新能源場站配置儲能收益測算與經濟性研究

薛守凱 邱娜娜

摘要：新能源場站配置儲能是能源發展的重要戰略選擇，是推動電力行業低碳化、節約化、清潔化、持續化發展，促進“雙碳”目標高質量、高效率實現的重要舉措。本文簡要闡述新能源場站配置儲能基本知識，就儲能收益測算與經濟性研究重要意義進行探究，介紹儲能收益模式，針對“風電場+儲能”“光伏+儲能”等項目開展經濟性分析并針對項目運營提出建議，以供參考。

關鍵詞：新能源場站；儲能；收益；經濟性

DOI：10.12433/zgkjtz.20240719

新能源的開發與利用對解決當前環境污染和資源短缺問題具有重要意義。隨著相關研究的不斷深入，風電、光伏等新能源在電力領域得到廣泛應用，成為促進電力系統轉型升級、保障電力行業可持續發展的重要手段。截至2022年底新能源并網裝機規模達到4.6億kW，預計2025年將超過11億kW，新能源參與電網有功功率控制、一次調頻控制成為必然趨勢。但新能源發電的間歇性、波動性、隨機性對電力系統經濟、穩定、安全運行帶來挑戰，增強新能源消納能力、提高電力系統調峰水平勢在必行。

新能源場站配置儲能技術的提出，對解決新能源并網消耗問題，提高電力系統運行安全性、穩定性、經濟性等具有重要意義。目前，關于新能源場站配置儲能及其相關問題探究成為國內外學者關注熱點。多數研究表示，發展新能源場站配置儲能時，需要綜合考慮功能定位、配置容量、投資成本等問題，做好收益評估與效益分析等工作，在保證儲能基礎功能有效發揮的同時，降低儲能配置成本，確保項目開發的科學性和經濟性。

一、對新能源場站配置儲能的基本認知

（一）核心概念

新能源，又稱“非常規能源”，是在新材料、新技術的應用下形成的可再生能源，例如，風電能、光伏能、洋流能、氫能、水電能、地熱能等。新能源的開發利用已成為解決環境污染問題，改善能源日間短缺與需求不斷增多矛盾，推動社會經濟建設穩定、健康、長遠發展的重要措施。目前，新能源電力產業發展迅速，風電機組、光伏組件等約占市場份額的70%。

新能源場站隸屬電力系統，主要是指并入電力系統的風電場設備或光伏電站設備或其他以新能源為主的電場（電站）設備的集合。目前，我國風電裝機容量、陽能發電裝機容量均超過4億kW，國網經營區內多個省份新能源發電成為主流，大型新能源場站數量高達6000個?！笆奈濉逼陂g將保持快速發展趨勢，加快構建新能源場站，持續提升裝機規模。

儲能主要是指利用介質、設備、技術等將能源有效儲存，以待需求時釋放應用。新能源場站配置儲能按照實際需求，依據相關規定配置一定儲能設置，進行新能源與新型儲能協同發展與優化運行的過程。新能源場站配置儲能在新能源發電消納能力提升、電力系統運行安全保障、新能源發電設施利用率提高等方面表現出顯著優勢，已成為新時期下促進電力系統清潔化、綠色化、低碳化以及節約化轉型升級的重要路徑。

（二）驅動因素

風力發電、光伏發電、潮汐發電等在一定程度上存在不確定性，這與新能源具備規律性、隨機性、波動性以及間歇性等特征相關。而新能源發電的不確定性在一定程度上對電力系統安全、穩定運行帶來挑戰。例如，調峰引起的運營管理問題，棄電引起的經濟性問題等。新能源場站配置儲能能在一定程度上提高新能源發電的可調控性，提高設備利用率的同時，減少系統成本；新型儲能設施可在一定程度上承擔主力電源責任，協助新能源機組進行資源調節；新能源場站配置儲能可以提高新能源消納能力，解決隨機性、波動性帶來的現貨價格影響，改善新能源參與市場的盈利狀況。因此，在新能源發電規模不斷提升背景下，有必要配置儲能，實現高比例新能源并網，促使電力系統安全、穩定運行。

（三）應用模式

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

第一，“風電/光伏+儲能”。儲能系統與風電/光伏發電系統并網運行，運行期間儲能系統能將風電/光伏發電系統產生的多余電能儲存，待風電/光伏發電系統無法滿足電力供應需求時，釋放電力，一方面，減少棄風棄；另一方面，保證電力系統穩定運行。

第二，多能互補模式。常用于大型綜合能源基地，能將風能、電能、水能、火能等各種能源科學、有效存儲，優化電站能源存量，提高電站一次調峰控制能力，解決棄電問題。

第三，微電網模式。通過微電網能量管理系統或智慧能源管理系統進行多種能量存儲，既可獨立運行，也可與電網并網運行，適用于多種經營模式，可實現對能源的集中式、分布式和一體化管控。

第四，“分布式光伏+儲能”。以系統疊加方式構建，靈活性、可調節性較強，可提高光伏發電并網運行穩定性，提升光伏自發自用率，降低電網局部故障對電力系統的影響。

二、收益測算與經濟性研究的重要意義

新能源場站配置儲能過程中需要明確儲能配置應用場景、應用模式、技術條件、技術類型、效益目標、控制策略、優化模型、配置效果等。目前，新能源場站配置儲能常用方法主要有時序運行仿真法、確定性配置法、場景分析法、隨機規劃法、魯棒優化規劃法、原理推導法以及多配置方法聯合應用法。儲能配置方法不同，配置效果的側重點也不同。就時序運行仿真法而言，側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濟性。有學者通過經濟性分析提出季節性儲能容量優化配置方案，促進新能源發電綜合效益提升；有學者以“分布式光伏+儲能”為背景，進行新能源場站配置儲能收益測算，確定模式的有效應用，可獲取較好收益，可滿足大部分地區新能源場站發展的需求。

三、儲能收益測算方法分析

（一）測算方法

我國新能源發電以風力發電與光伏發電為主，在新能源場站配置儲能收益測算與經濟性分析過程中以“風電+儲能”“光伏+儲能”項目為主，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，通過參與輔助服務市場獲得收益。現確定儲能配置方法為時序運行仿真法，技術新目標以新能源消納能力提高為主，考慮到儲能投資與運用效果，進行收益測算。

1.基于減少棄電獲益模式的測算分析

針對新能源間歇性、規律性等特征，有效儲存棄風棄光階段能量，待需要時釋放電力，獲取收益。在對該收益測算時，具體操作如下：

第一，配置規模優化與確定。在其他條件一定情況下，需要全面與準確獲取新能源利用率（R）、新能源發電系統棄風或棄光電量（Qf或Qg）。構建基于時序運行的仿真模型，添加儲能規模（Cx），計算Cx條件下的R、Qf或Qg，不斷調整Cx值，當R達到95%以上時，此時的Cx值為最優配置規模。

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

2.基于參與輔助服務市場獲益模式的測算分析

高比例新能源并網需要分攤煤電調峰費用，且分攤費用受發電量影響較大。配置儲能后，儲能系統參與煤電調峰輔助服務市場，帶來一定收益。在對該收益測算時，具體操作如下：

第一，不配置儲能條件下，深度調峰時段、深度調峰費用、新能源場站調峰分攤費用計算。首先，收集電力系統運營歷史資料，了解不配置儲能時煤電調峰情況，確定煤電調峰時間段。其次，計算調峰時間段煤電調峰電量（符號Em表示），了解區域調峰輔助服務交易價格（P），計算調峰輔助服務費用（Em×P）。此外，根據風電場與光伏電廠的發電情況，確定調峰分攤費用，公式分別為與，式中與分別表示調峰時段風電與光伏的發電量。

第二，配置儲能條件下，深度調峰時段、深度調峰費用、新能源場站調峰分攤費用計算。首先，確定新能源場站儲能配置規模，掌握煤電參與調峰下與不參與調峰時煤電發電情況，掌握配置儲能下調峰時段。其次，根據公式Em－1×P計算深度調峰費用，聯合儲能系統充電情況計算減少關口發電量與調峰服務分攤費用，即，。

第三，參與輔助服務收益計算?！帮L電場+儲能”項目中，參與輔助服務收益為，“光伏+儲能”項目中，參與輔助服務收益為。如果儲能系統放電電量為，新能源場站配置儲能模式下的度電收益。

（二）實證分析

某省預計2025年新能源發電裝機容量超過4900萬kW，

風力發電≥2600萬kW，光伏發電≥2400萬kW。通過資料采集與整理，發現新能源利用率不足93%，棄風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能配置規模在640萬kW以上，棄電量減少40%～60%。

在減少棄電獲益模式下，假設風電并網電價為0.47元/kWh，光伏并網電價為0.49元/kWh，

＞17億kWh，＞21億kWh，經預算前者獲益＞7億元，后者獲益＞9億元。如果風電場充放電電量＞38億kWh，光伏電站充放電量＞46億kWh，儲能系統度電收益均達到0.4元/kW及以上。儲能配置過程中，要想滿足配置合理性需求，需要根據風電場、光伏電站裝機情況進行配置規模計算。如果風電場裝機規模為2600萬kW，光伏發電裝機規模為2400萬kW，分配不低于640萬kW的儲能，最佳配置為風電場按照10%裝機規模配置，光伏電站按照15%裝機規模配置。

在參與輔助服務市場獲益模式下，相關資料整理與統計顯示，儲能配置前后煤電調峰電量分別在70億kWh與42億kWh以上；全網深度調峰費用分別在22億元與13億元以上，月減少9億元；調峰時段減少關口發電量約為116億kWh；新能源場站配置儲能后，減少調峰分攤費用約為9億元。如果儲能系統年放電電量＞40億kWh，度電收益在0.15～0.30元/kWh之間。

四、經濟性與運營模式分析

經濟性分析需要考慮的因素眾多，包括儲能配置收益、儲能系統建設成本、儲能系統使用壽命、項目經營與維修費用等。從儲能配置收益角度看，新能源場站配置儲能可減少棄電，參與輔助服務市場時能在一定程度上分攤深度調峰費用，其中風電場配置儲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。從儲能系統建設成本角度看，涉及設備與材料費用、人工費用、城市維護建設費用、安裝與運輸費用等。基于經驗總結，發現儲能系統建設成本占項目總成本的80%以上，結合實例具體情況，確定儲能系統建設成本在1.6元/Wh以上。從度電成本角度看，“風電場+儲能”2025年裝機容量2600萬kW，按10%配置儲能，儲能系統年放電電量＞18億kWh，儲能系統使用壽命為10年、15年、20年時，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+儲能”2025年裝機容量2400萬kW，按15%配置儲能，儲能系統年放電電量＞22億kWh，儲能系統使用壽命為10年時度電成本為0.61～0.78元/Wh，使用壽命15年時度電成本為0.41～0.52元/Wh，使用壽命20年時度電成本為0.32～0.39元/Wh。“風電場+儲能”三個壽命階段的度電收益率在－11%～99%之間，“光伏+儲能”三個壽命階段的度電收益率在－25%～87%之間，均呈現使命壽命越長、度電收益率越高的特征。

五、結語

“新能源+儲能”已成為新能源電力行業發展主流趨勢，在新能源并網安全、經濟運行中表現出較強優勢。但在發展“新能源+儲能”項目時，為確保儲能配備合理、科學、有效，需要做好收益預測與經濟性分析工作。上述研究采用時序運行仿真工具計算儲能配置最優容量，并在此基礎上進行收益評估。經算例分析，確定該方法可行、有效，并顯示：第一，風電場與光伏電站儲能配備在10%與15%時，可獲取較好棄電減少效益；第二，新能源場站配置儲能度電收益可達到0.5元/kWh以上；第三，儲能系統使用壽命越長，項目盈利性越高；第四，“新能源+儲能”項目開展構成中，需要根據自身實際情況合理選擇運營模式。

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