電網側儲能電站綜合評價

王元凱 ，周家華，潘 郁，金 迪，操瑞發，張 興，杜士平

（1.國網浙江省電力有限公司寧波供電公司，浙江 寧波 315336；2.浙江優能電力設計有限公司，浙江 寧波 315100）

0 引言

儲能技術的應用領域主要包括新能源并網、分布式能源及微網[1]、系統調峰、應急備用、電能質量管理[2]等。不同的儲能技術所具有的技術經濟優勢和局限性差異很大，故其適用于相應的何種領域，需要具體分析，只有堅持技術上可行可靠、成本經濟的路線，才能具有大規模商業化應用的前景。

目前，國內外學者逐漸開展了關于儲能評價的相關研究。文獻[3]構建了電池儲能技術綜合評價指標體系，針對儲能技術在不同領域的具體應用進行了綜合評價。文獻[4]建立了電力儲能蓄電池的綜合評價體系，把環保性、技術性能、經濟性和安全性作為評估電力儲能蓄電池綜合性能的4 個一級指標，每個一級指標下再各設若干二級指標。文獻[5]在額定功率和額定容量已經確定的情況下，通過優化調度對儲能系統經濟價值進行評估。文獻[6]從技術、經濟、社會和環境4 個方面入手，建立風光儲能電站技術經濟綜合評價指標體系，選擇序關系法確定了綜合評價指標體系的權重，并運用模糊綜合評價法對指標體系進行綜合評價，建立了風光儲電站技術經濟綜合評價模型。文獻[7]提出了一個通用的用于生產成本仿真的大容量儲能技術分配模型，并對不同系統情境下的儲能技術經濟效益進行了評估。文獻[8]利用年度8 760 h 潮流計算和優方法，得到有儲能和無儲能接入情況下的最優技術措施組合，通過對比不同措施組合的成本構成，評估儲能支撐分布式光伏接入的價值。文獻[9]針對儲能應用的評價，從補償效果、安全性、可靠性、經濟性等方面給出了相關評價指標和評價方法。文獻[10]建立了涵蓋技術性、經濟性和社會性的儲能系統綜合評估指標體系，將熵值法與灰色關聯分析法相結合，結合實例對不同儲能技術的綜合效益進行了評估。文獻[11]提出考慮多利益主體的分層儲能系統綜合評估指標體系，基于AHP（層次分析法）和TOPSIS（改進逼近理想解法）提出了多模型綜合評估算法。文獻[12]基于層次分析法，提出了技術經濟指標下不同儲能規模間的標度計算方法，建立了綜合評估指標的數學模型。

由以上分析可知，目前對儲能技術的研究多是從技術或經濟效益等單層面進行評價的。本文綜合考慮經濟性、技術、環境影響，建立了一套適用于電網側儲能綜合評價的指標體系，對各指標的定義及計算進行了詳細說明，給出了綜合評價流程及相適應的綜合評價方法，并對寧波市某變電站電網側儲能項目進行實例評估。

1 電網側儲能綜合評價指標體系

儲能綜合評價指標一級指標主要包括可靠性指標、能效指標、經濟性指標、電網影響指標以及環境影響指標。在一級指標下又分為多個二級指標和三級指標，見圖1。

可靠性指標、能效指標主要用于儲能系統本身的運行評價；經濟性指標、電網影響指標及環境影響指標主要應用于儲能系統的價值評價。本文主要針對儲能系統的價值進行評價。

1.1 經濟性指標

（1）凈現值NPV

式中： CI 為現金流入量；CO 為現金流出量；（CICO）t為第t 年的凈現金流量；t 為現金流量發生的年份；n 為項目生命周期；r 為折現率。

圖1 儲能綜合評價指標體系

（2）內部收益率IRR

式中： r1為所取的較低折現率；r2為所取的較高折現率；NPV（r1）為r1的凈現值；NPV（r2）為r2的凈現值，其值一般為負值。

（3）動態投資回收期Pt′

1.2 電網影響指標

1.2.1 對供電安全性的影響

（1）110 kV 主變N-1 通過率（α1）

式中： n1為通過N-1 的主變壓器（以下簡稱“主變”）數量；n 為110 kV 主變數量。

（2）110 kV 線路N-1 通過率（β1）

式中： m1為通過N-1 的110 kV 線路數量；m 為110 kV 線路數量。

（3）N-1 最大負荷損失率（γ1max）

式中： ΔPmax為配電系統發生N-1 故障后，最大負荷損失值；Pmax為配電系統正常運行條件下的最大負荷。

1.2.2 對供電可靠性的影響

供電可靠性提高主要是指儲能建設后，減少了變電站轄區用戶的故障停電時間，儲能建設前的停電持續時間可取歷史平均值，儲能建設后停電持續時間由歷史平均停電負荷值和儲能所供電量（按儲能容量的50%計算）得到。

（1）系統平均停電持續時間SAIDI

式中： N 為用戶數量；ti為用戶i 持續停電時間。

（2）系統平均停電頻率SAIFI

式中： ni為用戶i 總持續停電次數。

1.2.3 對供電經濟性的影響

供電經濟性的提高是指儲能建設后，基于負荷數據控制儲能充放電策略，包括平均線損率、變壓器負載率方差和線路負載率方差等指標。

（1）平均線損率ΔPavg

式中： ΔPi為線路i 的功率損耗；n 為配電系統線路數量（包括變壓器等值線路）。

式中： N 為某變壓器一年內負載率采樣點數量，一般取8 760；βti為某變壓器在采樣點i 的負載率；為某變壓器一年內負載率均值。

1.2.4 對最大供電能力的影響

儲能系統建成后，增加了變電站供電能力，從而提高了最大供電能力。最大供電能力具體計算見文獻[13]。

（1）配電系統最大供電能力ATSC

式中： ASSC為配電系統變電站供電能力；ANTC為配電系統網絡轉移能力。

（2）最大供電能力占比ηTSC

式中： AMSC為全聯絡供電能力，一定供電區域內配電網所有主變兩兩互聯，即系統達到全聯絡且聯絡容量足夠大時的最大供電能力。

1.3 環境影響指標

（1）單位容量土地占用面積ΔA

式中： A 為儲能系統占用土地面積；EN為儲能系統額定容量。

（2）單位容量二氧化碳減排量δCO2

式中： ΔWCO2為儲能系統代替火電機組進行調峰、促進新能源消納時，其生命周期內減少的二氧化碳排放量；EN為儲能系統額定容量；λCO2為二氧化碳排放系數，2017 年全國單位火電發電量二氧化碳排放量為0.844 kg/kWh[14]；Syear為儲能系統生命周期內替代常規火電機組的調峰、促進新能源消納電量。

（3）單位容量二氧化硫減排量δSO2

式中： ΔWSO2為儲能系統代替火電機組進行調峰、促進新能源消納時，儲能系統生命周期內減少的二氧化硫排放量；λSO2為二氧化硫排放系數，2017 年全國單位火電發電量二氧化硫排放量為0.000 26 kg/kWh[14]。

（4）單位容量氮氧化物減排量δNOX

式中： ΔWNOX為儲能系統代替火電機組進行調峰、促進新能源消納時，儲能系統生命周期內減少的氮氧化物排放量；λNOX為氮氧化物排放系數，2017年全國單位火電發電量氮氧化物排放量0.000 25 kg/kWh[14]。

（5）單位容量煙塵減排量δ煙塵

式中： ΔW煙塵為儲能系統代替火電機組進行調峰、促進新能源消納時，儲能系統生命周期內減少的煙塵排放量；λ煙塵為煙塵排放系數，2017 年全國單位火電發電量煙塵排放量0.000 06 kg/kWh[14]。

2 綜合評價分類及流程

2.1 綜合評價分類

儲能系統的綜合評價是為了評估儲能的綜合價值，促進儲能的規劃建設，可以評價單一儲能規劃方案的綜合價值，也可以針對多個儲能系統或同一儲能系統的多個規劃方案進行評價，還可以針對同一儲能系統的多個時間斷面進行評價。

儲能系統的綜合評價主要分為單規劃方案評價、多規劃方案評價及多階段評價，本文主要研究的是單規劃方案評價。

所謂單規劃方案評價，即對某一儲能系統規劃方案進行價值評價，分析其經濟性和綜合價值，評價的側重點是分析該儲能建設對重過載變電站和線路的改善作用，對配電系統供電安全性、可靠性、經濟性和供電能力的提升作用，需對規劃方案進行評分。

2.2 綜合評價流程

以下主要以儲能系統的價值評價為例，說明綜合評價理論的應用方法和實施步驟。

如圖2 所示，儲能系統綜合評價實施流程包括： 現狀分析、選擇評價指標、確定評價指標判據、制定指標評分標準、設定指標權重、方案評價實施和評價結果分析等步驟。

圖2 儲能系統綜合評價實施流程

（1）現狀分析： 搜集電網發展規劃、區域發展規劃、電網設備臺賬及運行數據、被評價的儲能系統等相關資料，分析區域特點、配電系統現狀及存在的問題、負荷發展現狀和分布式電源建設現狀。

（2）選擇評價指標： 根據被評價的儲能系統特點和評價目的，考慮數據的真實性、客觀性及獲取的難易程度，選擇適宜的評價指標體系。案例分析采用圖3 所示的評價指標體系。

圖3 綜合評價指標體系

（3）確定評價指標判據： 在對儲能系統進行綜合評價的過程中，需要確定各項指標的評價判據，即指標數值的合理范圍。

（4）制定指標評分標準： 評分標準是通過一定的標度體系，將各種原始數據轉換成可以直接比較的規范化格式。結合實際情況，在案例分析中采用百分制進行評價。

（5）設定指標權重： 鑒于客觀賦權法對原始數據和樣本的要求，考慮到儲能系統數據龐雜、相關原始數據難以獲取的實際情況，考慮指標的重要程度和發生概率的大小，采用主觀賦權法對指標進行賦權，判斷矩陣見表1—7。

表1 A 與B1—B3 的判斷矩陣X

表2 B1 與C1—C3 的判斷矩陣Y1

表3 B2 與C4—C7 的判斷矩陣Y2

表4 B3 與C8—C12 的判斷矩陣Y3

表5 C4 與D1—D3 的判斷矩陣Z1

表6 C5 與D4—D5 的判斷矩陣Z2

表7 C6 與D6—D8 的判斷矩陣Z3

（6）方案評價實施： 首先根據指標的評價判據計算指標數值，然后對照評分標準計算其得分，最后根據指標之間的邏輯關系和標權重大小，逐層向上計算，得到電網側儲能的總體評分：

評價總得分=經濟性評價權重×經濟性評價得分+電網影響評價權重×電網影響評價得分+環境影響評價權重×環境影響評價得分。

（7）評價結果分析： 主要分析儲能建設前后的影響，重點是分析該儲能建設對重過載變電站和線路的改善作用，對配電系統供電安全性、可靠性、經濟性和供電能力的提升作用。

3 案例分析

3.1 儲能建設現狀

寧波市某變電站，主變容量為2×50 MVA，遠景3×50 MVA；110 kV 進線2 回，遠景3 回；10 kV 出線24 回，遠景36 回，為全戶內GIS 變電站。該變電站承擔著區域內大量高新企業的供電任務，2018 年最高負荷55.2 MVA，最近工作日最小負荷約為31.4 MVA。

為減緩供電壓力，寧波市供電公司初步規劃儲能功率為6 MW 的儲能項目，計劃投資約4 049萬元。

3.2 評價指標判據

表8 給出了一般情況下各個指標的經驗數值，實際應用中各個指標間有一定的相互關聯性，需根據實際情況決定，僅作為實際評價指標判據的參考。

3.3 評價指標評分標準

表9 給出了綜合評價指標體系中底層各項指標的評價標準。

表8 指標評價判據

3.4 評價結果分析

根據實際數據及綜合評價指標體系，對儲能系統建設前后分別進行綜合評價。部分評價指標由于缺少數據導致評估項目沒有數值，在評估中統一取75 分。另外，凈現值、單位容量土地占用面積雖有數值，但是因為無法給出具體的評分標準，考慮實際情況，取60 分。經濟性指標直接賦值是由于目前電網側儲能沒有明確的盈利模式，即沒有直接收益。

表10 給出了建設儲能電站前后的綜合評價比較結果。

變電站安裝儲能前后得分分別為88.9 和85.1，主要是儲能電站目前的經濟性較差，降低了總得分。安裝儲能系統后，在供電可靠性、經濟性、供電能力方面都有了一定提升；由于儲能可以促進新能源消納，在碳排放、污染氣體排放方面也帶來了一定的效益。

4 結語

本文分析了儲能的系統價值構成，然后提出了包括可靠性指標、能效指標、經濟性指標、電網影響指標、環境影響指標在內的綜合評價指標體系，并對本案例中采用的各指標的定義及計算進行詳細說明，介紹了儲能系統綜合評價分類和評價流程。最后以寧波某儲能項目為例進行案例分析，驗證評價指標和方法的合理性。通過分析，電網側儲能電站目前的經濟性較差，節省土地資源上并無太大優勢。安裝儲能系統后，在供電可靠性、經濟性、供電能力等方面有一定提升；在碳排放、污染氣體排放方面帶來了一定的效益。

表9 各項指標評價標準

表10 評價結果