儲(chǔ)能經(jīng)濟(jì)性研究進(jìn)展

劉 暢，徐玉杰，張 靜，胡 珊，岳 芬，丁 捷,3，陳海生,3

?

儲(chǔ)能經(jīng)濟(jì)性研究進(jìn)展

劉 暢1，徐玉杰1，張 靜2，胡 珊1，岳 芬2，丁 捷1,3，陳海生1,3

（1中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所，北京 100190；2中關(guān)村儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟，北京 100022；3中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049）

儲(chǔ)能在常規(guī)電力系統(tǒng)、可再生能源發(fā)電、分布式發(fā)電與微網(wǎng)、輔助服務(wù)等領(lǐng)域具有不同的作用和價(jià)值，其收益模式和經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)方法也不同。但國(guó)內(nèi)外對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究尚屬于初期階段，未形成成熟的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)體系。本文綜述了國(guó)內(nèi)外儲(chǔ)能經(jīng)濟(jì)性的研究現(xiàn)狀，結(jié)合不同儲(chǔ)能技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，分析了儲(chǔ)能在不同應(yīng)用領(lǐng)域的價(jià)值收益模式，初步建立了儲(chǔ)能在不同收益模式下的收益模型。同時(shí)，分析了目前儲(chǔ)能經(jīng)濟(jì)性研究的幾種主流方法及其優(yōu)缺點(diǎn)，以及儲(chǔ)能經(jīng)濟(jì)性研究的發(fā)展趨勢(shì)。

儲(chǔ)能；經(jīng)濟(jì)性分析；電力系統(tǒng)；收益模式

隨著可再生能源系統(tǒng)、分布式供能系統(tǒng)、微電網(wǎng)及智能電網(wǎng)等的快速發(fā)展，能源市場(chǎng)對(duì)儲(chǔ)能的需求越發(fā)迫切。儲(chǔ)能是指通過(guò)介質(zhì)或設(shè)備把能量存儲(chǔ)起來(lái)，在需要時(shí)再釋放出來(lái)的過(guò)程，被稱(chēng)為電力行業(yè)的第六價(jià)值鏈[1]?，F(xiàn)有儲(chǔ)能技術(shù)種類(lèi)較多，包括抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能、儲(chǔ)熱、飛輪儲(chǔ)能、鉛酸電池、鋰離子電池、鈉硫電池、液流電池、超級(jí)電容器和超導(dǎo)儲(chǔ)能等[2-4]，其中，抽水蓄能是技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的電力儲(chǔ)能技術(shù)，其它的電力儲(chǔ)能技術(shù)多處于示范及產(chǎn)業(yè)化初期階段。這些新興的儲(chǔ)能技術(shù)是否會(huì)被市場(chǎng)接納，其經(jīng)濟(jì)性是重要決定因素之一。

儲(chǔ)能在常規(guī)電力系統(tǒng)、可再生能源發(fā)電、分布式發(fā)電與微網(wǎng)、輔助服務(wù)等領(lǐng)域的作用不同[5-9]，其收益模式和經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)方法也不同，而國(guó)內(nèi)外對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)經(jīng)濟(jì)性研究尚不夠深入，缺乏對(duì)相關(guān)研究進(jìn)展和發(fā)展趨勢(shì)的綜合分析和歸納總結(jié)。

因此，本文綜述了國(guó)內(nèi)外儲(chǔ)能經(jīng)濟(jì)性研究現(xiàn)狀，總結(jié)了儲(chǔ)能在電力系統(tǒng)中的價(jià)值和收益，同時(shí)分析了儲(chǔ)能經(jīng)濟(jì)性研究的發(fā)展趨勢(shì)。

1 儲(chǔ)能經(jīng)濟(jì)性研究現(xiàn)狀

1.1 國(guó)際研究現(xiàn)狀

國(guó)際上對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究相對(duì)較早，對(duì)儲(chǔ)能應(yīng)用的收益測(cè)算方法和儲(chǔ)能的價(jià)值評(píng)估方法有了一些認(rèn)識(shí)。

帝國(guó)理工學(xué)院GORAN STRBAC團(tuán)隊(duì)發(fā)表的報(bào)告“Strategic assessment of the role and value of energy storage systems in the UK low carbon energy future”[10]對(duì)未來(lái)（2030—2050年）低碳能源科技形勢(shì)下不同儲(chǔ)能技術(shù)的戰(zhàn)略?xún)r(jià)值進(jìn)行了分析，并針對(duì)分布式儲(chǔ)能與集中式儲(chǔ)能兩種情況下的凈效益和儲(chǔ)能的最優(yōu)容量進(jìn)行了預(yù)測(cè)，同時(shí)對(duì)電網(wǎng)靈活性對(duì)儲(chǔ)能的各種高要求進(jìn)行了總結(jié)。報(bào)告指出，儲(chǔ)能對(duì)于未來(lái)優(yōu)化分配資源、減少碳排放和低碳科技發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略?xún)r(jià)值，且其不僅體現(xiàn)在經(jīng)濟(jì)層面。報(bào)告預(yù)測(cè)，在未來(lái)，政策將逐步健全，逐步使儲(chǔ)能技術(shù)在低碳能源利用方面起到越來(lái)越重要的作用。

桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（Sandia National Laboratory）對(duì)多種儲(chǔ)能技術(shù)的總投資進(jìn)行了計(jì)算，并根據(jù)釋能響應(yīng)時(shí)間和功率等級(jí)對(duì)各種儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了較為詳細(xì)的分類(lèi)[11]，見(jiàn)表1。在此基礎(chǔ)上，其對(duì)各種儲(chǔ)能技術(shù)的投資等經(jīng)濟(jì)參數(shù)進(jìn)行了更新與詳細(xì)測(cè)算，用全生命周期分析方法對(duì)各種儲(chǔ)能技術(shù)在不同應(yīng)用領(lǐng)域下（分布式發(fā)電、輔助服務(wù)等）的應(yīng)用價(jià)值進(jìn)行了計(jì)算。桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的經(jīng)濟(jì)性研究能夠根據(jù)不同的應(yīng)用情景對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)的經(jīng)濟(jì)可行性進(jìn)行判斷，且可以進(jìn)行不同場(chǎng)景下不同儲(chǔ)能技術(shù)適用性的比較。但其無(wú)法對(duì)單個(gè)儲(chǔ)能項(xiàng)目的絕對(duì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行詳細(xì)和全面的測(cè)算，其經(jīng)濟(jì)性研究與電力市場(chǎng)相割裂，不能與電力系統(tǒng)相結(jié)合有效的計(jì)算儲(chǔ)能項(xiàng)目對(duì)電力市場(chǎng)的貢獻(xiàn)。

美國(guó)電科院（EPRI）、E3咨詢(xún)公司、加州公共事業(yè)委員會(huì)（CPUC）等共同開(kāi)發(fā)了一套儲(chǔ)能技術(shù)經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)工具Energy Storage Valuation Tool（ESVT）[12-13]，量化了儲(chǔ)能在能源、容量、監(jiān)管市場(chǎng)中的潛在價(jià)值流。該工具能夠在已知儲(chǔ)能應(yīng)用場(chǎng)景和技術(shù)種類(lèi)的條件下，計(jì)算儲(chǔ)能的凈現(xiàn)值，從而判別儲(chǔ)能項(xiàng)目是否能夠盈利，同時(shí)也能夠分析儲(chǔ)能對(duì)電力系統(tǒng)和環(huán)境的影響，并探討未來(lái)潛在的商業(yè)模式。該經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)工具能夠從宏觀上對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)的價(jià)值進(jìn)行描述，但對(duì)于精細(xì)的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)則無(wú)法實(shí)現(xiàn)。

表1 儲(chǔ)能的應(yīng)用領(lǐng)域[11]

DNV GL公司基于幫助加州公共事業(yè)委員會(huì)（CPUC）在電網(wǎng)中部署儲(chǔ)能系統(tǒng)開(kāi)發(fā)了名為ES-GRID的軟件[14]，該軟件能夠確定儲(chǔ)能技術(shù)的類(lèi)型、規(guī)模和部署地點(diǎn)，它采用工程級(jí)別的系統(tǒng)分析，可以計(jì)算儲(chǔ)能項(xiàng)目的回收年限等經(jīng)濟(jì)收益指標(biāo)。此外，DNV GL公司與桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（Sandia National Laboratories）、美國(guó)能源部（DOE）共同開(kāi)發(fā)了名為ES-Select的軟件[7]，該軟件能夠在儲(chǔ)能使用目的和實(shí)現(xiàn)功能明確的情況下，幫助選擇儲(chǔ)能技術(shù)的種類(lèi)。同時(shí)，其可在確定了儲(chǔ)能裝置在電網(wǎng)中的應(yīng)用場(chǎng)景的條件下，計(jì)算儲(chǔ)能技術(shù)的經(jīng)濟(jì)可行性，其評(píng)價(jià)指標(biāo)包括技術(shù)成熟度、投資回收期的概率分布、現(xiàn)金流預(yù)測(cè)和凈現(xiàn)值等。DNV GL公司的產(chǎn)品均針對(duì)電網(wǎng)，主要目的是模擬電網(wǎng)運(yùn)行，在此基礎(chǔ)上對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)接入電網(wǎng)的情況進(jìn)行經(jīng)濟(jì)收益分析，其針對(duì)性明確，但具有局限性，無(wú)法對(duì)單一的儲(chǔ)能電站本身進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性研究。

Energy Exemplar開(kāi)發(fā)的PLEXOS軟件模擬電網(wǎng)在有無(wú)一定量?jī)?chǔ)能系統(tǒng)兩種情形下，電網(wǎng)在一定時(shí)間內(nèi)的運(yùn)行狀態(tài)，計(jì)算電網(wǎng)的運(yùn)行成本，兩種情形下系統(tǒng)運(yùn)行成本的不同即為儲(chǔ)能系統(tǒng)帶給電網(wǎng)的價(jià)值[7]。該軟件旨在比較有無(wú)儲(chǔ)能情景的經(jīng)濟(jì)差距，對(duì)儲(chǔ)能項(xiàng)目本身的經(jīng)濟(jì)分析水平較低。

美國(guó)能源部電力傳輸與能源可靠辦公室開(kāi)發(fā)出一套標(biāo)準(zhǔn)方法，評(píng)估智能電網(wǎng)領(lǐng)域所有項(xiàng)目的性能、效益以及成本。NAVIGANT協(xié)助該公司將該套理論嵌入到ExcelTM工具中，形成智能電網(wǎng)計(jì)算工具（SGCT）[7]。NAVIGANT在SGCT評(píng)估整個(gè)智能電網(wǎng)項(xiàng)目的成本與收益基礎(chǔ)上進(jìn)行了功能拓展，專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)了一套評(píng)估儲(chǔ)能成本和效益的計(jì)算工具，即ESCT。ESCT的主要目標(biāo)是分析已經(jīng)運(yùn)行的項(xiàng)目，但也可以分析規(guī)劃或假設(shè)的項(xiàng)目。該方法對(duì)儲(chǔ)能經(jīng)濟(jì)性的分析側(cè)重于投資和運(yùn)營(yíng)情況本身的評(píng)價(jià)指標(biāo)分析，對(duì)于各種儲(chǔ)能技術(shù)的經(jīng)濟(jì)可行性橫向?qū)Ρ群蛢?chǔ)能電站本身的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)情況則無(wú)法深入分析。

除上述針對(duì)儲(chǔ)能項(xiàng)目和裝置應(yīng)用價(jià)值分析的經(jīng)濟(jì)性研究外，還有一些學(xué)者針對(duì)利用熱經(jīng)濟(jì)學(xué)（?經(jīng)濟(jì)學(xué)）分析方法，對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)性研究[15-18]。熱經(jīng)濟(jì)學(xué)的研究理論在20世紀(jì)初期已經(jīng)有所發(fā)展，1932年美國(guó)學(xué)者應(yīng)用該理論對(duì)熱電聯(lián)產(chǎn)產(chǎn)品進(jìn)行有效的定價(jià)，并從此開(kāi)始快速發(fā)展，誕生了代數(shù)模式、矩陣模式、夾點(diǎn)技術(shù)、目標(biāo)超前 優(yōu)化方法和?定價(jià)法則等多種熱經(jīng)濟(jì)學(xué)模式和理 論[17-18]。雖然熱經(jīng)濟(jì)學(xué)理論在近幾十年間不斷發(fā)展，且不斷應(yīng)用于各種能量系統(tǒng)的分析與優(yōu)化中，但其在儲(chǔ)能領(lǐng)域的應(yīng)用卻很少，近幾年內(nèi)才有部分學(xué)者應(yīng)用熱經(jīng)濟(jì)學(xué)方法對(duì)絕熱壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行分析，對(duì)其各部件的?成本分布情況進(jìn)行了計(jì)算[19-23]。但相對(duì)于傳統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)學(xué)方法，熱經(jīng)濟(jì)學(xué)方法在儲(chǔ)能領(lǐng)域的應(yīng)用尚處于不完善、缺乏驗(yàn)證的階段，且其尚未實(shí)現(xiàn)對(duì)各種儲(chǔ)能技術(shù)在不同應(yīng)用領(lǐng)域的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)。

1.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

中國(guó)對(duì)儲(chǔ)能經(jīng)濟(jì)性的研究剛剛起步，整體研究狀況較國(guó)外具有一定的局限性。

中國(guó)防化科學(xué)研究院楊裕生院士等學(xué)者最先提出了YCC指數(shù)方法[24-25]。

（2）

式中，YCC為經(jīng)濟(jì)效益指數(shù)；total為總收益，元/kW·h；total為總成本，元/kW·h；out為釋能電價(jià)，元/kW·h；in為儲(chǔ)能電價(jià)，元/kW·h；為儲(chǔ)能系統(tǒng)效率；為輸出1 kW·h電能的初始投資， 元/kW·h；0為輸出1 kW·h電能的運(yùn)行成本， 元/kW·h；DOD為充放電深度；為循環(huán)次數(shù)；m為儲(chǔ)能系統(tǒng)的收益率，%。

YCC指數(shù)的提出遵循了工程技術(shù)經(jīng)濟(jì)學(xué)對(duì)經(jīng)濟(jì)效果評(píng)價(jià)指標(biāo)定義的最基本概念，即經(jīng)濟(jì)效果為效益與費(fèi)用及損失之和的比值或差值[26-30]，YCC指數(shù)作為一種經(jīng)濟(jì)效果評(píng)價(jià)的特定指標(biāo)，即為效益與費(fèi)用及損失之和的比值的一種表達(dá)形式。YCC指數(shù)的經(jīng)濟(jì)意義就是儲(chǔ)能全壽命周期內(nèi)，充放1度電的收益和成本的比值。

YCC作為衡量?jī)?chǔ)能經(jīng)濟(jì)效益的判據(jù)能夠在宏觀上初步判定儲(chǔ)能裝置是否盈利，是對(duì)技術(shù)可行性的指導(dǎo)性經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。但其具有一定的局限性，其只能進(jìn)行化學(xué)儲(chǔ)能電池的經(jīng)濟(jì)可行性判定，無(wú)法對(duì)其它類(lèi)型的儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)行判定，且無(wú)法詳細(xì)計(jì)算儲(chǔ)能技術(shù)的各種經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。

中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性有了較為全面的研究，通過(guò)工程技術(shù)經(jīng)濟(jì)性方法對(duì)各種儲(chǔ)能技術(shù)在不同電價(jià)和補(bǔ)貼的條件下進(jìn)行了較為全面的計(jì)算，其根據(jù)不同的購(gòu)電電價(jià)、售電電價(jià)，以總的投資收益率為優(yōu)化目標(biāo)，設(shè)定了不同的稅收?qǐng)鼍?，分別計(jì)算了抽水蓄能電站、壓縮空氣儲(chǔ)能電站、鈉硫電池、液流電池、鋰電池、鉛酸電池的總投資收益率、內(nèi)部收益率和投資回收期，著重研究了稅收優(yōu)惠政策對(duì)儲(chǔ)能盈利性的影響，并為不同應(yīng)用領(lǐng)域下的儲(chǔ)能技術(shù)種類(lèi)的選擇提供了依據(jù)[31]，并重點(diǎn)針對(duì)大規(guī)模壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)，進(jìn)行了詳細(xì)的工程技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)和不確定因素的敏感性分析，系統(tǒng)地研究了系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)收益水平和抗風(fēng)險(xiǎn)能力[32]。

中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所的工作運(yùn)用技術(shù)經(jīng)濟(jì)學(xué)方法全面的對(duì)各種儲(chǔ)能技術(shù)，尤其是壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)，進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)收益分析，對(duì)單個(gè)儲(chǔ)能項(xiàng)目建設(shè)的經(jīng)濟(jì)預(yù)測(cè)和可能性分析具有重要意義，同時(shí)也能夠提供不同技術(shù)在各種經(jīng)濟(jì)條件下的橫向?qū)Ρ龋溲芯课茨芙Y(jié)合電力市場(chǎng)進(jìn)行分析，無(wú)法給出儲(chǔ)能技術(shù)在電力系統(tǒng)中的量化收益和應(yīng)用價(jià)值，研究成果仍具有一定的局限性。

此外，與國(guó)際上利用熱經(jīng)濟(jì)學(xué)研究?jī)?chǔ)能系統(tǒng)的整體情況類(lèi)似，國(guó)內(nèi)應(yīng)用熱經(jīng)濟(jì)性方法進(jìn)行儲(chǔ)能經(jīng)濟(jì)性研究的工作仍較少。因利用熱經(jīng)濟(jì)學(xué)方法對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的研究受到熱力學(xué)邊界條件的限制，且無(wú)法在各種儲(chǔ)能應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)，所以目前僅局限于應(yīng)用矩陣模式對(duì)壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)的熱經(jīng)濟(jì)性研究，且研究成果有限[33-36]。

2 儲(chǔ)能經(jīng)濟(jì)性模型

2.1 傳統(tǒng)發(fā)電領(lǐng)域

2.1.1 輔助動(dòng)態(tài)運(yùn)行

動(dòng)態(tài)運(yùn)行是指為了保證負(fù)荷和發(fā)電之間實(shí)時(shí)保持平衡，需要火電機(jī)組的輸出根據(jù)調(diào)度的要求進(jìn)行調(diào)整，而不是恒定地工作在額定輸出狀態(tài)。具體包括啟動(dòng)、爬坡、非滿(mǎn)發(fā)狀態(tài)和關(guān)停4種運(yùn)行狀態(tài)。輔助動(dòng)態(tài)運(yùn)行的應(yīng)用是指儲(chǔ)能裝置和火電機(jī)組共同按照調(diào)度的要求調(diào)整輸出的大小，盡可能地減小火電機(jī)組輸出的波動(dòng)范圍，盡可能地讓火電機(jī)組工作在接近經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài)下，一般來(lái)說(shuō)，火電機(jī)組都設(shè)計(jì)成滿(mǎn)發(fā)時(shí)為經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài)，機(jī)組的熱效率最高[5-9]。

由于儲(chǔ)能技術(shù)具備快速響應(yīng)速度，通過(guò)應(yīng)用儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)行輔助動(dòng)態(tài)運(yùn)行可以提高火電機(jī)組的效率，減少碳排放。動(dòng)態(tài)運(yùn)行會(huì)使機(jī)組部分組件產(chǎn)生蠕變，造成這些設(shè)備受損，提高了發(fā)生故障的可能，即降低了機(jī)組的可靠性。同時(shí)，增加了更換設(shè)備的可能和檢修的費(fèi)用，最終降低了整個(gè)機(jī)組的使用壽命。儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用可以避免動(dòng)態(tài)運(yùn)行對(duì)機(jī)組壽命的損害，減少設(shè)備維護(hù)和更換設(shè)備的費(fèi)用，進(jìn)而延緩或減少發(fā)電側(cè)對(duì)新建發(fā)電機(jī)組的需求。

通常情況下，儲(chǔ)能裝置在用于輔助動(dòng)態(tài)運(yùn)行時(shí)均與火電機(jī)組聯(lián)合運(yùn)行，其收益模型見(jiàn)式(3)。

式中，為儲(chǔ)能年收益，元/年；為火電上網(wǎng)電價(jià)，元/kW·h；和分別為發(fā)電系統(tǒng)無(wú)配置儲(chǔ)能系統(tǒng)和配置儲(chǔ)能系統(tǒng)情況下的年發(fā)電量，kW·h/年；T和T分別為發(fā)電系統(tǒng)無(wú)配置儲(chǔ)能系統(tǒng)和配置儲(chǔ)能系統(tǒng)情況下的火電機(jī)組的年度電成本，元/kW·h；S為新增儲(chǔ)能系統(tǒng)的邊際年度電成本，元/kW·h。

2.1.2 取代或延緩新建機(jī)組

隨著電力負(fù)荷的增長(zhǎng)和老舊發(fā)電機(jī)組的淘汰，為了滿(mǎn)足電力客戶(hù)的需要，要建設(shè)新的發(fā)電機(jī)組，主要是為了滿(mǎn)足電力系統(tǒng)的可靠性和應(yīng)對(duì)尖峰負(fù)荷。儲(chǔ)能取代或者延緩新建機(jī)組是指在負(fù)荷低的時(shí)候，通過(guò)原有的高效機(jī)組給儲(chǔ)能系統(tǒng)充電，在尖峰負(fù)荷時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)向負(fù)荷放電。這種方法取代了新建的低效機(jī)組[5-9]。

在電力系統(tǒng)內(nèi)，有些情況下，儲(chǔ)能可以延緩新建發(fā)電站或者直接替代新建發(fā)電站。在美國(guó)，峰荷機(jī)組主要是聯(lián)合循環(huán)燃?xì)鈾C(jī)組，在負(fù)荷增長(zhǎng)或者機(jī)組淘汰引起的發(fā)電不能滿(mǎn)足負(fù)荷的情況下，美國(guó)的電力企業(yè)一般會(huì)選擇建設(shè)新的單循環(huán)燃?xì)鈾C(jī)組應(yīng)對(duì)尖峰負(fù)荷。當(dāng)然應(yīng)對(duì)這種情況還有一些其它的選擇，如大型煤電機(jī)組、分布式機(jī)組、負(fù)荷響應(yīng)以及節(jié)能技術(shù)。在中國(guó)，往往是煤電機(jī)組承擔(dān)調(diào)峰的作用。而這些作為調(diào)峰的煤電機(jī)組經(jīng)常不能處于滿(mǎn)發(fā)狀態(tài)，都要為負(fù)荷尖峰留有一定的余量，這就影響了經(jīng)濟(jì)性。利用儲(chǔ)能技術(shù)則可以起到取代或者延緩新建機(jī)組的作用。

儲(chǔ)能用于取代或延緩新建機(jī)組時(shí)的收益模型見(jiàn)式(4)。

式中，為儲(chǔ)能年收益額，元/年；為火電上網(wǎng)電價(jià)，元/kW·h；為年發(fā)電量，kW·h/年；P為新建發(fā)電機(jī)組的度電成本，元/kW·h；S為儲(chǔ)能系統(tǒng)的邊際度電成本，元/kW·h。

2.2 可再生能源領(lǐng)域

2.2.1 削峰填谷

在負(fù)荷低或限電時(shí)，間歇性可再生能源給儲(chǔ)能裝置充電；在負(fù)荷高或不限電時(shí)，儲(chǔ)能裝置向電網(wǎng)充電。這一應(yīng)用使得儲(chǔ)能和可再生能源作為一個(gè)完整系統(tǒng)時(shí)，其輸出是可調(diào)、可調(diào)度的，減少電力系統(tǒng)備用機(jī)組容量，使間歇性、可再生能源變得電網(wǎng)友好、可調(diào)度[5-9, 37-39]。

以風(fēng)電為例，因?yàn)轱L(fēng)電具有反調(diào)峰特性，即風(fēng)電輸出常常會(huì)在夜間負(fù)荷較低時(shí)較大，容易造成發(fā)電量超過(guò)負(fù)荷需求，造成“棄風(fēng)”現(xiàn)象，應(yīng)用儲(chǔ)能技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)電的削峰填谷，使其實(shí)現(xiàn)以下作用：避免棄風(fēng)，在夜間負(fù)荷較低電網(wǎng)無(wú)法消納風(fēng)電的情況下，將原本會(huì)棄掉的風(fēng)電儲(chǔ)存起來(lái)；線路負(fù)荷超出小路容量時(shí)，通過(guò)儲(chǔ)能儲(chǔ)電，減少線路阻塞；在發(fā)電端有峰谷電價(jià)的情況下，將夜間電價(jià)較低的風(fēng)電存儲(chǔ)起來(lái)，在電價(jià)高的時(shí)候向電網(wǎng)發(fā)電，提高風(fēng)電的電量收益；在電網(wǎng)負(fù)荷尖峰時(shí)，向電網(wǎng)提供功率支持；減少其它電源的調(diào)峰壓力。在我國(guó)做調(diào)峰的電源主要是煤電機(jī)組，減少煤電機(jī)組的動(dòng)態(tài)運(yùn)行，會(huì)降低動(dòng)態(tài)運(yùn)行對(duì)煤電機(jī)組的磨損，提高機(jī)組的效率，延長(zhǎng)機(jī)組的使用壽命；減少備用電源預(yù)留量。風(fēng)電輸出的波動(dòng)性和不確定性會(huì)要求建設(shè)更多的輸出可控的發(fā)電廠為風(fēng)力發(fā)電作備用電源。儲(chǔ)能在可再生能源容量固定的應(yīng)用，可使具有間歇性的風(fēng)電的輸出變得可控、可預(yù)測(cè)，可以調(diào)節(jié)其輸出的大小，大大地增加可再生能源的并網(wǎng)率，并減少系統(tǒng)備用容量機(jī)組的使用。

加州Modesto Irrigation District變電站采用了Primus電力集團(tuán)的風(fēng)電輸出固定系統(tǒng)EnergyFarm，其采用鋅溴液流電池作為儲(chǔ)能裝置，輸出功率為100 MW，額定容量300 MW·h。該裝置主要起到削峰填谷的作用，在負(fù)荷高峰即電價(jià)高的時(shí)候向用戶(hù)提供電源，在夜間負(fù)荷低的時(shí)候儲(chǔ)存電能。通過(guò)負(fù)荷轉(zhuǎn)移，解決棄風(fēng)問(wèn)題，提高電網(wǎng)接納風(fēng)電的能力。

此外，位于河北省張北縣的風(fēng)光儲(chǔ)綜合示范項(xiàng)目也是以可再生能源削峰填谷為主要作用的綜合項(xiàng)目，其于2010年5月啟動(dòng)，2011年12月建成投產(chǎn)，占地面積200平方公里，建設(shè)運(yùn)營(yíng)方為國(guó)家電網(wǎng)華北電網(wǎng)公司。張北風(fēng)光儲(chǔ)示范項(xiàng)目旨在研究風(fēng)光儲(chǔ)的互補(bǔ)、優(yōu)化風(fēng)電場(chǎng)和太陽(yáng)能電站的輸出以及測(cè)試不同儲(chǔ)能方案的可用性和特性。此外，該項(xiàng)目?jī)?chǔ)能設(shè)備還可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)電平滑輸、調(diào)頻等應(yīng)用。

儲(chǔ)能用于可再生能源削峰填谷時(shí)的收益模型見(jiàn)式(5)。

式中，為年收益額，元/年；為可再生能源發(fā)電上網(wǎng)電價(jià)，元/kW·h；S為儲(chǔ)能系統(tǒng)釋能電量，kW·h/年；S為儲(chǔ)能系統(tǒng)度電成本，元/kW·h。

2.2.2 跟蹤計(jì)劃出力

近年來(lái)，大規(guī)模的風(fēng)電并入電網(wǎng)運(yùn)行，由于風(fēng)電的出力情況具有隨機(jī)性、波動(dòng)性的特點(diǎn)，使得電網(wǎng)的功率平衡受到影響，因此需要對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的發(fā)電功率進(jìn)行預(yù)測(cè)，以保證電網(wǎng)的功率平衡和運(yùn)行安全[5-9, 37-39]。

風(fēng)電預(yù)測(cè)有利于電網(wǎng)公司合理安排發(fā)電計(jì)劃、緩解電網(wǎng)調(diào)峰壓力、降低系統(tǒng)備用容量、提高電網(wǎng)對(duì)風(fēng)電的接納能力、促進(jìn)風(fēng)電和電網(wǎng)的協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展。儲(chǔ)能，作為眾多提高風(fēng)電預(yù)測(cè)能力的技術(shù)之一，具有的快速響應(yīng)以及爬坡率大等特點(diǎn)，可以解決風(fēng)電預(yù)測(cè)不能覆蓋的時(shí)間段（如15 min）的問(wèn)題，幫助風(fēng)電提高預(yù)測(cè)的精確性。

儲(chǔ)能應(yīng)用于跟蹤計(jì)劃出力的收益模型見(jiàn)式(6)。

其中，為年收益額，元/年；為當(dāng)?shù)乜稍偕茉窗l(fā)電上網(wǎng)標(biāo)桿電價(jià)，元/kW·h；S為儲(chǔ)能系統(tǒng)的度電成本，元/kW·h；△考核費(fèi)用減少為有無(wú)儲(chǔ)能兩種情況下考核費(fèi)用的減少額度，元/年；為可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的裝機(jī)容量，kW；為儲(chǔ)能系統(tǒng)正常工作時(shí)可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的年利用小時(shí)數(shù)，h；為儲(chǔ)能系統(tǒng)不工作時(shí)可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的年利用小時(shí)數(shù)，h。

2.3 輔助服務(wù)領(lǐng)域

2.3.1 調(diào)頻[5-9]

電力系統(tǒng)頻率是電能質(zhì)量的主要指標(biāo)之一，是在規(guī)定時(shí)間間隔內(nèi)測(cè)量的基波電壓波形的重復(fù)次數(shù)，反映的是發(fā)電有功功率和負(fù)荷之間的平衡關(guān)系。各國(guó)根據(jù)本國(guó)電網(wǎng)的實(shí)際情況，都會(huì)設(shè)定一個(gè)頻率的基準(zhǔn)值，如中國(guó)、歐洲、澳大利亞和日本的東部電力系統(tǒng)的基準(zhǔn)頻率為50 Hz，北美和日本中西部電力系統(tǒng)的基準(zhǔn)頻率為60 Hz。

實(shí)際運(yùn)行中，頻率并不能時(shí)刻保持在基準(zhǔn)頻率狀態(tài)，當(dāng)電力系統(tǒng)中原動(dòng)機(jī)的功率和負(fù)荷功率發(fā)生變化時(shí)，必然會(huì)引起電力系統(tǒng)頻率的變化。頻率的偏差不利于用電和發(fā)電設(shè)備的安全、高效運(yùn)行，在有的情況下，甚至?xí)p害設(shè)備，因此，在系統(tǒng)頻率偏差超出允許范圍后（我國(guó)的偏差范圍為0.2 Hz），必須進(jìn)行頻率調(diào)節(jié)。

調(diào)頻輔助服務(wù)主要分為一次調(diào)頻和二次調(diào)頻。一次調(diào)頻主要通過(guò)原動(dòng)機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)，利用系統(tǒng)固有的負(fù)荷頻率特性，快速響應(yīng)系統(tǒng)的頻率變化（火電機(jī)組通常的響應(yīng)時(shí)間在10～30 s之間）。但發(fā)電機(jī)組參與系統(tǒng)的一次調(diào)頻時(shí)采用的是有差調(diào)節(jié)的方式，并不能將系統(tǒng)頻率完全恢復(fù)到初始狀態(tài)。二次調(diào)頻主要通過(guò)自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）來(lái)實(shí)現(xiàn)。各區(qū)域電網(wǎng)依靠集中的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，改變發(fā)電機(jī)組的負(fù)荷頻率特性，從而達(dá)到將系統(tǒng)頻率恢復(fù)到初始狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)無(wú)差調(diào)節(jié)的目的。由于受能量轉(zhuǎn)換過(guò)程的限制，火電機(jī)組提供二次調(diào)頻時(shí)的響應(yīng)速度比一次調(diào)頻要慢，響應(yīng)時(shí)間一般需要1～2 min。一次調(diào)頻和二次調(diào)頻對(duì)于系統(tǒng)發(fā)生較大擾動(dòng)時(shí)快速恢復(fù)系統(tǒng)頻率都十分重要，不能互相取代。一次調(diào)頻能快速調(diào)整那些變化速度快、變化幅度小的負(fù)荷的隨機(jī)波動(dòng)，而二次調(diào)頻能有效地調(diào)整分鐘級(jí)乃至更長(zhǎng)周期的負(fù)荷波動(dòng)。

在中國(guó)的電力輔助服務(wù)市場(chǎng)中，一次調(diào)頻是并網(wǎng)發(fā)電站必須提供的服務(wù)，并不能從電力市場(chǎng)中獲得盈利，美國(guó)的情況也與中國(guó)類(lèi)似。在中國(guó)，二次調(diào)頻（AGC輔助服務(wù)）依據(jù)各區(qū)域電網(wǎng)的輔助服務(wù)實(shí)施細(xì)則可獲得收入，美國(guó)的二次調(diào)頻是作為一項(xiàng)服務(wù)直接參與電力市場(chǎng)獲得盈利的。

通過(guò)對(duì)電網(wǎng)中的儲(chǔ)能設(shè)備進(jìn)行充放電以及控制充放電的速率，儲(chǔ)能可以達(dá)到調(diào)節(jié)系統(tǒng)頻率的目的。在中國(guó)，大量的燃煤電廠參與了電力系統(tǒng)的頻率調(diào)節(jié)。但大部分火電廠運(yùn)行在非額定負(fù)荷以及做變功率輸出時(shí)，效率并不高，并且由于調(diào)頻需求而頻繁的調(diào)整輸出功率，會(huì)加大對(duì)機(jī)組的磨損，影響機(jī)組壽命。因此，火電機(jī)組并不十分適合提供調(diào)頻服務(wù)，如果儲(chǔ)能設(shè)備與火電機(jī)組相結(jié)合共同提供調(diào)頻服務(wù)，可以提高火電機(jī)組運(yùn)行效率，大大降低碳排放。另外，儲(chǔ)能設(shè)備還能經(jīng)濟(jì)運(yùn)行在非滿(mǎn)負(fù)荷狀態(tài)，可以提供本身容量2倍的調(diào)節(jié)能力（如1 MW的儲(chǔ)能設(shè)備在放電和充電時(shí)可分別上調(diào)和下調(diào)系統(tǒng)頻率1 MW，從而調(diào)節(jié)能力為2 MW）。因此，儲(chǔ)能設(shè)備非常適合提供調(diào)頻服務(wù)。與傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)組相比，儲(chǔ)能設(shè)備提供調(diào)頻服務(wù)的最大優(yōu)點(diǎn)是響應(yīng)速度快，調(diào)節(jié)速率大，可以在幾分鐘甚至幾秒鐘的時(shí)間內(nèi)，在無(wú)輸出狀態(tài)以及滿(mǎn)放電狀態(tài)（或充電狀態(tài)）間轉(zhuǎn)換，動(dòng)作正確率高，能避免火電機(jī)組響應(yīng)AGC信號(hào)時(shí)出現(xiàn)向相反方向調(diào)節(jié)等錯(cuò)誤動(dòng)作。

儲(chǔ)能用于調(diào)頻輔助服務(wù)時(shí)的收益模型見(jiàn)式(7)。

式中，為儲(chǔ)能系統(tǒng)的年收益，元/年；AGC補(bǔ)償收入增加為配置儲(chǔ)能系統(tǒng)前后AGC補(bǔ)償收入增加額度，元/年；一次考核費(fèi)用減少為配置儲(chǔ)能系統(tǒng)前后一次考核費(fèi)用的減少額度，元/年；AGC考核費(fèi)用減少為配置儲(chǔ)能系統(tǒng)前后AGC考核費(fèi)用的減少額度，元/年；S為配置的儲(chǔ)能裝置的年運(yùn)行與投資均攤的成本，元/年。

2.3.2 調(diào)峰

電力系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，總的用電負(fù)荷曲線并不是一條水平的直線，而是有高峰低谷之分。由于高峰負(fù)荷僅在一天的某個(gè)時(shí)段出現(xiàn)，因此，需要配備一定的發(fā)電機(jī)組在需要高峰負(fù)荷時(shí)發(fā)電，滿(mǎn)足電力需求，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)中電力生產(chǎn)和電力消費(fèi)間的平衡。由于各國(guó)電力系統(tǒng)的運(yùn)行方式不盡相同，對(duì)于電力輔助服務(wù)的分類(lèi)也各有區(qū)別，目前在美國(guó)等國(guó)外輔助服務(wù)市場(chǎng)中，并沒(méi)有包含調(diào)峰輔助服務(wù)，在中國(guó)的輔助服務(wù)市場(chǎng)中，調(diào)峰輔助服務(wù)分為基本調(diào)峰和有償調(diào)峰。基本調(diào)峰是并網(wǎng)發(fā)電機(jī)組所必須提供的輔助服務(wù)，發(fā)電機(jī)組在規(guī)定的出力范圍內(nèi)，都必須無(wú)償提供此服務(wù)。各區(qū)域電網(wǎng)對(duì)發(fā)電機(jī)組的出力范圍都有相關(guān)的規(guī)定，如華北電網(wǎng)規(guī)定，火電機(jī)組的基本調(diào)峰標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)達(dá)到額定容量的50%；水電機(jī)組的基本調(diào)峰標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)達(dá)到其額定容量的100%；風(fēng)電等清潔能源發(fā)電機(jī)組、供熱火電機(jī)組在供熱期間按能力提供基本調(diào)峰。有償調(diào)峰是指機(jī)組按電力調(diào)度指令進(jìn)行的超過(guò)基本調(diào)峰范圍的深度調(diào)峰，以及發(fā)電機(jī)組啟停機(jī)調(diào)峰（機(jī)組在停機(jī)24 h內(nèi)再度開(kāi)啟發(fā)電的調(diào)峰方式）[5-9, 40-41]。

抽水蓄能目前是最成熟、完全實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的儲(chǔ)能技術(shù)，調(diào)峰是抽水蓄能電站主要的一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域。

式中，為儲(chǔ)能系統(tǒng)的年收益，元/年；調(diào)峰和抽水分別為調(diào)峰和抽水電價(jià)，元/kW·h；發(fā)電和抽水分別為年發(fā)電和抽水電量，kW·h/年；C為儲(chǔ)能系統(tǒng)的度電成本，元/kW·h。

2.3.3 備用容量

備用容量指的是電力系統(tǒng)除滿(mǎn)足預(yù)計(jì)負(fù)荷需求外，在發(fā)生事故時(shí)，為保障電能質(zhì)量和系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行而預(yù)留的有功功率儲(chǔ)備。備用容量可以隨時(shí)被調(diào)用，并且輸出負(fù)荷可調(diào)。通常來(lái)說(shuō)，電力系統(tǒng)中的備用容量應(yīng)該等于系統(tǒng)正常電力供應(yīng)容量的15%～20%，但最小值應(yīng)該等于系統(tǒng)中單機(jī)裝機(jī)最大的機(jī)組容量[5-9]。

儲(chǔ)能設(shè)備可以為電網(wǎng)提供備用輔助服務(wù)，通過(guò)對(duì)儲(chǔ)能設(shè)備進(jìn)行充放電操作，可實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)電網(wǎng)有功功率平衡的目的。和發(fā)電機(jī)組提供備用輔助服務(wù)一樣，儲(chǔ)能設(shè)備提供備用輔助服務(wù)，也必須隨時(shí)可被調(diào)用，但儲(chǔ)能設(shè)備不需要一直保持運(yùn)行，即放電或充電狀態(tài)，只需在需要使用時(shí)能夠被立即調(diào)用提供服務(wù)即可，因此經(jīng)濟(jì)性較好。另外，儲(chǔ)能提供備用服務(wù)時(shí)，由于其可充電的特性，實(shí)際是可以提供兩倍于其額定容量的調(diào)節(jié)容量。并且在提供備用容量輔助服務(wù)時(shí)，還可以提供其它的服務(wù)，如削峰填谷、調(diào)頻、延遲輸配線路升級(jí)等。

能夠快速響應(yīng)電網(wǎng)需求，提供高功率、長(zhǎng)時(shí)間功率輸出的儲(chǔ)能技術(shù)原則上都能提供備用容量輔助服務(wù)，特別是旋轉(zhuǎn)備用輔助服務(wù)。目前建成并投運(yùn)的抽水蓄能電站、壓縮空氣儲(chǔ)能電站在提供調(diào)峰、調(diào)頻輔助服務(wù)的同時(shí)，幾乎都承擔(dān)了為系統(tǒng)提供旋轉(zhuǎn)備用服務(wù)的責(zé)任。世界上第一座壓縮空氣儲(chǔ)能電站——德國(guó)Huntorf壓縮空氣儲(chǔ)能電站是典型的備用容量?jī)?chǔ)能電站。Huntorf壓縮空氣儲(chǔ)能電站位于德國(guó)北部，最初建造的動(dòng)機(jī)來(lái)自于德國(guó)關(guān)停大量的發(fā)電設(shè)施后對(duì)“分鐘級(jí)備用電源”的需求增加，以及電網(wǎng)中風(fēng)電的比例穩(wěn)步上升后對(duì)短期電網(wǎng)預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性需求。另外，該電站建設(shè)于一個(gè)核電站附近，是核電站的黑啟動(dòng)電源[42-43]。

2.4 分布式能源與微網(wǎng)領(lǐng)域[5-9, 44]

2.4.1 分時(shí)電價(jià)管理

電力系統(tǒng)中的負(fù)荷總量并不是一成不變的，隨著時(shí)間的變化用電量會(huì)出現(xiàn)高峰、平段、低谷等現(xiàn)象，電力部門(mén)根據(jù)這些特點(diǎn)，將每天24小時(shí)劃分為高峰、平段、低谷等多個(gè)時(shí)段，對(duì)各時(shí)段分別制定不同的電價(jià)水平，即為分時(shí)電價(jià)?；诹闶垭妰r(jià)，用戶(hù)可以根據(jù)自己的實(shí)際情況安排用電計(jì)劃，將電價(jià)較高時(shí)段的電力需求轉(zhuǎn)移到電價(jià)較低的時(shí)段實(shí)現(xiàn)，從而達(dá)到降低總體電價(jià)水平的目的，即為分時(shí)電價(jià)管理。分時(shí)電價(jià)管理與移峰很相似，但分時(shí)電價(jià)管理是基于分時(shí)電價(jià)體系來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在實(shí)施了分時(shí)電價(jià)的電力市場(chǎng)中，儲(chǔ)能是理想的幫助電力用戶(hù)實(shí)現(xiàn)分時(shí)電價(jià)管理的手段。在電價(jià)較低時(shí)給儲(chǔ)能系統(tǒng)充電，在高電價(jià)時(shí)放電，不僅可以通過(guò)低存高放來(lái)降低整體用電成本，而且還不用改變用戶(hù)的用電習(xí)慣，即使是在電價(jià)最高時(shí)還可以按自己的需求使用電能。

分時(shí)電價(jià)管理的收益主要通過(guò)電價(jià)差和用電計(jì)劃的調(diào)整而獲得。

式中，為儲(chǔ)能系統(tǒng)年收益，元/年；in和out分別為儲(chǔ)能電價(jià)和用電電價(jià)，元/kW·h；in和out分別為儲(chǔ)能電量和用電量，kW·h/年；為儲(chǔ)能裝置的度電成本，元/kW·h。

2.4.2 容量費(fèi)用管理

在電力市場(chǎng)中，存在著兩種形式的電價(jià)，一種是電量電價(jià)，另一種是容量電價(jià)。其中，電量電價(jià)指的是按照實(shí)際發(fā)生的交易電量計(jì)費(fèi)的電價(jià)，具體到用戶(hù)側(cè)，則指的是按用戶(hù)所用電度數(shù)計(jì)費(fèi)的電價(jià)。容量電價(jià)與電量電價(jià)不同，它主要取決于用戶(hù)用電功率的最高值，與在該功率下使用的時(shí)間長(zhǎng)短以及用戶(hù)用電總量都無(wú)關(guān)。

容量費(fèi)用管理指的是電力用戶(hù)采取一定的方式方法，在不影響正常生產(chǎn)工作的情況下，降低最高用電功率，有效地降低容量費(fèi)用，從而達(dá)到降低總體電費(fèi)的目的。儲(chǔ)能設(shè)備是降低容量費(fèi)用的方案之一。用戶(hù)根據(jù)自己的用電習(xí)慣，在自身用電負(fù)荷低的時(shí)段對(duì)儲(chǔ)能設(shè)備充電，在需要高負(fù)荷時(shí)，利用儲(chǔ)能設(shè)備放電，從而可以降低自己的最高負(fù)荷，達(dá)到減低容量費(fèi)用的目的。在容量電費(fèi)的收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)隨時(shí)間變化的電價(jià)系統(tǒng)里，用戶(hù)還可以利用儲(chǔ)能設(shè)備在低容量電費(fèi)時(shí)段充電，高容量電費(fèi)時(shí)段放電，以節(jié)約電費(fèi)。另外，使用儲(chǔ)能設(shè)備為用戶(hù)最高負(fù)荷供電，還可以降低輸變電設(shè)備容量，節(jié)約整個(gè)電力系統(tǒng)的成本。

容量費(fèi)用管理按照用戶(hù)的變壓器容量或最大需用量作為計(jì)算電價(jià)的依據(jù)，不以實(shí)際耗電數(shù)量為轉(zhuǎn)移，通過(guò)減低用戶(hù)的用電功率，降低容量費(fèi)用，從而減低總用電費(fèi)用，主要面向工業(yè)用戶(hù)。

若按受電變壓器的容量收取，則儲(chǔ)能的投入，可幫助用戶(hù)節(jié)約的年收益見(jiàn)式(10)。

式中，為配置儲(chǔ)能系統(tǒng)后的容量費(fèi)用管理年收益，元/年；和S分別為沒(méi)有儲(chǔ)能和配置儲(chǔ)能系統(tǒng)的情況下用戶(hù)的變壓器容量，kW·h/月；和S分別為沒(méi)有儲(chǔ)能和配置儲(chǔ)能系統(tǒng)的情況下的容量電價(jià)，元/kW·h；為月份數(shù)。

若按最大需量收取，則儲(chǔ)能的投入可幫助用戶(hù)節(jié)約的年收益見(jiàn)式(11)。

式中，為配置儲(chǔ)能系統(tǒng)后的容量費(fèi)用管理年收益，元/年；△1、△2和△3分別為尖峰時(shí)段、半尖峰時(shí)段和離峰時(shí)段因配置儲(chǔ)能系統(tǒng)使得最大需求容量的減少，kW·h/月；1、2和3分別為尖峰時(shí)段、半尖峰時(shí)段和離峰時(shí)段的容量電價(jià)，元/kW·h；為月份數(shù)。

2.4.3 提高供電可靠性

儲(chǔ)能用于提高微網(wǎng)供電可靠性，是指發(fā)生停電故障時(shí)，儲(chǔ)能能夠?qū)?chǔ)備的能量供應(yīng)給終端用戶(hù)，避免了故障修復(fù)過(guò)程中的電能中斷，以保證供電可靠性。該應(yīng)用中的儲(chǔ)能必須具備高質(zhì)量、高可靠性的要求，儲(chǔ)能放電時(shí)間主要與安裝地點(diǎn)相關(guān)?？煽啃缘慕?jīng)濟(jì)價(jià)值計(jì)算一般來(lái)說(shuō)會(huì)很困難。一方面，提高可靠性對(duì)應(yīng)的經(jīng)濟(jì)效益跟停電損失有關(guān)，而在某次停電事件中不同的負(fù)荷所受影響是不同的；另一方面，有些重要負(fù)荷涉及到公共安全、災(zāi)后救援以及戰(zhàn)時(shí)的一些特殊情況，這樣的情況下提供電力供應(yīng)保證服務(wù)的價(jià)值是非常難量化的。因此，該部分收益主要取決于電力服務(wù)對(duì)用戶(hù)來(lái)說(shuō)的價(jià)值，另外停電損失的賠償也是該部分收益的一部分。

在提高供電可靠性方面，降低斷電事故，減少損失是儲(chǔ)能給用戶(hù)帶來(lái)的主要獲益點(diǎn)，見(jiàn)式(12)。

式中，為配置儲(chǔ)能系統(tǒng)后的年收益，元/年；為斷電時(shí)間，h；為斷電時(shí)儲(chǔ)能提供的發(fā)電功率，kW；為電力服務(wù)的價(jià)值，元/kW·h。

2.4.4 提高電能質(zhì)量

儲(chǔ)能技術(shù)用于提高電能質(zhì)量，是指在負(fù)荷端的儲(chǔ)能能夠在短期故障的情況下保持電能質(zhì)量，減少電壓波動(dòng)、頻率波動(dòng)、功率因數(shù)、諧波以及秒級(jí)到分鐘級(jí)的負(fù)荷擾動(dòng)等對(duì)電能質(zhì)量的影響。與提高供電可靠性類(lèi)似，通過(guò)儲(chǔ)能提高電能質(zhì)量獲得收益，主要跟發(fā)生電能質(zhì)量不合格事件的次數(shù)及低質(zhì)量的電力服務(wù)給用戶(hù)造成的損失程度有關(guān)，同時(shí)配備的儲(chǔ)能系統(tǒng)的容量等指標(biāo)也能影響該部分的收益。

根據(jù)停電時(shí)間的長(zhǎng)短，儲(chǔ)能放電時(shí)間可從幾秒到幾分鐘。投入儲(chǔ)能所獲得的收益，可以通過(guò)計(jì)算電能質(zhì)量事件發(fā)生造成的損失（即價(jià)值）來(lái)量化：

式中，為配置儲(chǔ)能系統(tǒng)后的年收益，元/年；為年發(fā)生電能質(zhì)量事件的次數(shù)；為電能質(zhì)量的時(shí)間價(jià)值，元/kW；H為高峰負(fù)荷，kW；0為設(shè)備容量，kW。

3 結(jié) 論

本文綜述了國(guó)內(nèi)外儲(chǔ)能技術(shù)經(jīng)濟(jì)性研究進(jìn)展，歸納了儲(chǔ)能經(jīng)濟(jì)與價(jià)值研究的方法，總結(jié)了儲(chǔ)能在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用價(jià)值和收益模式，初步建立了儲(chǔ)能技術(shù)在不同收益模式下的經(jīng)濟(jì)性模型。主要結(jié)論如下。

（1）儲(chǔ)能經(jīng)濟(jì)性的研究方法主要包括三個(gè)層次：第一層次為簡(jiǎn)單層次，是指僅考慮現(xiàn)有機(jī)制體制帶來(lái)的投資收益，不考慮機(jī)制體制不涵蓋的其它間接收益，該方法簡(jiǎn)單，但與儲(chǔ)能實(shí)際價(jià)值偏差較大；第二層次為電力層次，是指考慮儲(chǔ)能在電力系統(tǒng)內(nèi)的所有收益，不考慮儲(chǔ)能的社會(huì)效益，如減排、提高基礎(chǔ)設(shè)施利用率等，該方法更能反映儲(chǔ)能的實(shí)際價(jià)值；第三層次為綜合層次，是指以區(qū)域電力系統(tǒng)為研究對(duì)象，通過(guò)比較該系統(tǒng)中有無(wú)儲(chǔ)能兩種情況下的生產(chǎn)運(yùn)行成本以及社會(huì)效益的不同來(lái)計(jì)算儲(chǔ)能的收益，該方法能夠更全面體現(xiàn)儲(chǔ)能的實(shí)際價(jià)值，是儲(chǔ)能經(jīng)濟(jì)性研究的必然趨勢(shì)。

（2）通過(guò)分析儲(chǔ)能在能源系統(tǒng)中的主要作用和收益模式，建立了儲(chǔ)能的收益模型。在傳統(tǒng)發(fā)電領(lǐng)域，儲(chǔ)能主要起到輔助動(dòng)態(tài)運(yùn)行、取代或延緩新建機(jī)組的作用；在可再生能源領(lǐng)域，儲(chǔ)能主要起到削峰填谷和跟蹤計(jì)劃出力的作用；在輔助服務(wù)領(lǐng)域，儲(chǔ)能主要起到調(diào)頻、調(diào)峰和備用容量的作用；在分布式能源與微網(wǎng)領(lǐng)域，儲(chǔ)能主要起到分時(shí)電價(jià)管理、容量費(fèi)用管理和提高供電可靠性的作用。

[1] Energy Storage Council. Energy storage, the missing link in the electricity value chain. An ESC white paper[R]. 2002.

[2] CHEN Haisheng, CONG Ngoc Thang, YANG Wei, et al. Progress in electrical energy storage system——A critical review[J]. Progress in Natural Science, 2009, 19(3): 291-312.

[3] LUO Xing, WANG Jihong, DOONER Mark, et al. Overview of current develoment in electrical energy storage technologies and the application potential in power system operation[J]. Applied Energy, 2015, 137: 511-536.

[4] 張新敬, 陳海生, 劉金超, 等. 壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)研究進(jìn)展[J]. 儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù), 2012, 1(1): 26-40.

ZHANG Xinjing, CHEN Haisheng, LIU Jinchao, et al. Research progress in compressed air energy storage system: A review[J]. Energy Storage Science and Technology, 2012, 1(1): 26-40.

[5] 中關(guān)村儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟儲(chǔ)能專(zhuān)業(yè)委員會(huì). 儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)研究白皮書(shū)2012[R]. 2012.

[6] 中關(guān)村儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟儲(chǔ)能專(zhuān)業(yè)委員會(huì). 儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)研究白皮書(shū)2013[R]. 2013.

[7] 中關(guān)村儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟儲(chǔ)能專(zhuān)業(yè)委員會(huì). 儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)研究白皮書(shū)2014[R]. 2014.

[8] 中關(guān)村儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟儲(chǔ)能專(zhuān)業(yè)委員會(huì). 儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)研究白皮書(shū)2015[R]. 2015.

[9] 國(guó)家電網(wǎng)公司電網(wǎng)新技術(shù)前景研究項(xiàng)目咨詢(xún)組. 大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用前景分析[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化, 2012, 37: 3-8.

[10] GORAN Strbac, MARKO Aunedi, DANNY Pudjianto, et al. Strategic assessment of the role and value of energy storage systems in the UK low carbon energy future[R]. Report for Carbon Trust, 2012.

[11] JIM E. Energy storage for the electricity grid: Benefits and market potential assessment guide[R]. California and Garth Corey: Sandia National Laboratories, 2010.

[12] EPR I. Product abstract – energy storage valuation tool (ESVT) version 3.1[EB/OL]. http://www.epri.com/abstracts/Pages/ProductAbstract.aspx? ProductId=000000003002000312

[13] JEFF S J. EPRI’s cool new grid-scale energy storage tool[EB/OL]. 2013. http://www.greentechmedia.com/articles/read/EPRIs-cool-new-grid- scale-energy-storage-tool

[14] DNV G L. Analysing business models for successful developments in energy storage[J]. Energy Storage Conference, Paris, 2016.

[15] VALERO A, SERRA L, UCHE J. Fundamentals of exergy cost accounting and thermoeconomics. Part I: Theory[J]. Journal of Energy Resources Technology, 2006, 128: 1-8.

[16] VALERO A, SERRA L, UCHE J. Fundamentals of exergy cost accounting and thermoeconomics. Part II: Applications[J]. Journal of Energy Resources Technology, 2006, 128: 9-15.

[17] 王加璇, 王清照, 宋乃輝. 熱經(jīng)濟(jì)學(xué)研究的使命與任務(wù)[J]. 熱能動(dòng)力工程, 2002, 17(2): 111-114.

WANG Jiaxuan, WANG Qingzhao, SONG Naihui. Mission and assignments of thermoeconomics research[J]. Journal of Engineering for Thermal Energy and Power, 2002, 17(2): 111-114.

[18] 王加璇, 張恒良. 動(dòng)力工程熱經(jīng)濟(jì)學(xué)[M]. 北京: 水利水電出版社, 1995.

[19] REINHARD M, JOCHEN L. Economics of centralized and decentralized compressed air energy storage for enhanced grid integration of wind power[J]. Applied Energy, 2013, 101: 299-309.

[20] EMILY F, JAY A. Economics of compressed air energy storage to integrate wind power: A case study in ERCOT[J]. Energy Policy, 2011, 39: 2330-2342.

[21] AUDRIUS B, NICK J. Exergy and exergoeconomic analysis of a compressed air energy storage combined with a district energy system [J]. Energy Conversion and Management, 2014, 77: 432-440.

[22] TZAMALIS G, ZOULIAS E, STAMATAKIS E, et al. Techno-economic analysis of an autonomous power system integrating hydrogen technology as energy storage medium[J]. Renew Energy, 2007, 39(3): 118-124.

[23] AHMET Y. The operational economics of compressed air energy storage systems under uncertainty[J]. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2013, 22: 298-305.

[24] 楊裕生, 程杰, 曹高萍. 規(guī)模儲(chǔ)能裝置經(jīng)濟(jì)效益的判據(jù)[J]. 電池, 2011, 41(1): 19-21.

YANG Yusheng, CHENG Jie, CAO Gaoping. Agauge for direct technomic benefits of energy storage devices[J]. Battery Bimonthly, 2011, 41(1): 19-21.

[25] YANG Yusheng. Renewable energy and large scale energy storage technologies[C]//2012 International Conference on Materials for Renewable Energy & Environment, Beijing, 2012.

[26] 潘艷珠. 工程技術(shù)經(jīng)濟(jì)[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2012.

[27] 劉曉君. 技術(shù)經(jīng)濟(jì)學(xué)[M]. 北京: 科學(xué)出版社, 2013.

[28] 游達(dá)明. 技術(shù)經(jīng)濟(jì)與項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)[M]. 北京: 清華大學(xué)出版社, 2009.

[29] 鄭建國(guó). 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析[M]. 北京: 中國(guó)紡織出版社, 2008.

[30] 國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì), 建設(shè)部. 建設(shè)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)方法與參數(shù)[M]. 北京: 中國(guó)計(jì)劃出版社.

[31] YAN Xiaohui, ZHANG Xuehui, CHEN Haisheng, et al. Techno-economic and social analysis of energy storage for commercial buildings[J]. Energy Conversion and Management, 2014, 78: 125-136.

[32] 劉暢, 徐玉杰, 胡珊, 陳海生. 壓縮空氣儲(chǔ)能電站技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析[J]. 儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù), 2015, 4(2): 158-168.

LIU Chang, XU Yujie, HU Shan, CHEN Haisheng. Techno-economic analysis of compressed air energy storage power plant[J]. Energy Storage Science and Technology, 2015, 4(2): 158-168.

[33] 鹿院衛(wèi), 劉廣林, 馬重芳, 等. 壓縮空氣蓄能系統(tǒng)熱經(jīng)濟(jì)學(xué)分析[J]. 熱能動(dòng)力工程, 2011, 26(4): 397-401.

LU Yuanwei, LIU Guanglin, MA Chongfang, et al. Thermo-economic comparison of compressed air energy storage systems[J]. Journal of Engineering for Thermal Energy and Power, 2011, 26(4): 397-401.

[34] 何青, 劉輝, 劉文毅. 風(fēng)電-壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)?和?成本分析模型[J]. 熱力發(fā)電, 2016, 45(2): 34-39.

HE Qing, LIU Hui, LIU Wenyi. Exergy and exergy cost analysis model for wind-compressed air energy storage system[J]. Thermal Power Generation, 2016, 45(2): 34-39.

[35] 程偉良, 陳黨慧, 徐壽臣, 等. 火電機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性分析[J]. 動(dòng)力工程, 2004, 24(4): 580-583.

CHENG Weiliang, CHEN Danghui, XU Shouchen, et al. Economic analysis of thermal power plant[J]. Power Engineering, 2004, 24(4): 580-583.

[36] 程偉良, 黃其勵(lì). 熱經(jīng)濟(jì)學(xué)的結(jié)構(gòu)理論及其應(yīng)用[J]. 哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2005, 37(10): 1388-1390.

CHENG Weiliang, HUANG Qili. Structure theory of thermo economics and its applications[J]. Journal of Harbin Institute of Technology, 2005, 37(10): 1388-1390.

[37] 劉文毅, 楊勇平. 壓縮空氣蓄能電站綜合效益評(píng)價(jià)研究[J]. 工程熱物理學(xué)報(bào), 2007, 28(3): 373-375.

LIU Wenyi, YANG Yongping. Caoculations and analysis of overall benefit for compressed air energy storage(caes) power plant[J]. Journal of Engineering Thermophysics, 2007, 28(3): 373-375.

[38] 張靜. 2015年儲(chǔ)能市場(chǎng)盤(pán)點(diǎn)——一個(gè)蓄勢(shì)待發(fā)的產(chǎn)業(yè)[J]. 儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù), 2016, 5(1): 58-64.

ZHANG Jing. 2015 energy storage market inventory——A potential industry[J]. Energy Storage Science and Technology, 2016, 5(1): 58-64.

[39] 丁明, 陳忠, 蘇建徽, 等. 可再生能源發(fā)電中的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)綜述[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化, 2013, 37(1): 19-25, 102.

DING Ming, CHEN Zhong, SU Jianhui, et al. An overview of battery energy storage system for renewable energy generation[J]. Automation of Electric Power Systems, 2013, 37(1): 19-25, 102.

[40] International Energy Agency. Technology roadmap——Energy storage[R]. 2014. https://www.iea.org/publications/freepublications/ publication/technology-roadmap-energy-storage-.html

[41] 孫曉斌, 孫艷玲. 儲(chǔ)能裝置的價(jià)值評(píng)估[J]. 河南科技, 2013(8): 103.

SUN Xiaobin, SUN Yanling. Evaluation of the energy storage mechanism[J]. Journal of Henan Science and Technology, 2013(8): 103.

[42] CRITIGINO F，MOHMEYER K U，SCHARF R. Huntorf CAES：More than 20 years of successful operation[C]//Solution Mining Research Institute, 2001.

[43] NAKHAMKIN M, ANDERSSON L, SWENSEN E, et al. AEC 110MW CAES plant; Status of project[J]. Journal of Engineering for Gas Turbines & Power, 1990, 114(4): 695-700.

[44] BARRIE M. Power markets and economics: Energy costs, trading, emissions[M]. Shanghai: Shanghai University of Finance and Economics Press, 2013.

Research progress in economic study of energy storage

LIU Chang1,XU Yujie1,ZHANG Jing2,HU Shan1,YUE Fen2,DING Jie1, 3,CHEN Haisheng1,3

(1Institute of Engineering Thermophysics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China;2China Energy Storage Alliance, Beijing 100022, China;3University of Chinese Academy of Science, Beijing 100049, China)

Energy storage plays different roles in the conventional power system, renewable energy power generation, distributed power generation and micro-network, auxiliary services, and thus different income model and economic evaluation methods are used. Economics researche of energy storage technology in domestic and international is still at early stage, and a mature economic evaluation system is still absent. In this paper, the current situation economics research of energy storage in domestic and international, the value and benefit of energy storage in power system, and the research trend of energy storage economy are analyzed.

energy storage; economic evaluation; power system; revenue model

10.12028/j.issn.2095-4239.2017.0116

F 062.4

A

2095-4239（2017）05-1084-10

2017-06-26；

2017-08-04。

國(guó)家自然科學(xué)基金（51606185），國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃（973）項(xiàng)目（2015CB251302），中國(guó)科學(xué)院前沿科學(xué)重點(diǎn)研究（QYZDB-SSW-JSC023）及國(guó)家國(guó)際科技合作專(zhuān)項(xiàng)（2014DFA60600）項(xiàng)目。

劉暢（1986—），女，碩士，工程師，研究方向?yàn)閮?chǔ)能技術(shù)經(jīng)濟(jì)性，E-mail：liuchang@iet.cn；

陳海生，研究員，研究方向?yàn)閴嚎s空氣儲(chǔ)能技術(shù)，E-mail：chen_hs@iet.cn。