報表
應能查詢各子系統、回路或設備指定時間的運行參數，報表中顯示電參量信息應包括：各相電流、三相電壓、總功率因數、總有功功率、總無功功率、正向有功電能等。
圖18運行報表
4.4.6實時報警
應具有實時報警功能，系統能夠對各子系統中的逆變器、雙向變流器的啟動和關閉等遙信變位，及設備內部的保護動作或事故跳閘時應能發出告警，應能實時顯示告警事件或跳閘事件，包括保護事件名稱、保護動作時刻；并應能以彈窗、聲音、短信和電話等形式通知相關人員。
4.4.7歷史事件查詢
應能夠對遙信變位，保護動作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數、電芯溫度（鋰離子電池）、壓力（液流電池）、光照、風速、氣壓越限等事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統事件和報警進行歷史追溯，查詢統計、事故分析。
應可以對整個微電網系統的電能質量包括穩態狀態和暫態狀態進行持續監測，使管理人員實時掌握供電系統電能質量情況，以便及時發現和消除供電不穩定因素。
1）在供電系統主界面上應能實時顯示各電能質量監測點的監測裝置通信狀態、各監測點的A/B/C相電壓總畸變率、三相電壓不平衡度百分百和正序/負序/零序電壓值、三相電流不平衡度百分百和正序/負序/零序電流值；
2）諧波分析功能：系統應能實時顯示A/B/C三相電壓總諧波畸變率、A/B/C三相電流總諧波畸變率、奇次諧波電壓總畸變率、奇次諧波電流總畸變率、偶次諧波電壓總畸變率、偶次諧波電流總畸變率；應能以柱狀圖展示2-63次諧波電壓含有率、2-63次諧波電壓含有率、0.5～63.5次間諧波電壓含有率、0.5～63.5次間諧波電流含有率；
3）電壓波動與閃變：系統應能顯示A/B/C三相電壓波動值、A/B/C三相電壓短閃變值、A/B/C三相電壓長閃變值；應能提供A/B/C三相電壓波動曲線、短閃變曲線和長閃變曲線；應能顯示電壓偏差與頻率偏差；
4）功率與電能計量：系統應能顯示A/B/C三相有功功率、無功功率和視在功率；應能顯示三相總有功功率、總無功功率、總視在功率和總功率因素；應能提供有功負荷曲線，包括日有功負荷曲線（折線型）和年有功負荷曲線（折線型）；
5）電壓暫態監測：在電能質量暫態事件如電壓暫升、電壓暫降、短時中斷發生時，系統應能產生告警，事件能以彈窗、閃爍、聲音、短信、電話等形式通知相關人員；系統應能查看相應暫態事件發生前后的波形。
6）電能質量數據統計：系統應能顯示1min統計整2h存儲的統計數據，包括均值、最大值、最小值、95%概率值、方均根值。
7）事件記錄查看功能：事件記錄應包含事件名稱、狀態（動作或返回）、波形號、越限值、故障持續時間、事件發生的時間。
應可以對整個微電網系統范圍內的設備進行遠程遙控操作。系統維護人員可以通過管理系統的主界面完成遙控操作，并遵循遙控預置、遙控返校、遙控執行的操作順序，可以及時執行調度系統或站內相應的操作命令。
圖22遙控功能
應可在曲線查詢界面，可以直接查看各電參量曲線，包括三相電流、三相電壓、有功功率、無功功率、功率因數、SOC、SOH、充放電量變化等曲線。
圖23曲線查詢
4.4.11統計報表
具備定時抄表匯總統計功能，用戶可以自由查詢自系統正常運行以來任意時間段內各配電節點的用電情況，即該節點進線用電量與各分支回路消耗電量的統計分析報表。對微電網與外部系統間電能量交換進行統計分析；對系統運行的節能、收益等分析；具備對微電網供電可靠性分析，包括年停電時間、年停電次數等分析；具備對并網型微電網的并網點進行電能質量分析。
系統支持實時監視接入系統的各設備的通信狀態，能夠完整的顯示整個系統網絡結構；可在線診斷設備通信狀態，發生網絡異常時能自動在界面上顯示故障設備或元件及其故障部位。
圖25微電網系統拓撲界面
本界面主要展示微電網系統拓撲，包括系統的組成內容、電網連接方式、斷路器、表計等信息。
可以對整個微電網系統范圍內的設備通信情況進行管理、控制、數據的實時監測。系統維護人員可以通過管理系統的主程序右鍵打開通信管理程序，然后選擇通信控制啟動所有端口或某個端口，快速查看某設備的通信和數據情況。通信應支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信規約。
圖26通信管理
應具備設置用戶權限管理功能。通過用戶權限管理能夠防止未經授權的操作（如遙控操作，運行參數修改等）。可以定義不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權限，為系統運行、維護、管理提供可靠的安全保障。
應可以在系統發生故障時，自動準確地記錄故障前、后過程的各相關電氣量的變化情況，通過對這些電氣量的分析、比較，對分析處理事故、判斷保護是否正確動作、提高電力系統安全運行水平有著重要作用。其中故障錄波共可記錄16條，每條錄波可觸發6段錄波，每次錄波可記錄故障前8個周波、故障后4個周波波形，總錄波時間共計46s。每個采樣點錄波至少包含12個模擬量、10個開關量波形。
圖28故障錄波
4.4.16事故追憶
可以自動記錄事故時刻前后一段時間的所有實時掃描數據，包括開關位置、保護動作狀態、遙測量等，形成事故分析的數據基礎。
用戶可自定義事故追憶的啟動事件，當每個事件發生時，存儲事故前10個掃描周期及事故后10個掃描周期的有關點數據。啟動事件和監視的數據點可由用戶指定和隨意修改。
圖29事故追憶
4.5系統硬件配置清單
5結論
在新能源裝機容量占比大、系統調峰需求高的地區，合理配置大容量、中長時儲能電站，是支撐構建新型電力系統、高比例消納新能源電力的客觀需要。本文基于大容量集中式電網側儲能示范項目，構建了共享儲能商業模式，探索了市場化提供儲能容量租賃服務，并構建了電網側儲能電站容量電價機制，推動儲能電站參與相關電力市場。經計算分析，該項目投資收益尚可，在經濟層面上基本可行。后續仍需加快各類電力市場建設進度，健全電力輔助服務市場的交易品種與價格機制，推動儲能電站參與各類電力市場，最大化發揮新型儲能電站的作用。
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