(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 108199399 A(43)申请公布日 2018.06.22
(21)申请号 201810026085.9(22)申请日 2018.01.11
(71)申请人 国网安徽省电力有限公司经济技术
研究院
地址 230000 安徽省合肥市政务区怀宁路
1599号
申请人 上海交通大学
上海博英信息科技有限公司 合肥阳光新能源科技有限公司(72)发明人 马静 徐加银 孙丰杰 王海冰
王承民 叶斌 刘涌 邹绍琨 (51)Int.Cl.
H02J 3/32(2006.01)
权利要求书1页 说明书5页 附图3页
(54)发明名称
电网侧和新能源侧的蓄电池储能系统经济性模型(57)摘要
本发明公开了一种分别从电网侧和新能源电厂侧评估的蓄电池储能系统经济性模型，用于评估投资蓄电池储能系统的经济性，以推动其商业化应用和发展。所述模型包括电网侧模型和新能源电厂侧模型，其中电网侧模型包括低储高发套利、减少常规备用容量、减少电网停电损失、降低电网网损、延缓电网升级投资等五个方面效益，以及投资建设和运行维护两部分成本，新能源电厂侧模型包括减少新能源发电旋转备用容量、减少新能源并网通道的建设容量、减少碳排放的环境效益、假想峰谷上网电价下的低储高发套利等四部分效益。本发明基于不同投资主体对蓄电池储能系统的效益全面且量化的进行分析，从而弥补现有模型效益分析不够全面、难以计算的不足。
CN 108199399 ACN 108199399 A
权 利 要 求 书
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1.电网侧和新能源侧的蓄电池储能系统经济性模型，其特征在于根据投资主体分为电网侧和新能源电厂侧模型；电网侧的蓄电池储能系统经济性模型包括：低储高发套利、减少常规备用容量、减少电网停电损失、降低电网网损、延缓电网升级投资等五个方面效益，以及投资建设和运行维护两部分成本；新能源电厂侧的蓄电池储能系统经济性模型包括：减少新能源发电旋转备用容量、减少新能源并网通道的建设容量、减少碳排放的环境效益、假想峰谷上网电价下的低储高发套利等四部分效益。
2.根据权利要求1所述的蓄电池储能系统经济性模型，其特征在于，所述的新能源电厂侧效益为减少新能源发电旋转备用容量、减少新能源并网通道的建设容量、减少碳排放的环境效益、假想峰谷上网电价下的低储高发套利之和。
3.根据权利要求1所述的蓄电池储能系统经济性模型，其特征在于，所述的电网侧降低电网网损收益通过负荷低谷和高峰时的有功功率损耗率、平均持续时间、功率因数来量化。
4.根据权利要求1所述的蓄电池储能系统经济性模型，其特征在于，所述的电网侧减少电网停电损失效益为系统平均每年停电率、单位电量的GDP产值、储能剩余电量期望值、额定功率、充放电时间的乘积。
5.根据权利要求1所述的蓄电池储能系统经济性模型，其特征在于，所述的新能源电厂侧减少碳排放的环境效益为储能额定功率、充放电时间、充放电效率、碳排放减排因子和碳交易市场价格的乘积。
6.根据权利要求1至5任意一项所述的蓄电池储能系统经济性模型，其特征在于，所述的效益和成本计算都要折算到每一年。
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说 明 书
电网侧和新能源侧的蓄电池储能系统经济性模型
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技术领域
[0001]本发明涉及电力行业中蓄电池储能系统的经济性评估领域，具体是分别从电网侧和新能源电厂侧对蓄电池储能系统的效益和成本综合分析。
[0002]
背景技术
[0003]蓄电池储能技术由于其占地面积小、能量密度高、循环寿命长等优点得到了广泛的发展和研究，逐渐被应用于电力系统的各个环节，可以起到削峰填谷、辅助服务、提高供电可靠性、改善电能质量等作用。然而要进一步实现商业化推广和应用，如何评价蓄电池储能的经济性是研究的重点。电力系统中，蓄电池储能的投资主体可以分为电网公司、新能源电厂和用户，其中新能源电厂侧和电网侧采取集中式大规模配置储能，用户侧则是分布式接入储能。
[0004]国内蓄电池储能系统现在处于示范项目阶段，还未实现商业化，主要是对蓄电池储能系统能否盈利不确定。建立蓄电池储能系统经济性评估模型是一项十分复杂的工程，不仅需要对蓄电池储能技术深入研究，同时也要电网的现状和发展趋势有明确的认识。其复杂性突出体现在：（1）蓄电池储能系统能够带来许多效益，如低储高发套利、减少常规备用容量、减少电网停电损失、降低电网网损等，难以考虑全面；（2）部分效益难以具体量化，定量评估存在困难。
[0005]经过对现有技术文献的检索分析，现行蓄电池储能系统的经济性模型主要存在以下不足：
1.对储能带来的收益考虑不全面，如没有计及储能减少停电损失、储能降低电网损耗、储能减少碳排放等方面的经济效益；
2.大部分模型以电网作为投资主体，对于新能源发电商等收益主体缺少研究，甚至对不同投资主体没有明确的区分；
3.现有经济性模型的具体评估方式过于复杂，量化和计算方式在实际工程中难以实现，不具有实操性。发明内容
[0006]针对上述背景技术中的问题，本发明提供了一种基于不同投资主体（电网、新能源电厂）的蓄电池储能系统经济性评估模型，分别从电网侧和新能源电厂侧对蓄电池储能系统的效益和成本进行研究。
[0007]本发明所采用的评估模型包括以下部分：
1、储能配置在电网侧的经济性模型1.1 效益模型（1）低储高发套利
我国销售侧采用峰谷电价，储能装置在低价买入、高价卖出的过程中，实现其显性经济
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说 明 书
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收益。这部分年效益E1可表示为：
（1）
其中：n为储能装置每年充放电循环次数；将一天分为m个时段，Pi+、Pi-分别为第i时段的储能放电和充电功率；ei为第i时段的峰谷电价。[0008]（2）减少常规备用容量
蓄电池储能装置可以代替常规电源作为新能源发电等的备用容量。此部分储能装置代替备用容量支出的收益E2可表示为：
（2）
其中，Pmax为储能装置额定功率；T为储能装置以功率Pmax充电的持续时间（h）；es为单位备用容量的价格（万元/MW年）；E(SOC)是SOC(State of Charge，荷电状态)的数学期望。[0009]（3）减少电网停电损失
电网可靠性成本可定义为供电部门为使电网达到一定供电可靠性水平而需增加的成本。储能装置应用在电网中可以提高电网供电可靠性，相应节省了电网为达到相同的供电可靠性而所需的投资，也相当于储能装置减少地区停电损失的效益。本发明通过缺电损失评价率来评估这部分效益E3。
[0010]
（3）
其中，AS为系统平均每年停电率；RIEA为用户停电损失评价率（万元/MWh），可取该地区单位电量的GDP产值近似替代。[0011]（4）降低电网网损
储能系统在负荷低谷充电相当于负载，增加系统负荷，从而使得系统谷荷时的网损增加；在负荷高峰放电，减少系统传输的功率，使得系统峰荷时的网损减少。研究表明储能造成的网损减少量大于其引起的网损增加量。设负荷低谷时平均有功功率为Pl，无功功率为αPl，负荷高峰时的平均有功和无功功率分别为βPl、αβPl。则此部分年收益E4为：
（4）
其中eh和el别为峰荷和谷荷时段电价；Th、Tl分别为峰荷和谷荷平均持续时间；ηηh、l分别为峰荷和谷荷电网有功功率损耗率。[0012]（5）延缓电网升级投资
由于电网负荷或者新能源并网传输容量超过线路容量时，需要对电网升级扩建。储能装置可以实现在负荷低谷时提高线路的利用率，在负荷高峰时就地供电减少传输功率，以此替代传统的电网升级措施，延缓线路和变压器等的投资。在减少电网扩建容量方面的效益E5为：
（5）
其中：Pc=Pimax-Pa为拉平负荷曲线所需的临界功率，Pimax为日负荷最大值，Pa为日平均
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说 明 书
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负荷；Cd为用户配电设备的单位造价（万元/MW）；λη为d为用户配电设备的固定资产折旧率；储能装置的储能效率，包括并网设备的损耗和蓄电池的充放电损耗。[0013]1.2 成本模型
储能装置的成本费用主要包括储能装置的投资建设成本和运行维护成本。其中投资建设成本主要包括站址建设成本、并网设备成本和蓄电池系统成本等等，如式（6），储能装置每年的运行维护成本如式（7）：
（6）
（7）
其中：Cf为站址建设成本（万元）；KP为新能源电能转换设备的单位造价（万元/MW）；KW为储能装置的单位造价（万元/MWh）；λλP为站址和并网设备等固定资产折旧率；W为蓄电池组固定资产的折旧率；Cm为单位容量的储能系统年运维成本（万元/MW）。[0014]1.3 经济评估模型
综上，储能配置在电网侧的经济分析模型为：
（8）
2、储能配置在新能源电厂侧的经济性模型2.1 效益模型（1）减少新能源发电旋转备用容量
新能源发电的随机性导致新能源并网后，新能源电场预报出力与实际出力存在偏差，这使得系统需要配备相应的旋转备用容量，这部分容量由新能源电场出力预测可信度决定。配置有一定容量的储能装置后，储能装置可以调节新能源电场出力，减少预测可信度导致的偏差，从而减少系统所需配备的旋转备用容量，获得相应的经济效益：
（9）
式中：ec,i为第i时段内的备用容量价格（万元/MW）；X为新能源电场的预测可信度；PW,i为新能源电场在第i时段内的出力。[0015]（2）减少新能源并网通道的建设容量
新能源电源的并网通道容量按照典型日出力的最大值来进行规划，储能装置可以平滑新能源电源出力曲线，从而减少所需建设的并网通道。节省的成本主要取决于出力曲线平
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说 明 书
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滑前后的功率峰值之差，可以表示为：
式中：λKC为并网通道的单位造价（万元/MW）。W为储能系统固定资产的折旧率；[0016]（3）减少碳排放的环境效益
光伏、风电等新能源是绿色能源，具有减少温室气体二氧化碳排放的特点。而储能装置参与新能源侧使用，可以增加新能源的出力，减少燃煤机组的出力，从而到达减少碳排放的效用。碳排放交易市场是为促进全球温室气体减排，减少全球二氧化碳排放所采用的市场机制。目前中国已有7家主要的碳排放交易所：广州碳排放权交易所、深圳排放权交易所、北京环境交易所、上海环境能源交易所、湖北碳排放权交易所、天津排放权交易所和重庆碳排放权交易所。随着碳交易市场的不断探索和发展，储能系统在减少碳排放方面的经济效益是潜力巨大的。这部分效益可以表示为如下所示：
（11）
式中，EFCO2为减少碳排放的减排因子（吨/MWh），eco2为碳排放的交易价格（万元/吨）。[0017]（4）峰谷上网电价下的低储高发套利
我国目前对于新能源电源实行标杆上网电价的政策。在固定上网电价机制下，利用新能源中的储能系统实现负荷低谷时蓄电、负荷高峰时放电不会对新能源发电商产生经济效益，无法激励其采取储能装置去改善新能源电源质量。假设参考用户侧峰谷电价来设置新能源发电电价，研究上网电价峰谷差带来的经济效益。则储能系统通过低储高发套利为
（12）
式中，ei为第i时段内的上网电价。[0018]2.2 经济评估模型
储能配置在新能源电厂侧的成本模型亦可用式（6）和式（7）表示。综上，储能配置新能源电厂侧的经济分析模型为
（13）。
附图说明
[0019]图1为分别从电网侧和新能源电厂侧评估的蓄电池储能系统经济性模型的原理图。
[0020]图2为根据所述模型实现经济性最优的蓄电池储能系统配置流程。[0021]图3为储能配置在电网侧的经济性算例结果。[0022]图4为储能配置在电网侧的经济性算例结果。
[0023]
具体实施方式
[0024]以实例介绍如何运用上述模型评估蓄电池储能系统的经济性。
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1.储能配置在电网侧的经济性模型表1 储能配置在电网侧的经济性算例相关数据
算例采取的相关数据如表1所示，通过式（1）—（8），分别计算计算不同方面的效益及其成本，可以得到结果如附图3所示，可以看到钠硫电池的年净收益最大，经济性较好。[0026]2.储能配置在新能源电厂侧的经济性模型
表2 储能配置在新能源电厂侧的经济性算例相关数据
以钠硫电池储能系统为例，算例数据如表2所示，根据公式（9）—（13），得到结果如附图4所示，可以看到当T=2时钠硫电池储能系统的经济性较好，储能容量为15MW时，年净收益最大。
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说 明 书 附 图
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图1
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图2
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图3
图4
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