儲(chǔ)能在電網(wǎng)中的應(yīng)用價(jià)值及其商業(yè)模式

韓曉娟，艾瑤瑤，李相俊

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儲(chǔ)能在電網(wǎng)中的應(yīng)用價(jià)值及其商業(yè)模式

韓曉娟1，艾瑤瑤1，李相俊2

（1．華北電力大學(xué)控制與計(jì)算機(jī)工程學(xué)院，北京市 昌平區(qū) 102206；2．新能源與儲(chǔ)能運(yùn)行控制國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(中國(guó)電力科學(xué)研究院)，北京市 海淀區(qū) 100192）

隨著風(fēng)電、光伏滲透率逐漸增大，其并網(wǎng)給電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行帶來了諸多挑戰(zhàn)。儲(chǔ)能技術(shù)可以有效平抑新能源功率波動(dòng)，增強(qiáng)新能源發(fā)電可控性，提高新能源的并網(wǎng)接入能力，因此在電網(wǎng)中配置儲(chǔ)能的相關(guān)研究與技術(shù)受到越來越多的關(guān)注。以儲(chǔ)能系統(tǒng)接入電網(wǎng)的功能為切入點(diǎn)，針對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)在調(diào)頻、調(diào)峰、備用容量和延緩輸配電擴(kuò)容升級(jí)等4種場(chǎng)景中的應(yīng)用價(jià)值進(jìn)行研究和歸納，討論了儲(chǔ)能相關(guān)商業(yè)模式的發(fā)展前景和未來待研究的關(guān)鍵科學(xué)問題。

儲(chǔ)能系統(tǒng)；調(diào)頻；調(diào)峰；備用容量；應(yīng)用價(jià)值；商業(yè)模式

0 引言

中國(guó)正在大力發(fā)展可再生能源，由于風(fēng)電、光伏發(fā)電出力的波動(dòng)性和隨機(jī)性特征，增加了調(diào)峰調(diào)頻壓力，導(dǎo)致了電網(wǎng)電壓質(zhì)量下降等問題[1]。將儲(chǔ)能應(yīng)用到輸配電領(lǐng)域，參與調(diào)頻、電壓支撐、調(diào)峰、備用容量無功支持、緩解線路阻塞、延緩輸配電擴(kuò)容升級(jí)和作為變電站直流電源，可以很好地緩解新能源并網(wǎng)帶來的一系列問題。

儲(chǔ)能參與調(diào)頻能夠提高電能頻率質(zhì)量，提高電網(wǎng)運(yùn)行安全水平[2]。當(dāng)前提高我國(guó)電網(wǎng)的靈活性除了要增加調(diào)頻能力以外，更迫切要求提高電網(wǎng)的調(diào)峰能力，尤其是進(jìn)入冬季以后北方地區(qū)電網(wǎng)普遍出現(xiàn)電網(wǎng)調(diào)峰能力不足，導(dǎo)致嚴(yán)重的棄風(fēng)棄光現(xiàn)象。在協(xié)助新能源并網(wǎng)方面，儲(chǔ)能是必要的調(diào)峰手段，在電網(wǎng)側(cè)接入儲(chǔ)能系統(tǒng)可以改變需求響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)削峰填谷，將更多的可再生能源接入電網(wǎng)[3-4]。“三北”地區(qū)的新能源并網(wǎng)問題愈發(fā)嚴(yán)重，僅靠政策要求無法實(shí)現(xiàn)完全上網(wǎng)[5]?？紤]到目前我國(guó)的儲(chǔ)能設(shè)備容量有限，大規(guī)模儲(chǔ)能電池參與調(diào)峰仍有一定局限性。

隨著電力結(jié)構(gòu)不斷重組完善，電網(wǎng)的安全穩(wěn)定性問題也日益突出。分布式儲(chǔ)能裝置接入系統(tǒng)時(shí)，能夠作為備用容量，并能獨(dú)立進(jìn)行有功和無功的輸出，實(shí)現(xiàn)供需平衡，具有提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性，消除負(fù)荷晝夜峰谷差，減少備用容量以提高電力設(shè)備的利用率，降低供電成本，促進(jìn)風(fēng)能、太陽能等可再生能源的應(yīng)用等優(yōu)點(diǎn)[6-8]。

以儲(chǔ)能系統(tǒng)接入電網(wǎng)功能為切入點(diǎn)，分別對(duì)接入儲(chǔ)能系統(tǒng)，儲(chǔ)能在調(diào)頻、調(diào)峰、備用容量和延緩輸配電擴(kuò)容升級(jí)等4種調(diào)節(jié)場(chǎng)景中的應(yīng)用價(jià)值進(jìn)行研究和歸納，對(duì)近年來儲(chǔ)能相關(guān)商業(yè)模式發(fā)展進(jìn)行了研究分析，并探討了未來待研究的關(guān)鍵科學(xué)問題。

1 儲(chǔ)能在電網(wǎng)中的應(yīng)用價(jià)值

大規(guī)模先進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)是未來高比例可再生能源發(fā)展的重要保障，尤其在電力領(lǐng)域，電儲(chǔ)能技術(shù)已逐漸在電力系統(tǒng)移峰填谷、可再生能源發(fā)電并網(wǎng)、電力調(diào)頻等輔助服務(wù)、分布式能源及微電網(wǎng)等方面體現(xiàn)出多重應(yīng)用價(jià)值[9-10]。

儲(chǔ)能在電網(wǎng)中應(yīng)用，主要安裝在輸配電側(cè)，在調(diào)頻、電壓支撐、調(diào)峰、備用容量無功支持、緩解線路阻塞和延緩輸配電擴(kuò)容升級(jí)領(lǐng)域中發(fā)揮重要價(jià)值。下面主要從調(diào)頻、調(diào)峰、備用容量無功支持及延緩輸配電擴(kuò)容升級(jí)等4個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行闡述。

1.1 儲(chǔ)能調(diào)頻

為緩解間歇式電源并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定性造成的負(fù)面影響，將在參與電網(wǎng)調(diào)頻方面具有快速響應(yīng)特性優(yōu)勢(shì)的儲(chǔ)能作為新的輔助調(diào)頻手段。在新能源功率輸出平抑、計(jì)劃出力跟蹤等應(yīng)用場(chǎng)景下，儲(chǔ)能配置在新能源發(fā)電側(cè)；在電網(wǎng)頻率調(diào)整、網(wǎng)絡(luò)潮流優(yōu)化等應(yīng)用場(chǎng)景下，儲(chǔ)能配置在輸電側(cè)；在分布式、移動(dòng)式儲(chǔ)能等應(yīng)用場(chǎng)景下，儲(chǔ)能配置在配電側(cè)[11]。目前電網(wǎng)調(diào)頻相關(guān)研究主要集中在控制策略、優(yōu)化模型和容量配置方面。

1.1.1 儲(chǔ)能參與調(diào)頻的控制策略研究

儲(chǔ)能配置在發(fā)電側(cè)輔助調(diào)頻主要針對(duì)電力系統(tǒng)調(diào)頻過程中火電機(jī)組響應(yīng)速度慢、不適合參與短周期調(diào)頻的問題，通過優(yōu)化電池儲(chǔ)能控制器參數(shù)，使儲(chǔ)能更好地參與調(diào)頻以及幫助更多新能源發(fā)電并網(wǎng)[12]。儲(chǔ)能配置在輸電側(cè)輔助電網(wǎng)進(jìn)行頻率調(diào)節(jié)主要考慮系統(tǒng)輸出功率、穩(wěn)態(tài)頻率偏差、區(qū)域電網(wǎng)幅頻特性、儲(chǔ)能電池荷電狀態(tài)以及儲(chǔ)能參與調(diào)頻的時(shí)域評(píng)價(jià)指標(biāo)來優(yōu)化控制策略，幫助更多的風(fēng)電并入電網(wǎng)，改善電網(wǎng)抗干擾能力，提高儲(chǔ)能電池荷電狀態(tài)(state of charge，SOC)指標(biāo)優(yōu)勢(shì)[13-14]。

1.1.2 儲(chǔ)能參與調(diào)頻的容量配置方法研究

目前主要從儲(chǔ)能參與快速調(diào)頻特性、儲(chǔ)能充放電策略、儲(chǔ)能配置類型和儲(chǔ)能經(jīng)濟(jì)性等方面展開研究[15]。

在發(fā)電側(cè)，通過改善電廠調(diào)頻性能的儲(chǔ)能充放電策略，達(dá)到調(diào)頻效果，改善電網(wǎng)穩(wěn)定性[16]。但現(xiàn)有研究很少結(jié)合最新調(diào)頻政策分配儲(chǔ)能出力。在配電側(cè)，針對(duì)儲(chǔ)能參與的調(diào)頻特性及頻率控制特性進(jìn)行研究，分析關(guān)鍵參量對(duì)電池儲(chǔ)能一次調(diào)頻特性的影響[17-20]；在儲(chǔ)能參與調(diào)頻特性研究的基礎(chǔ)上，從儲(chǔ)能電池參與一次調(diào)頻技術(shù)經(jīng)濟(jì)性角度、動(dòng)作時(shí)機(jī)與深度實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能容量配置[21-22]；不同類型儲(chǔ)能對(duì)一次調(diào)頻的效果不同，鋰離子電池因其快速反應(yīng)的特點(diǎn)，較多地用于傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)組提供一次調(diào)頻服務(wù)方案[23]，而超級(jí)電容器普遍作為一次調(diào)頻輔助設(shè)備[24]，輔助提高調(diào)頻效果。在經(jīng)濟(jì)性方面，儲(chǔ)能參與調(diào)頻的頻繁動(dòng)作對(duì)其壽命產(chǎn)生影響，需將此項(xiàng)指標(biāo)納入儲(chǔ)能成本計(jì)算中。

1.1.3 儲(chǔ)能參與調(diào)頻的優(yōu)化運(yùn)行策略研究

傳統(tǒng)電網(wǎng)調(diào)頻主要為火電機(jī)組，但其響應(yīng)時(shí)滯長(zhǎng)，且其調(diào)頻性能和調(diào)頻質(zhì)量均不能滿足系統(tǒng)穩(wěn)定及提高電能質(zhì)量的要求。抽水蓄能技術(shù)雖在電力系統(tǒng)中可參與調(diào)頻，但其調(diào)頻性能受地域及季節(jié)制約。在潮流單一電網(wǎng)中，水電一次調(diào)頻快速響應(yīng)將可能引起系統(tǒng)潮流越限失穩(wěn)[25-26]。因此，目前參與調(diào)頻運(yùn)行優(yōu)化策略研究使用的儲(chǔ)能多選用電池儲(chǔ)能。

新能源與儲(chǔ)能混合運(yùn)行是對(duì)并網(wǎng)過程進(jìn)行頻率調(diào)節(jié)的形式之一[27-28]，對(duì)應(yīng)運(yùn)行策略的不同主要體現(xiàn)在優(yōu)化模型元素的差異，即目標(biāo)函數(shù)、決策變量、約束條件和求解方法的不同。優(yōu)化模型的目標(biāo)函數(shù)有風(fēng)儲(chǔ)電站的總收益、調(diào)頻性能指標(biāo)和儲(chǔ)能電量平衡度；決策變量包括儲(chǔ)能輸出功率、儲(chǔ)能對(duì)AGC指令與機(jī)組出力實(shí)時(shí)偏差量的補(bǔ)償度；約束條件有風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合體功率約束、儲(chǔ)能電量約束和儲(chǔ)能調(diào)頻性能表現(xiàn)約束以及儲(chǔ)能功率和電量約束；求解方法主要有混合整數(shù)線性規(guī)劃和多目標(biāo)粒子群算法[29-30]。

1.2 儲(chǔ)能調(diào)峰

高比例可再生能源發(fā)電并網(wǎng)給電力系統(tǒng)調(diào)峰帶來了較大壓力，應(yīng)用儲(chǔ)能輔助調(diào)峰可有效解決系統(tǒng)調(diào)峰問題，但現(xiàn)階段儲(chǔ)能的高成本限制了其規(guī)?；瘧?yīng)用。電網(wǎng)調(diào)峰的研究多集中在儲(chǔ)能控制方案和選型及容量配置[31]方面。

1.2.1 儲(chǔ)能參與調(diào)峰的控制方案研究

對(duì)配置儲(chǔ)能調(diào)峰控制方案的制定從負(fù)荷區(qū)間控制、調(diào)峰常規(guī)手段、并網(wǎng)點(diǎn)電壓補(bǔ)償、考慮死區(qū)控制以及電流控制等方面進(jìn)行。

發(fā)電側(cè)儲(chǔ)能調(diào)峰將儲(chǔ)能與正常調(diào)峰、深度調(diào)峰、投油調(diào)峰和啟停調(diào)峰等常規(guī)手段優(yōu)化組合調(diào)峰，降低儲(chǔ)能調(diào)峰的容量需求[32]。針對(duì)調(diào)峰電力系統(tǒng)反調(diào)峰特性造成的風(fēng)電輸出能力，在低負(fù)荷情況下，設(shè)計(jì)的包括死區(qū)控制在內(nèi)的儲(chǔ)能系統(tǒng)的控制策略，在大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)后，能在有效降低火電機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間的同時(shí)，大大提高電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益[33]。

配電網(wǎng)儲(chǔ)能調(diào)峰大多集中在改善電能質(zhì)量、平抑波動(dòng)以及提高滲透率方面，對(duì)削峰填谷等的控制策略研究較少。文獻(xiàn)[34]在負(fù)荷預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上，從儲(chǔ)能電站放電量均衡的角度，以邊際負(fù)荷值來確定電站充放電運(yùn)行狀態(tài)的控制方案，并結(jié)合儲(chǔ)能電站電量預(yù)測(cè)值對(duì)電站實(shí)時(shí)運(yùn)行控制進(jìn)行調(diào)整，達(dá)到有效并連續(xù)地對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制的目的。在新型的含儲(chǔ)能裝置的兩級(jí)式并網(wǎng)逆變器基礎(chǔ)上，基于并網(wǎng)點(diǎn)電壓補(bǔ)償制定調(diào)峰控制策略，可提升光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行效率，有效解決調(diào)峰和穩(wěn)定并網(wǎng)運(yùn)行問題[35]。文獻(xiàn)[36]考慮了SOC滿足系統(tǒng)運(yùn)行約束，高充放電效率和顯著能量密度鋰離子電池參與電流控制方案，提高有功功率越限調(diào)節(jié)能力。

1.2.2 儲(chǔ)能參與調(diào)峰的容量配置研究

在調(diào)峰儲(chǔ)能選型方面，微型和中型超導(dǎo)磁儲(chǔ)能系統(tǒng)在協(xié)助電網(wǎng)調(diào)峰上具有較好的經(jīng)濟(jì)效 益[37]。在單類型儲(chǔ)能調(diào)峰研究的基礎(chǔ)上，采用混合儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)峰可降低儲(chǔ)能系統(tǒng)的投資成本[38]。輸電側(cè)配置儲(chǔ)能的場(chǎng)景下，利用大規(guī)模電池儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)負(fù)荷“削峰填谷”的功能，通過減少日負(fù)荷波動(dòng)幅度，達(dá)到調(diào)峰的目的。一般結(jié)合給定負(fù)荷特性分析儲(chǔ)能系統(tǒng)配置容量與其改善負(fù)荷波動(dòng)水平之間的關(guān)系，將儲(chǔ)能系統(tǒng)投資成本、經(jīng)濟(jì)效益作為約束，綜合效益最大作為目標(biāo)，在求解得出松弛瓶頸的最佳儲(chǔ)能容量的同時(shí)達(dá)到緩解發(fā)電機(jī)組對(duì)負(fù)荷追蹤調(diào)控負(fù)擔(dān)，使電網(wǎng)具備更多向下調(diào)節(jié)容量來接納風(fēng)電的優(yōu)勢(shì)[39]。

1.3 儲(chǔ)能調(diào)峰調(diào)頻

儲(chǔ)能在參與電網(wǎng)調(diào)頻的同時(shí)，對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行 峰值調(diào)節(jié)，可以使系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性得到更好的調(diào)節(jié)。

在熱網(wǎng)作為儲(chǔ)能系統(tǒng)的情況下，通過改變供熱快關(guān)閥開度，利用熱網(wǎng)蓄熱快速改變機(jī)組發(fā)電負(fù)荷。針對(duì)熱網(wǎng)蓄熱調(diào)節(jié)負(fù)荷迅速這一特點(diǎn)，采用速率限制非線性分解方法將機(jī)組負(fù)荷指令信號(hào)中的快變部分分解出來作為供熱前饋加在快關(guān)閥開度指令上。在原有爐跟機(jī)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中引入供熱前饋，提高供熱機(jī)組調(diào)峰調(diào)頻能力[40]。

在配電側(cè)使用電池儲(chǔ)能調(diào)峰調(diào)頻時(shí)，針對(duì)儲(chǔ)能電池參與電網(wǎng)二次調(diào)頻，充分利用各調(diào)頻電源的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，綜合區(qū)域控制誤差(area control error，ACE)信號(hào)分配模式和傳統(tǒng)的區(qū)域控制需求(area regulation requirement，ARR)信號(hào)分配模 式的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行控制，不僅能提高儲(chǔ)能電池運(yùn)行的性能，而且能較大程度地改善電網(wǎng)調(diào)頻。在中壓變電站儲(chǔ)能系統(tǒng)環(huán)境中，考慮來自住宅區(qū)和快速充電站的需求的小電網(wǎng)負(fù)荷。使用逆變器控制器，協(xié)助調(diào)峰調(diào)頻，在進(jìn)行調(diào)峰服務(wù)的同時(shí)，有效地調(diào)節(jié)系統(tǒng)頻率[41-42]。

火電機(jī)組通過改變?nèi)剂狭空{(diào)節(jié)發(fā)電負(fù)荷的過程非常緩慢，而可替代部分火電機(jī)組的儲(chǔ)能電池雖具有快速響應(yīng)的優(yōu)勢(shì)，還需考慮本身荷電狀態(tài)管理等因素，并從機(jī)制層面深入探討如何參與調(diào)峰調(diào)頻，充分發(fā)揮出儲(chǔ)能電池容量及其快速響應(yīng)和無爬坡速率等優(yōu)勢(shì)。

1.4 儲(chǔ)能備用容量及擴(kuò)展容量應(yīng)用

儲(chǔ)能備用容量方面的研究較少，除了在微電網(wǎng)孤島運(yùn)行時(shí)協(xié)同柴油機(jī)、風(fēng)電機(jī)組作為備用容量參與一次調(diào)頻[43]，該功能的實(shí)現(xiàn)還可通過在輸電側(cè)增加考慮壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)系統(tǒng)中流量、功率、氣壓、溫度間的交互影響機(jī)制，反映壓縮空氣儲(chǔ)能電站分鐘級(jí)運(yùn)行特性的旋轉(zhuǎn)備用容量約束和日內(nèi)調(diào)度約束的條件，風(fēng)電、負(fù)荷和價(jià)格型需求響應(yīng)在不同時(shí)間尺度下的預(yù)測(cè)誤差特性等因素建立含壓縮空氣儲(chǔ)能電力系統(tǒng)日前-日內(nèi)協(xié)調(diào)調(diào)度模型，從而得到壓縮空氣儲(chǔ)能電站的最優(yōu)旋轉(zhuǎn)備用容量承擔(dān)方案[44]。

儲(chǔ)能用于延緩輸配電擴(kuò)容升級(jí)方面的研究主要通過整合可再生能源發(fā)電、輸電網(wǎng)以及儲(chǔ)能的長(zhǎng)期投資動(dòng)態(tài)性與系統(tǒng)電力供求的短期波動(dòng)性和空間分布特性，建立含有發(fā)電、輸電和儲(chǔ)能設(shè)施在內(nèi)的混合電力系統(tǒng)協(xié)調(diào)擴(kuò)容規(guī)劃模型，優(yōu)化大規(guī)模可再生能源發(fā)電的并網(wǎng)運(yùn)行；將專用飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)安裝在充電站進(jìn)行高功率充電，可實(shí)現(xiàn)充電站電能容量的擴(kuò)展，并提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)能力[45-46]。

壓縮空氣儲(chǔ)能電站具有大規(guī)模商業(yè)運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)，飛輪儲(chǔ)能在電能容量擴(kuò)展方面應(yīng)用也較為成熟。近年來電池儲(chǔ)能雖發(fā)展迅速，但缺乏商業(yè)化運(yùn)行，不同儲(chǔ)能在備用容量及延緩輸配電擴(kuò)展容量升級(jí)方面的應(yīng)用及其商業(yè)運(yùn)行研究是該領(lǐng)域重要發(fā)展方向之一。

2 儲(chǔ)能的商業(yè)模式

目前，儲(chǔ)能系統(tǒng)在國(guó)外已有較多的商業(yè)應(yīng)用，在不同的國(guó)家儲(chǔ)能的應(yīng)用重點(diǎn)各不相同。商業(yè)模式按照儲(chǔ)能應(yīng)用的領(lǐng)域不同分為海島獨(dú)立型微電網(wǎng)、分布式電源/微電網(wǎng)并網(wǎng)、電動(dòng)汽車充電站、電力市場(chǎng)中能源新產(chǎn)業(yè)以及家庭光伏系統(tǒng)中的應(yīng)用。應(yīng)用領(lǐng)域的不同導(dǎo)致儲(chǔ)能應(yīng)用商業(yè)模式也不相同，盈利影響因素各異，除了與儲(chǔ)能商業(yè)模式相關(guān)政策有關(guān)[47-48]，還存在其他諸多因素，包括電價(jià)體系、運(yùn)營(yíng)主體、儲(chǔ)能類型、補(bǔ)貼方式、初始投資、運(yùn)行維護(hù)和投資回收期成本等。其中，儲(chǔ)能系統(tǒng)在海島獨(dú)立型微電網(wǎng)應(yīng)用中儲(chǔ)能類型、補(bǔ)貼方式都是商業(yè)模式的盈利決定因素；分布式電源及微電網(wǎng)項(xiàng)目商業(yè)模式中，需側(cè)重考慮復(fù)雜電價(jià)體系和運(yùn)營(yíng)主體兩點(diǎn)；汽車充電站商業(yè)模式，在考慮電池儲(chǔ)能系統(tǒng)成本和容量衰減前提下，采用固定鋰離子電池組來減輕電費(fèi)和電網(wǎng)投資；電力市場(chǎng)中能源新產(chǎn)業(yè)的商業(yè)模式考慮因素包括：基礎(chǔ)的先進(jìn)計(jì)量基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)、儲(chǔ)能系統(tǒng)頻率調(diào)節(jié)，汽車和電網(wǎng)能源用戶和智慧城市；意大利家庭光伏系統(tǒng)商業(yè)模式，考慮了電力供應(yīng)合同的期限、以及購(gòu)買和安裝的首選渠道，尤其是電池儲(chǔ)能的替代品等因素對(duì)光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)實(shí)用性的影響[49-53]。

儲(chǔ)能參與到不同應(yīng)用領(lǐng)域中的商業(yè)模式各不相同，經(jīng)濟(jì)性價(jià)值也有所差異?；谏鐣?huì)化網(wǎng)絡(luò)服務(wù)(social networking service，SNS)商業(yè)模型(圖1)，即基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建的多社會(huì)活動(dòng)商業(yè)模型，儲(chǔ)能分別參與到多種商業(yè)模式中，對(duì)每個(gè)模型進(jìn)行分析，得出最佳的運(yùn)營(yíng)模式[54]，有助于儲(chǔ)能投資商選擇最佳財(cái)務(wù)商業(yè)模式。儲(chǔ)能系統(tǒng)將多種商業(yè)模式互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)共享，典型商業(yè)/工業(yè)園區(qū)五大用戶共享電池商業(yè)案例如圖2所示。該例中，儲(chǔ)能運(yùn)營(yíng)商可為不同類型的客戶提供不同的儲(chǔ)能系統(tǒng)，不同的客戶都能因此獲利[55]。

圖1 SNS商業(yè)模型

分布式發(fā)電商進(jìn)行電源投資，電網(wǎng)企業(yè)負(fù)責(zé)用戶配電網(wǎng)運(yùn)行、維護(hù)和售電的商業(yè)運(yùn)營(yíng)模式盈利水平最高，探索儲(chǔ)能運(yùn)用到電網(wǎng)中最盈利的商業(yè)運(yùn)營(yíng)模式是未來需要研究的重點(diǎn)內(nèi)容。

圖2 商業(yè)/工業(yè)園區(qū)五大用戶共享電池商業(yè)案例結(jié)構(gòu)圖

3 結(jié)論與展望

以儲(chǔ)能系統(tǒng)接入電網(wǎng)功能為切入點(diǎn)，闡述了儲(chǔ)能加入電網(wǎng)側(cè)在調(diào)頻、調(diào)峰、備用容量無功支持和延緩輸配電擴(kuò)容升級(jí)領(lǐng)域的應(yīng)用價(jià)值。在電網(wǎng)中加入儲(chǔ)能參與調(diào)頻能夠提高電能頻率質(zhì)量，提高電網(wǎng)運(yùn)行安全水平。在電網(wǎng)側(cè)接入儲(chǔ)能能夠改變需求響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能削峰填谷，使更多的可再生能源接入電網(wǎng)。在分布式儲(chǔ)能裝置接入系統(tǒng)時(shí)，作為備用容量，提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性，消除負(fù)荷晝夜峰谷差，提高電力設(shè)備利用率，降低供電成本，促進(jìn)風(fēng)能、太陽能等可再生能源的應(yīng)用。同時(shí)討論了接入儲(chǔ)能系統(tǒng)后的商業(yè)模式，總結(jié)了儲(chǔ)能在不同商業(yè)模式中仍面臨的發(fā)展瓶頸，探討了未來待研究的關(guān)鍵科學(xué)問題。

目前電網(wǎng)側(cè)加入儲(chǔ)能的商業(yè)模式研究以及儲(chǔ)能電池參與電壓支撐以及緩解線路阻塞的應(yīng)用價(jià)值和其商業(yè)模式方面展開研究甚少。雖然超導(dǎo)磁儲(chǔ)能可以滿足輸配電網(wǎng)電壓支撐，但和其他儲(chǔ)能技術(shù)相比，超導(dǎo)磁儲(chǔ)能仍很昂貴，且在世界范圍內(nèi)有許多超導(dǎo)磁儲(chǔ)能工程正處于進(jìn)行或者研制階段，因此對(duì)加入電網(wǎng)側(cè)進(jìn)行電壓支撐的儲(chǔ)能類型進(jìn)行研究是一大熱點(diǎn)。

儲(chǔ)能系統(tǒng)通常安裝在輸電網(wǎng)阻塞下游，無擁堵時(shí)儲(chǔ)存電能，阻塞時(shí)釋放電能滿足本地需求，緩解輸電線路阻塞，但目前相關(guān)深入研究較少。可根據(jù)大電網(wǎng)引入儲(chǔ)能的相關(guān)需求，開展大規(guī)模儲(chǔ)能柔性負(fù)荷等響應(yīng)資源的協(xié)同調(diào)控策略。

市場(chǎng)中不同儲(chǔ)能博弈規(guī)劃經(jīng)濟(jì)模型是未來研究的另一熱點(diǎn)。隨著調(diào)峰、調(diào)頻等市場(chǎng)逐步向儲(chǔ)能系統(tǒng)放開，儲(chǔ)能的類型多樣化，儲(chǔ)能的收益逐漸增加，成本逐漸下降。在此背景下，儲(chǔ)能投資主體也將呈現(xiàn)多元化趨勢(shì)?？紤]到不同類型儲(chǔ)能如何分配使用，各主體如何運(yùn)營(yíng)或者如何聯(lián)合運(yùn)營(yíng)獲得各自或者整體利益最優(yōu)，博弈各方所掌握的某些信息的不對(duì)稱性和不公開性，研究?jī)?chǔ)能和盈利主體不完全信息博弈規(guī)劃模型及高效完備的博弈均衡求解算法是未來需關(guān)注的內(nèi)容。

儲(chǔ)能安裝在電網(wǎng)側(cè)的商業(yè)模式研究尚少。儲(chǔ)能加入電網(wǎng)的商業(yè)化受市場(chǎng)開放程度、補(bǔ)貼與激勵(lì)及計(jì)量定價(jià)方式等影響。電儲(chǔ)能跟蹤精準(zhǔn)快速而容量有限，尤其對(duì)于獨(dú)立儲(chǔ)能運(yùn)營(yíng)商，僅靠服務(wù)容量或電量?jī)r(jià)格補(bǔ)償力度較小且難以反映實(shí)際調(diào)節(jié)貢獻(xiàn)，服務(wù)計(jì)量方法也需對(duì)應(yīng)不同電源的調(diào)節(jié)質(zhì)量與經(jīng)濟(jì)特性增強(qiáng)適用性，同時(shí)可根據(jù)服務(wù)對(duì)象的多元化合理制定相匹配的市場(chǎng)化運(yùn)營(yíng)方式及相應(yīng)商業(yè)模式。

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(責(zé)任編輯 車德競(jìng))

Application Value of Energy Storage Systems in the PowerGrid and Its Commercial Modes

HAN Xiaojuan1, AI Yaoyao1, LI Xiangjun2

(1. School of Control and Computer Engineering, North China Electric Power University, Changping District, Beijing 102206, China; 2. State Key Laboratory of Control and Operation of Renewable Energy and Storage Systems (China Electrical Power Research Institute), Haidian District, Beijing 100192, China)

The increasing penetration rate of wind power and photovoltaic challenges the stable operation of the grid. Energy storage technology can effectively control the fluctuation of renewable energy generation, enhance the controllability of renewable energy power generation and improve the accessing capability of renewable energy sources connected to the grid. Therefore, the related research and technology of energy storage systems in the grid are getting more and more attention. In this paper, taking energy storage systems to access the grid as a starting point, the application value of energy storage systems in four scenarios such as frequency regulation, peak regulation, backup capacity, delay transmission and distribution expansion were studied and summarized. The development prospects of the commercial modes related to energy storage systems and the key scientific issues to be studied in the future were discussed.

energy storage system; frequency regulation; peak regulation; backup capacity; application value; commercial modes

2017-12-01。

韓曉娟(1970)，女，博士，教授，研究方向?yàn)閮?chǔ)能系統(tǒng)優(yōu)化控制及經(jīng)濟(jì)性評(píng)估，wmhxj@163.com；艾瑤瑤(1993)，女，碩士研究生，研究方向?yàn)樾履茉窗l(fā)電與儲(chǔ)能技術(shù)，a yyshine@163.com。

國(guó)家電網(wǎng)公司科技項(xiàng)目(2017-ZX0069)。

Project Supported by the State Grid Corporation (2017-ZX0069).

10.12096/j.2096-4528.pgt.2018.013