福建省用戶側(cè)儲(chǔ)能運(yùn)行策略及經(jīng)濟(jì)性研究

鐘小燕 王凱 李喜蘭 涂芳芳

（福建永福電力設(shè)計(jì)股份有限公司 福建福州 350100）

0 引言

2021 年4 月，國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局印發(fā)的《關(guān)于加快推動(dòng)新型儲(chǔ)能發(fā)展的指導(dǎo)意見（征求意見稿）》指出了儲(chǔ)能是支撐新型電力系統(tǒng)的重要技術(shù)和基礎(chǔ)裝備，對(duì)推動(dòng)能源綠色轉(zhuǎn)型、應(yīng)對(duì)極端事件、保障能源安全、促進(jìn)能源高質(zhì)量發(fā)展、實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和具有重要意義。其中，用戶側(cè)電儲(chǔ)能可發(fā)揮電量存儲(chǔ)功能，通過參與削峰填谷，配合電網(wǎng)調(diào)峰、調(diào)頻，提升電網(wǎng)“柔性”和調(diào)節(jié)能力，提高電網(wǎng)運(yùn)行安全和供電可靠性水平；還可在外部電網(wǎng)故障情況下作為備用電源，保證電網(wǎng)停電期間用戶重要負(fù)荷供電需求；另外，也可支撐分布式風(fēng)電、光伏等清潔能源及智能微網(wǎng)運(yùn)行，提升綠色能源消納水平，改善電能質(zhì)量水平，為分布式新能源“友好”并網(wǎng)提供條件［1-2］。未來(lái)幾年，用戶側(cè)儲(chǔ)能規(guī)模化開發(fā)建設(shè)勢(shì)在必行。

然而，目前福建省用戶側(cè)儲(chǔ)能仍處于起步示范階段。因此，有必要分析福建省用戶側(cè)儲(chǔ)能的運(yùn)營(yíng)策略及經(jīng)濟(jì)效益，探索福建省用戶側(cè)儲(chǔ)能發(fā)展的運(yùn)營(yíng)模式，助力福建省儲(chǔ)能規(guī)模化發(fā)展。電化學(xué)儲(chǔ)能應(yīng)用廣泛，通過靈活配置，從而在功率和能量上滿足不同用戶需求。其中，鋰離子電池是目前用戶側(cè)大規(guī)模應(yīng)用電化學(xué)儲(chǔ)能之一，其具有充放電效率高、循環(huán)壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)［3-5］。

本文以鋰離子電池儲(chǔ)能為例，建立計(jì)及儲(chǔ)能充放電損耗的用戶側(cè)儲(chǔ)能配置的經(jīng)濟(jì)收益模型，分析當(dāng)前政策下福建省用戶側(cè)儲(chǔ)能的經(jīng)濟(jì)收益及運(yùn)行策略。研究成果可為福建省乃至其他省份的用戶側(cè)儲(chǔ)能建設(shè)提供參考。

1 福建省用戶側(cè)儲(chǔ)能發(fā)展概況及相關(guān)政策

截至2020 年底，福建省投運(yùn)的用戶側(cè)儲(chǔ)能項(xiàng)目有福建瑪高愛紀(jì)念醫(yī)院0.75 MW/1.8 MWh 儲(chǔ)能項(xiàng)目一期工程及南平和益農(nóng)業(yè)儲(chǔ)能電站0.25 MW/0.77 MWh。福建省用戶側(cè)主要受制于儲(chǔ)能市場(chǎng)主體身份及峰谷電價(jià)政策等因素的影響，目前仍處于項(xiàng)目示范起步階段。

用戶側(cè)儲(chǔ)能主要收益來(lái)源之一是參與削峰填谷。儲(chǔ)能可在電價(jià)低谷時(shí)段充電，高峰時(shí)段放電，從而賺取峰谷價(jià)差收益；同時(shí)，通過削減高峰負(fù)荷降低需量電費(fèi)或容量電費(fèi)。福建省峰谷平時(shí)段劃分為：峰時(shí)段8：30-11：30、14：30-17：30、19：00-21：00，平時(shí)段7：00-8：30、11：30-14：30、17：30-19：00、21：00-23：00，谷時(shí)段0：00-7：00、23：00-24：00。以福建省寧德市為例，該地區(qū)現(xiàn)大工業(yè)統(tǒng)一執(zhí)行兩部制電價(jià)。其中，基本電價(jià)為需量電費(fèi)34.2 元/（kW·月），容量電費(fèi)22.8 元/（kVA·月），各時(shí)段電度電價(jià)如表1 所示。

表1 寧德市大工業(yè)現(xiàn)執(zhí)行峰谷電價(jià)

近幾年，福建省先后發(fā)布了多項(xiàng)鼓勵(lì)儲(chǔ)能發(fā)展的政策，最新相關(guān)政策匯總?cè)绫? 所示［6-7］。儲(chǔ)能還可參加調(diào)峰輔助服務(wù)市場(chǎng)獲得相應(yīng)的收益，逐步降低的儲(chǔ)能投資成本和日益完善的市場(chǎng)機(jī)制使得用戶側(cè)儲(chǔ)能成本回收周期縮短，具備商業(yè)運(yùn)營(yíng)的可持續(xù)性。

表2 福建省最新儲(chǔ)能建設(shè)發(fā)展政策匯總

2 用戶側(cè)儲(chǔ)能參與削峰填谷經(jīng)濟(jì)效益模型

2.1 成本模型

儲(chǔ)能的投資成本包括初始建設(shè)投資、運(yùn)維成本（含人工成本、設(shè)備維護(hù)等），可以用式（1）表示。

式中：EBESS為儲(chǔ)能額定容量，kWh；pj為含土建費(fèi)用在內(nèi)的單位容量建設(shè)投資，元/kWh；Cy為運(yùn)維成本，元，本文年運(yùn)維成本按一定比例的初始投資計(jì)算。

2.2 收益模型

用戶側(cè)儲(chǔ)能的收益主要包括峰谷價(jià)差收益、節(jié)省的基本電費(fèi)及參與電網(wǎng)輔助服務(wù)收益。

（1）峰谷價(jià)差收益可由式（2）計(jì)算。

式中：Pin1為峰谷價(jià)差收益，元；Qf為儲(chǔ)能放電電量，kWh；Qc為充電電量，kWh；pf為放電電價(jià)，元/kWh；pc為充電電價(jià)，元/kWh。計(jì)及儲(chǔ)能充放電損耗，Qf和Qc應(yīng)滿足式（3）。

式中：Qs為損耗電量，kWh；ksoc為電池充放電深度，%。

（2）節(jié)省基本電費(fèi)收益。假設(shè)用戶基本電費(fèi)按最大需量結(jié)算，則儲(chǔ)能節(jié)省的基本電費(fèi)收益見式（4）。

式中：px為需量電價(jià)，元/kW；Pmax為儲(chǔ)能投入前用戶最大需量，kW；P′max為儲(chǔ)能參與削峰填谷后最大需量，kW。

（3）參與輔助服務(wù)補(bǔ)償收益。用戶側(cè)儲(chǔ)能除參與削峰填谷外，為充分提高儲(chǔ)能利用率，擴(kuò)大儲(chǔ)能經(jīng)濟(jì)效益來(lái)源，可在剩余時(shí)段參與電網(wǎng)調(diào)頻輔助服務(wù)，從而獲取輔助服務(wù)補(bǔ)償收益。根據(jù)福建省電力調(diào)頻輔助服務(wù)市場(chǎng)交易規(guī)則（試行），調(diào)頻輔助服務(wù)收益可用式（5）表示。

式中：Pin3為調(diào)頻收益，元；K 為綜合調(diào)節(jié)性能指標(biāo)；kf為每周期（15 min）調(diào)頻調(diào)用次數(shù)；m 為平均調(diào)用里程系數(shù)；PBESS為儲(chǔ)能額定功率，kW；pt為調(diào)頻結(jié)算價(jià)格，元/kW；pr為容量補(bǔ)償價(jià)格，元/（kW·月）。

綜上，用戶側(cè)儲(chǔ)能總收益見式（6）。

2.3 經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)模型

本項(xiàng)目采用凈年值NAV 及內(nèi)部收益率IRR 作為儲(chǔ)能經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)指標(biāo)［見式（7）］，從而獲得最優(yōu)經(jīng)濟(jì)效益下的儲(chǔ)能配置方案。

式中：N 為項(xiàng)目運(yùn)行周期，a；（Pin-Cout）t為第t 年項(xiàng)目的現(xiàn)金流量，元；i 為貼現(xiàn)率。若NAV＞0，IRR＞i，說(shuō)明項(xiàng)目具有經(jīng)濟(jì)性，數(shù)值越大，經(jīng)濟(jì)性越好；反之，項(xiàng)目不具有經(jīng)濟(jì)性。

3 算例分析

3.1 用戶側(cè)儲(chǔ)能運(yùn)行策略

以福建省寧德市某大工業(yè)用戶為例，用戶擬配置10 MW/20 MWh 的儲(chǔ)能系統(tǒng)。本節(jié)將基于用戶負(fù)荷特性及當(dāng)前政策分析儲(chǔ)能運(yùn)行策略。

該用戶典型日24 h 負(fù)荷特性曲線如圖1 所示，全年負(fù)荷特性無(wú)明顯季節(jié)性差異。可以看出，該用戶負(fù)荷特性呈“M”型特點(diǎn)，午高峰為9：00～10：00，晚高峰為15：00～17：00，谷時(shí)段為夜間1：00～4：00。負(fù)荷峰谷特性與劃分的峰谷時(shí)段基本吻合。

圖1 用戶典型日24 h 負(fù)荷特性曲線

根據(jù)當(dāng)前寧德市峰谷電價(jià)政策，結(jié)合用戶負(fù)荷特性，本算例考慮以下2 種運(yùn)行模式。

模式一：用戶側(cè)儲(chǔ)能僅參與削峰填谷。為盡可能降低用戶最大需用負(fù)荷，儲(chǔ)能系統(tǒng)整體采用一充兩放策略，每日谷時(shí)段2：00～4：00 進(jìn)行充電，負(fù)荷尖峰時(shí)刻9：00～11：00、15：00～17：00依次進(jìn)行放電。

模式二：考慮儲(chǔ)能系統(tǒng)參與削峰填谷+電網(wǎng)輔助服務(wù)。參與削峰填谷的充放電策略同模式一。其余時(shí)段參與電網(wǎng)調(diào)頻輔助服務(wù)。

儲(chǔ)能系統(tǒng)參與削峰填谷的運(yùn)行策略如圖2 所示。

圖2 用戶儲(chǔ)能參與削峰填谷運(yùn)行策略

用戶側(cè)儲(chǔ)能參與削峰填谷運(yùn)行過程如圖3 所示，用戶側(cè)儲(chǔ)能通過上述運(yùn)行策略參與削峰填谷后，負(fù)荷最大值可由原來(lái)的44 MW 降為39.5 MW，最大需用負(fù)荷可降低4.5 MW。

圖3 用戶側(cè)儲(chǔ)能參與削峰填谷運(yùn)行過程

3.2 經(jīng)濟(jì)性分析

根據(jù)《福建省電力調(diào)頻輔助服務(wù)市場(chǎng)交易規(guī)則（試行）（2019年修訂版）》，儲(chǔ)能參與調(diào)頻輔助服務(wù)可獲得每月240 元/MW 容量補(bǔ)償（省市調(diào)度管轄范圍），調(diào)頻里程報(bào)價(jià)上限暫定12 元/MW。假設(shè)該用戶儲(chǔ)能參與調(diào)頻出清價(jià)格為10 元/MW。算例涉及其他相關(guān)計(jì)算參數(shù)見表3。

表3 用戶側(cè)儲(chǔ)能經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)計(jì)算參數(shù)

經(jīng)計(jì)算，該用戶側(cè)儲(chǔ)能每年可獲得峰谷價(jià)差收益291.37萬(wàn)元，節(jié)省基本電費(fèi)184.68 萬(wàn)元，獲得調(diào)頻輔助服務(wù)收益178.12 萬(wàn)元。2 種運(yùn)行模式下用戶側(cè)儲(chǔ)能項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)如表4 所示。可以看出，用戶側(cè)儲(chǔ)能僅參與削峰填谷，內(nèi)部收益率僅6.15%，項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性一般；參與削峰填谷及電網(wǎng)輔助服務(wù)，內(nèi)部收益可提高至11.39%，項(xiàng)目具有良好的經(jīng)濟(jì)性。

表4 用戶側(cè)儲(chǔ)能經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)結(jié)果

3.3 敏感性分析

用戶側(cè)電池儲(chǔ)能按模式一僅參與削峰填谷在壽命周期內(nèi)的投資回報(bào)率要達(dá)到模式二的經(jīng)濟(jì)效益水平，可在建設(shè)成本及削峰填谷效益方面加以提升。隨著儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展，未來(lái)鋰電池儲(chǔ)能建設(shè)成本將持續(xù)下降。另外，峰谷電價(jià)主要取決于政策的變化。因此，本文基于儲(chǔ)能單位容量?jī)r(jià)格及峰谷電價(jià)差對(duì)用戶側(cè)儲(chǔ)能僅參與削峰填谷的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行敏感性分析。

儲(chǔ)能單位容量?jī)r(jià)格對(duì)儲(chǔ)能削峰填谷經(jīng)濟(jì)性的影響如圖4所示。隨著儲(chǔ)能單位容量?jī)r(jià)格的降低，內(nèi)部收益率隨之增加。當(dāng)儲(chǔ)能單位容量?jī)r(jià)格降低1 600 元/kWh 左右時(shí)，僅參與削峰填谷的內(nèi)部收益率可達(dá)到11.40%，具有較好的經(jīng)濟(jì)性，與現(xiàn)階段參與模式二的經(jīng)濟(jì)效益相當(dāng)。

圖4 儲(chǔ)能單位容量?jī)r(jià)格對(duì)儲(chǔ)能削峰填谷經(jīng)濟(jì)性的影響

峰谷價(jià)差對(duì)儲(chǔ)能削峰填谷經(jīng)濟(jì)性的影響如圖5 所示。隨著峰谷價(jià)差的升高，內(nèi)部收益率隨之增加，當(dāng)峰谷價(jià)差升高至0.8 元/kWh 左右時(shí)，僅參與削峰填谷的內(nèi)部收益率可達(dá)到11.47%，具有較好的經(jīng)濟(jì)性，與現(xiàn)階段參與模式二的經(jīng)濟(jì)效益相當(dāng)。

圖5 峰谷差對(duì)儲(chǔ)能削峰填谷經(jīng)濟(jì)性的影響

4 結(jié)論及建議

本文建立了用戶側(cè)儲(chǔ)能經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)模型，并分析了基于福建省當(dāng)前儲(chǔ)能政策及電價(jià)政策用戶側(cè)儲(chǔ)能的運(yùn)行策略，最后對(duì)2 種運(yùn)行模式下用戶側(cè)儲(chǔ)能的經(jīng)濟(jì)性及敏感性進(jìn)行分析。得到以下2 個(gè)結(jié)論：

（1）福建省當(dāng)前儲(chǔ)能政策及電價(jià)政策下用戶側(cè)儲(chǔ)能僅通過參與削峰填谷的經(jīng)濟(jì)性一般，而通過“削峰填谷+電網(wǎng)輔助服務(wù)”的聯(lián)合運(yùn)營(yíng)模式可提高儲(chǔ)能系統(tǒng)利用效率，擴(kuò)展項(xiàng)目整體收益，使項(xiàng)目具有較好的經(jīng)濟(jì)性。

（2）當(dāng)儲(chǔ)能價(jià)格降至1 600 元/kWh 左右或峰谷價(jià)差達(dá)0.8 元/kWh 左右時(shí)，用戶側(cè)儲(chǔ)能僅參與削峰填谷也可具有與當(dāng)前參與“削峰填谷+電網(wǎng)輔助服務(wù)”聯(lián)合運(yùn)營(yíng)模式相當(dāng)?shù)慕?jīng)濟(jì)性。

為推動(dòng)福建省用戶側(cè)儲(chǔ)能持續(xù)健康發(fā)展，本文提出以下3個(gè)建議：

（1）適當(dāng)擴(kuò)大峰谷價(jià)差。目前，福建省峰谷電價(jià)差較小，峰谷價(jià)差在0.6 元以內(nèi)。因此，建議適當(dāng)擴(kuò)大峰谷價(jià)差，完善用戶側(cè)儲(chǔ)能參與需求側(cè)響應(yīng)的補(bǔ)貼機(jī)制。

（2）完善明確用戶側(cè)電儲(chǔ)能參與分布式供電、電網(wǎng)調(diào)頻、調(diào)峰等輔助服務(wù)的定價(jià)機(jī)制，擴(kuò)展用戶側(cè)儲(chǔ)能經(jīng)濟(jì)收益來(lái)源，提高用戶側(cè)儲(chǔ)能投資的積極性。

（3）繼續(xù)推動(dòng)儲(chǔ)能系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)研究。開發(fā)大容量、低成本、高效率、長(zhǎng)壽命的儲(chǔ)能系統(tǒng)，推動(dòng)鋰電池儲(chǔ)能產(chǎn)品的技術(shù)迭代與產(chǎn)品升級(jí)。