薛守凱 邱娜娜

摘要：新能源場站配置儲(chǔ)能是能源發(fā)展的重要戰(zhàn)略選擇，是推動(dòng)電力行業(yè)低碳化、節(jié)約化、清潔化、持續(xù)化發(fā)展，促進(jìn)“雙碳”目標(biāo)高質(zhì)量、高效率實(shí)現(xiàn)的重要舉措。本文簡要闡述新能源場站配置儲(chǔ)能基本知識(shí)，就儲(chǔ)能收益測算與經(jīng)濟(jì)性研究重要意義進(jìn)行探究，介紹儲(chǔ)能收益模式，針對(duì)“風(fēng)電場+儲(chǔ)能”“光伏+儲(chǔ)能”等項(xiàng)目開展經(jīng)濟(jì)性分析并針對(duì)項(xiàng)目運(yùn)營提出建議，以供參考。

關(guān)鍵詞：新能源場站；儲(chǔ)能；收益；經(jīng)濟(jì)性

DOI：10.12433/zgkjtz.20240719

新能源的開發(fā)與利用對(duì)解決當(dāng)前環(huán)境污染和資源短缺問題具有重要意義。隨著相關(guān)研究的不斷深入，風(fēng)電、光伏等新能源在電力領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，成為促進(jìn)電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型升級(jí)、保障電力行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要手段。截至2022年底新能源并網(wǎng)裝機(jī)規(guī)模達(dá)到4.6億kW，預(yù)計(jì)2025年將超過11億kW，新能源參與電網(wǎng)有功功率控制、一次調(diào)頻控制成為必然趨勢。但新能源發(fā)電的間歇性、波動(dòng)性、隨機(jī)性對(duì)電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定、安全運(yùn)行帶來挑戰(zhàn)，增強(qiáng)新能源消納能力、提高電力系統(tǒng)調(diào)峰水平勢在必行。

新能源場站配置儲(chǔ)能技術(shù)的提出，對(duì)解決新能源并網(wǎng)消耗問題，提高電力系統(tǒng)運(yùn)行安全性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性等具有重要意義。目前，關(guān)于新能源場站配置儲(chǔ)能及其相關(guān)問題探究成為國內(nèi)外學(xué)者關(guān)注熱點(diǎn)。多數(shù)研究表示，發(fā)展新能源場站配置儲(chǔ)能時(shí)，需要綜合考慮功能定位、配置容量、投資成本等問題，做好收益評(píng)估與效益分析等工作，在保證儲(chǔ)能基礎(chǔ)功能有效發(fā)揮的同時(shí)，降低儲(chǔ)能配置成本，確保項(xiàng)目開發(fā)的科學(xué)性和經(jīng)濟(jì)性。

一、對(duì)新能源場站配置儲(chǔ)能的基本認(rèn)知

（一）核心概念

新能源，又稱“非常規(guī)能源”，是在新材料、新技術(shù)的應(yīng)用下形成的可再生能源，例如，風(fēng)電能、光伏能、洋流能、氫能、水電能、地?zé)崮艿取Ｐ履茉吹拈_發(fā)利用已成為解決環(huán)境污染問題，改善能源日間短缺與需求不斷增多矛盾，推動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)穩(wěn)定、健康、長遠(yuǎn)發(fā)展的重要措施。目前，新能源電力產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，風(fēng)電機(jī)組、光伏組件等約占市場份額的70%。

新能源場站隸屬電力系統(tǒng)，主要是指并入電力系統(tǒng)的風(fēng)電場設(shè)備或光伏電站設(shè)備或其他以新能源為主的電場（電站）設(shè)備的集合。目前，我國風(fēng)電裝機(jī)容量、陽能發(fā)電裝機(jī)容量均超過4億kW，國網(wǎng)經(jīng)營區(qū)內(nèi)多個(gè)省份新能源發(fā)電成為主流，大型新能源場站數(shù)量高達(dá)6000個(gè)?！笆奈濉逼陂g將保持快速發(fā)展趨勢，加快構(gòu)建新能源場站，持續(xù)提升裝機(jī)規(guī)模。

儲(chǔ)能主要是指利用介質(zhì)、設(shè)備、技術(shù)等將能源有效儲(chǔ)存，以待需求時(shí)釋放應(yīng)用。新能源場站配置儲(chǔ)能按照實(shí)際需求，依據(jù)相關(guān)規(guī)定配置一定儲(chǔ)能設(shè)置，進(jìn)行新能源與新型儲(chǔ)能協(xié)同發(fā)展與優(yōu)化運(yùn)行的過程。新能源場站配置儲(chǔ)能在新能源發(fā)電消納能力提升、電力系統(tǒng)運(yùn)行安全保障、新能源發(fā)電設(shè)施利用率提高等方面表現(xiàn)出顯著優(yōu)勢，已成為新時(shí)期下促進(jìn)電力系統(tǒng)清潔化、綠色化、低碳化以及節(jié)約化轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要路徑。

（二）驅(qū)動(dòng)因素

風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、潮汐發(fā)電等在一定程度上存在不確定性，這與新能源具備規(guī)律性、隨機(jī)性、波動(dòng)性以及間歇性等特征相關(guān)。而新能源發(fā)電的不確定性在一定程度上對(duì)電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行帶來挑戰(zhàn)。例如，調(diào)峰引起的運(yùn)營管理問題，棄電引起的經(jīng)濟(jì)性問題等。新能源場站配置儲(chǔ)能能在一定程度上提高新能源發(fā)電的可調(diào)控性，提高設(shè)備利用率的同時(shí)，減少系統(tǒng)成本；新型儲(chǔ)能設(shè)施可在一定程度上承擔(dān)主力電源責(zé)任，協(xié)助新能源機(jī)組進(jìn)行資源調(diào)節(jié)；新能源場站配置儲(chǔ)能可以提高新能源消納能力，解決隨機(jī)性、波動(dòng)性帶來的現(xiàn)貨價(jià)格影響，改善新能源參與市場的盈利狀況。因此，在新能源發(fā)電規(guī)模不斷提升背景下，有必要配置儲(chǔ)能，實(shí)現(xiàn)高比例新能源并網(wǎng)，促使電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

（三）應(yīng)用模式

隨著新能源場站配置儲(chǔ)能研究的不斷深入，已形成多種應(yīng)用模式，較常見的有以下幾種：

第一，“風(fēng)電/光伏+儲(chǔ)能”。儲(chǔ)能系統(tǒng)與風(fēng)電/光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行，運(yùn)行期間儲(chǔ)能系統(tǒng)能將風(fēng)電/光伏發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的多余電能儲(chǔ)存，待風(fēng)電/光伏發(fā)電系統(tǒng)無法滿足電力供應(yīng)需求時(shí)，釋放電力，一方面，減少棄風(fēng)棄；另一方面，保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

第二，多能互補(bǔ)模式。常用于大型綜合能源基地，能將風(fēng)能、電能、水能、火能等各種能源科學(xué)、有效存儲(chǔ)，優(yōu)化電站能源存量，提高電站一次調(diào)峰控制能力，解決棄電問題。

第三，微電網(wǎng)模式。通過微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)或智慧能源管理系統(tǒng)進(jìn)行多種能量存儲(chǔ)，既可獨(dú)立運(yùn)行，也可與電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行，適用于多種經(jīng)營模式，可實(shí)現(xiàn)對(duì)能源的集中式、分布式和一體化管控。

第四，“分布式光伏+儲(chǔ)能”。以系統(tǒng)疊加方式構(gòu)建，靈活性、可調(diào)節(jié)性較強(qiáng)，可提高光伏發(fā)電并網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性，提升光伏自發(fā)自用率，降低電網(wǎng)局部故障對(duì)電力系統(tǒng)的影響。

二、收益測算與經(jīng)濟(jì)性研究的重要意義

新能源場站配置儲(chǔ)能過程中需要明確儲(chǔ)能配置應(yīng)用場景、應(yīng)用模式、技術(shù)條件、技術(shù)類型、效益目標(biāo)、控制策略、優(yōu)化模型、配置效果等。目前，新能源場站配置儲(chǔ)能常用方法主要有時(shí)序運(yùn)行仿真法、確定性配置法、場景分析法、隨機(jī)規(guī)劃法、魯棒優(yōu)化規(guī)劃法、原理推導(dǎo)法以及多配置方法聯(lián)合應(yīng)用法。儲(chǔ)能配置方法不同，配置效果的側(cè)重點(diǎn)也不同。就時(shí)序運(yùn)行仿真法而言，側(cè)重于提高新能源消納能力。但無論是采用哪種配置方法，均要考慮配置方案的經(jīng)濟(jì)性。有學(xué)者通過經(jīng)濟(jì)性分析提出季節(jié)性儲(chǔ)能容量優(yōu)化配置方案，促進(jìn)新能源發(fā)電綜合效益提升；有學(xué)者以“分布式光伏+儲(chǔ)能”為背景，進(jìn)行新能源場站配置儲(chǔ)能收益測算，確定模式的有效應(yīng)用，可獲取較好收益，可滿足大部分地區(qū)新能源場站發(fā)展的需求。

三、儲(chǔ)能收益測算方法分析

（一）測算方法

我國新能源發(fā)電以風(fēng)力發(fā)電與光伏發(fā)電為主，在新能源場站配置儲(chǔ)能收益測算與經(jīng)濟(jì)性分析過程中以“風(fēng)電+儲(chǔ)能”“光伏+儲(chǔ)能”項(xiàng)目為主，可量化收益模式主要有兩種：第一，通過減少棄電獲得收益；第二，通過參與輔助服務(wù)市場獲得收益?，F(xiàn)確定儲(chǔ)能配置方法為時(shí)序運(yùn)行仿真法，技術(shù)新目標(biāo)以新能源消納能力提高為主，考慮到儲(chǔ)能投資與運(yùn)用效果，進(jìn)行收益測算。

1.基于減少棄電獲益模式的測算分析

針對(duì)新能源間歇性、規(guī)律性等特征，有效儲(chǔ)存棄風(fēng)棄光階段能量，待需要時(shí)釋放電力，獲取收益。在對(duì)該收益測算時(shí)，具體操作如下：

第一，配置規(guī)模優(yōu)化與確定。在其他條件一定情況下，需要全面與準(zhǔn)確獲取新能源利用率（R）、新能源發(fā)電系統(tǒng)棄風(fēng)或棄光電量（Qf或Qg）。構(gòu)建基于時(shí)序運(yùn)行的仿真模型，添加儲(chǔ)能規(guī)模（Cx），計(jì)算Cx條件下的R、Qf或Qg，不斷調(diào)整Cx值，當(dāng)R達(dá)到95%以上時(shí)，此時(shí)的Cx值為最優(yōu)配置規(guī)模。

第二，減少棄電收益確定。以風(fēng)能為主的風(fēng)電場，減少棄風(fēng)電量計(jì)算公式為，因減少棄風(fēng)電量而獲得的收益為。以太陽能為主的光伏電場，減少棄光電量計(jì)算公式為，因減少棄光電量而獲得的收益為。為配置儲(chǔ)能后儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電系數(shù)，一般可其90%，與分別表示風(fēng)電、光伏并網(wǎng)電價(jià)。在確定儲(chǔ)能配置規(guī)模后，了解儲(chǔ)能系統(tǒng)年放電電量（）后，可根據(jù)公式確定度年收益（）。

2.基于參與輔助服務(wù)市場獲益模式的測算分析

高比例新能源并網(wǎng)需要分?jǐn)偯弘娬{(diào)峰費(fèi)用，且分?jǐn)傎M(fèi)用受發(fā)電量影響較大。配置儲(chǔ)能后，儲(chǔ)能系統(tǒng)參與煤電調(diào)峰輔助服務(wù)市場，帶來一定收益。在對(duì)該收益測算時(shí)，具體操作如下：

第一，不配置儲(chǔ)能條件下，深度調(diào)峰時(shí)段、深度調(diào)峰費(fèi)用、新能源場站調(diào)峰分?jǐn)傎M(fèi)用計(jì)算。首先，收集電力系統(tǒng)運(yùn)營歷史資料，了解不配置儲(chǔ)能時(shí)煤電調(diào)峰情況，確定煤電調(diào)峰時(shí)間段。其次，計(jì)算調(diào)峰時(shí)間段煤電調(diào)峰電量（符號(hào)Em表示），了解區(qū)域調(diào)峰輔助服務(wù)交易價(jià)格（P），計(jì)算調(diào)峰輔助服務(wù)費(fèi)用（Em×P）。此外，根據(jù)風(fēng)電場與光伏電廠的發(fā)電情況，確定調(diào)峰分?jǐn)傎M(fèi)用，公式分別為與，式中與分別表示調(diào)峰時(shí)段風(fēng)電與光伏的發(fā)電量。

第二，配置儲(chǔ)能條件下，深度調(diào)峰時(shí)段、深度調(diào)峰費(fèi)用、新能源場站調(diào)峰分?jǐn)傎M(fèi)用計(jì)算。首先，確定新能源場站儲(chǔ)能配置規(guī)模，掌握煤電參與調(diào)峰下與不參與調(diào)峰時(shí)煤電發(fā)電情況，掌握配置儲(chǔ)能下調(diào)峰時(shí)段。其次，根據(jù)公式Em－1×P計(jì)算深度調(diào)峰費(fèi)用，聯(lián)合儲(chǔ)能系統(tǒng)充電情況計(jì)算減少關(guān)口發(fā)電量與調(diào)峰服務(wù)分?jǐn)傎M(fèi)用，即，。

第三，參與輔助服務(wù)收益計(jì)算。“風(fēng)電場+儲(chǔ)能”項(xiàng)目中，參與輔助服務(wù)收益為，“光伏+儲(chǔ)能”項(xiàng)目中，參與輔助服務(wù)收益為。如果儲(chǔ)能系統(tǒng)放電電量為，新能源場站配置儲(chǔ)能模式下的度電收益。

（二）實(shí)證分析

某省預(yù)計(jì)2025年新能源發(fā)電裝機(jī)容量超過4900萬kW，

風(fēng)力發(fā)電≥2600萬kW，光伏發(fā)電≥2400萬kW。通過資料采集與整理，發(fā)現(xiàn)新能源利用率不足93%，棄風(fēng)電量與棄光帶電量在45億kWh以上與47億kWh以上。要想提高新能源利用率，需要保證新能源場站儲(chǔ)能配置規(guī)模在640萬kW以上，棄電量減少40%～60%。

在減少棄電獲益模式下，假設(shè)風(fēng)電并網(wǎng)電價(jià)為0.47元/kWh，光伏并網(wǎng)電價(jià)為0.49元/kWh，

＞17億kWh，＞21億kWh，經(jīng)預(yù)算前者獲益＞7億元，后者獲益＞9億元。如果風(fēng)電場充放電電量＞38億kWh，光伏電站充放電量＞46億kWh，儲(chǔ)能系統(tǒng)度電收益均達(dá)到0.4元/kW及以上。儲(chǔ)能配置過程中，要想滿足配置合理性需求，需要根據(jù)風(fēng)電場、光伏電站裝機(jī)情況進(jìn)行配置規(guī)模計(jì)算。如果風(fēng)電場裝機(jī)規(guī)模為2600萬kW，光伏發(fā)電裝機(jī)規(guī)模為2400萬kW，分配不低于640萬kW的儲(chǔ)能，最佳配置為風(fēng)電場按照10%裝機(jī)規(guī)模配置，光伏電站按照15%裝機(jī)規(guī)模配置。

在參與輔助服務(wù)市場獲益模式下，相關(guān)資料整理與統(tǒng)計(jì)顯示，儲(chǔ)能配置前后煤電調(diào)峰電量分別在70億kWh與42億kWh以上；全網(wǎng)深度調(diào)峰費(fèi)用分別在22億元與13億元以上，月減少9億元；調(diào)峰時(shí)段減少關(guān)口發(fā)電量約為116億kWh；新能源場站配置儲(chǔ)能后，減少調(diào)峰分?jǐn)傎M(fèi)用約為9億元。如果儲(chǔ)能系統(tǒng)年放電電量＞40億kWh，度電收益在0.15～0.30元/kWh之間。

四、經(jīng)濟(jì)性與運(yùn)營模式分析

經(jīng)濟(jì)性分析需要考慮的因素眾多，包括儲(chǔ)能配置收益、儲(chǔ)能系統(tǒng)建設(shè)成本、儲(chǔ)能系統(tǒng)使用壽命、項(xiàng)目經(jīng)營與維修費(fèi)用等。從儲(chǔ)能配置收益角度看，新能源場站配置儲(chǔ)能可減少棄電，參與輔助服務(wù)市場時(shí)能在一定程度上分?jǐn)偵疃日{(diào)峰費(fèi)用，其中風(fēng)電場配置儲(chǔ)能后綜合度電收益超過0.6元/kWh，光伏電站綜合度電收益超過0.5元/kWh。從儲(chǔ)能系統(tǒng)建設(shè)成本角度看，涉及設(shè)備與材料費(fèi)用、人工費(fèi)用、城市維護(hù)建設(shè)費(fèi)用、安裝與運(yùn)輸費(fèi)用等?；诮?jīng)驗(yàn)總結(jié)，發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)能系統(tǒng)建設(shè)成本占項(xiàng)目總成本的80%以上，結(jié)合實(shí)例具體情況，確定儲(chǔ)能系統(tǒng)建設(shè)成本在1.6元/Wh以上。從度電成本角度看，“風(fēng)電場+儲(chǔ)能”2025年裝機(jī)容量2600萬kW，按10%配置儲(chǔ)能，儲(chǔ)能系統(tǒng)年放電電量＞18億kWh，儲(chǔ)能系統(tǒng)使用壽命為10年、15年、20年時(shí)，度電成本分別在0.62～0.78元/Wh、0.42～0.52元/Wh、

0.31～0.39元/Wh；“光伏+儲(chǔ)能”2025年裝機(jī)容量2400萬kW，按15%配置儲(chǔ)能，儲(chǔ)能系統(tǒng)年放電電量＞22億kWh，儲(chǔ)能系統(tǒng)使用壽命為10年時(shí)度電成本為0.61～0.78元/Wh，使用壽命15年時(shí)度電成本為0.41～0.52元/Wh，使用壽命20年時(shí)度電成本為0.32～0.39元/Wh。“風(fēng)電場+儲(chǔ)能”三個(gè)壽命階段的度電收益率在－11%～99%之間，“光伏+儲(chǔ)能”三個(gè)壽命階段的度電收益率在－25%～87%之間，均呈現(xiàn)使命壽命越長、度電收益率越高的特征。

五、結(jié)語

“新能源+儲(chǔ)能”已成為新能源電力行業(yè)發(fā)展主流趨勢，在新能源并網(wǎng)安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行中表現(xiàn)出較強(qiáng)優(yōu)勢。但在發(fā)展“新能源+儲(chǔ)能”項(xiàng)目時(shí)，為確保儲(chǔ)能配備合理、科學(xué)、有效，需要做好收益預(yù)測與經(jīng)濟(jì)性分析工作。上述研究采用時(shí)序運(yùn)行仿真工具計(jì)算儲(chǔ)能配置最優(yōu)容量，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行收益評(píng)估。經(jīng)算例分析，確定該方法可行、有效，并顯示：第一，風(fēng)電場與光伏電站儲(chǔ)能配備在10%與15%時(shí)，可獲取較好棄電減少效益；第二，新能源場站配置儲(chǔ)能度電收益可達(dá)到0.5元/kWh以上；第三，儲(chǔ)能系統(tǒng)使用壽命越長，項(xiàng)目盈利性越高；第四，“新能源+儲(chǔ)能”項(xiàng)目開展構(gòu)成中，需要根據(jù)自身實(shí)際情況合理選擇運(yùn)營模式。

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