電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能電站綜合評(píng)價(jià)

王元?jiǎng)P ，周家華，潘 郁，金 迪，操瑞發(fā)，張 興，杜士平

（1.國網(wǎng)浙江省電力有限公司寧波供電公司，浙江 寧波 315336；2.浙江優(yōu)能電力設(shè)計(jì)有限公司，浙江 寧波 315100）

0 引言

儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域主要包括新能源并網(wǎng)、分布式能源及微網(wǎng)[1]、系統(tǒng)調(diào)峰、應(yīng)急備用、電能質(zhì)量管理[2]等。不同的儲(chǔ)能技術(shù)所具有的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢和局限性差異很大，故其適用于相應(yīng)的何種領(lǐng)域，需要具體分析，只有堅(jiān)持技術(shù)上可行可靠、成本經(jīng)濟(jì)的路線，才能具有大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的前景。

目前，國內(nèi)外學(xué)者逐漸開展了關(guān)于儲(chǔ)能評(píng)價(jià)的相關(guān)研究。文獻(xiàn)[3]構(gòu)建了電池儲(chǔ)能技術(shù)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，針對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)在不同領(lǐng)域的具體應(yīng)用進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)。文獻(xiàn)[4]建立了電力儲(chǔ)能蓄電池的綜合評(píng)價(jià)體系，把環(huán)保性、技術(shù)性能、經(jīng)濟(jì)性和安全性作為評(píng)估電力儲(chǔ)能蓄電池綜合性能的4 個(gè)一級(jí)指標(biāo)，每個(gè)一級(jí)指標(biāo)下再各設(shè)若干二級(jí)指標(biāo)。文獻(xiàn)[5]在額定功率和額定容量已經(jīng)確定的情況下，通過優(yōu)化調(diào)度對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)價(jià)值進(jìn)行評(píng)估。文獻(xiàn)[6]從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境4 個(gè)方面入手，建立風(fēng)光儲(chǔ)能電站技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，選擇序關(guān)系法確定了綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的權(quán)重，并運(yùn)用模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)指標(biāo)體系進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，建立了風(fēng)光儲(chǔ)電站技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合評(píng)價(jià)模型。文獻(xiàn)[7]提出了一個(gè)通用的用于生產(chǎn)成本仿真的大容量儲(chǔ)能技術(shù)分配模型，并對(duì)不同系統(tǒng)情境下的儲(chǔ)能技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行了評(píng)估。文獻(xiàn)[8]利用年度8 760 h 潮流計(jì)算和優(yōu)方法，得到有儲(chǔ)能和無儲(chǔ)能接入情況下的最優(yōu)技術(shù)措施組合，通過對(duì)比不同措施組合的成本構(gòu)成，評(píng)估儲(chǔ)能支撐分布式光伏接入的價(jià)值。文獻(xiàn)[9]針對(duì)儲(chǔ)能應(yīng)用的評(píng)價(jià)，從補(bǔ)償效果、安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性等方面給出了相關(guān)評(píng)價(jià)指標(biāo)和評(píng)價(jià)方法。文獻(xiàn)[10]建立了涵蓋技術(shù)性、經(jīng)濟(jì)性和社會(huì)性的儲(chǔ)能系統(tǒng)綜合評(píng)估指標(biāo)體系，將熵值法與灰色關(guān)聯(lián)分析法相結(jié)合，結(jié)合實(shí)例對(duì)不同儲(chǔ)能技術(shù)的綜合效益進(jìn)行了評(píng)估。文獻(xiàn)[11]提出考慮多利益主體的分層儲(chǔ)能系統(tǒng)綜合評(píng)估指標(biāo)體系，基于AHP（層次分析法）和TOPSIS（改進(jìn)逼近理想解法）提出了多模型綜合評(píng)估算法。文獻(xiàn)[12]基于層次分析法，提出了技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)下不同儲(chǔ)能規(guī)模間的標(biāo)度計(jì)算方法，建立了綜合評(píng)估指標(biāo)的數(shù)學(xué)模型。

由以上分析可知，目前對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)的研究多是從技術(shù)或經(jīng)濟(jì)效益等單層面進(jìn)行評(píng)價(jià)的。本文綜合考慮經(jīng)濟(jì)性、技術(shù)、環(huán)境影響，建立了一套適用于電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能綜合評(píng)價(jià)的指標(biāo)體系，對(duì)各指標(biāo)的定義及計(jì)算進(jìn)行了詳細(xì)說明，給出了綜合評(píng)價(jià)流程及相適應(yīng)的綜合評(píng)價(jià)方法，并對(duì)寧波市某變電站電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能項(xiàng)目進(jìn)行實(shí)例評(píng)估。

1 電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

儲(chǔ)能綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)一級(jí)指標(biāo)主要包括可靠性指標(biāo)、能效指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)、電網(wǎng)影響指標(biāo)以及環(huán)境影響指標(biāo)。在一級(jí)指標(biāo)下又分為多個(gè)二級(jí)指標(biāo)和三級(jí)指標(biāo)，見圖1。

可靠性指標(biāo)、能效指標(biāo)主要用于儲(chǔ)能系統(tǒng)本身的運(yùn)行評(píng)價(jià)；經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)、電網(wǎng)影響指標(biāo)及環(huán)境影響指標(biāo)主要應(yīng)用于儲(chǔ)能系統(tǒng)的價(jià)值評(píng)價(jià)。本文主要針對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的價(jià)值進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1.1 經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)

（1）凈現(xiàn)值NPV

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

圖1 儲(chǔ)能綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

（2）內(nèi)部收益率IRR

式中： r1為所取的較低折現(xiàn)率；r2為所取的較高折現(xiàn)率；NPV（r1）為r1的凈現(xiàn)值；NPV（r2）為r2的凈現(xiàn)值，其值一般為負(fù)值。

（3）動(dòng)態(tài)投資回收期Pt′

1.2 電網(wǎng)影響指標(biāo)

1.2.1 對(duì)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(shù)量；n 為110 kV 主變數(shù)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(shù)量；m 為110 kV 線路數(shù)量。

（3）N-1 最大負(fù)荷損失率（γ1max）

式中： ΔPmax為配電系統(tǒng)發(fā)生N-1 故障后，最大負(fù)荷損失值；Pmax為配電系統(tǒng)正常運(yùn)行條件下的最大負(fù)荷。

1.2.2 對(duì)供電可靠性的影響

供電可靠性提高主要是指儲(chǔ)能建設(shè)后，減少了變電站轄區(qū)用戶的故障停電時(shí)間，儲(chǔ)能建設(shè)前的停電持續(xù)時(shí)間可取歷史平均值，儲(chǔ)能建設(shè)后停電持續(xù)時(shí)間由歷史平均停電負(fù)荷值和儲(chǔ)能所供電量（按儲(chǔ)能容量的50%計(jì)算）得到。

（1）系統(tǒng)平均停電持續(xù)時(shí)間SAIDI

式中： N 為用戶數(shù)量；ti為用戶i 持續(xù)停電時(shí)間。

（2）系統(tǒng)平均停電頻率SAIFI

式中： ni為用戶i 總持續(xù)停電次數(shù)。

1.2.3 對(duì)供電經(jīng)濟(jì)性的影響

供電經(jīng)濟(jì)性的提高是指儲(chǔ)能建設(shè)后，基于負(fù)荷數(shù)據(jù)控制儲(chǔ)能充放電策略，包括平均線損率、變壓器負(fù)載率方差和線路負(fù)載率方差等指標(biāo)。

（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(tǒng)線路數(shù)量（包括變壓器等值線路）。

式中： N 為某變壓器一年內(nèi)負(fù)載率采樣點(diǎn)數(shù)量，一般取8 760；βti為某變壓器在采樣點(diǎn)i 的負(fù)載率；為某變壓器一年內(nèi)負(fù)載率均值。

1.2.4 對(duì)最大供電能力的影響

儲(chǔ)能系統(tǒng)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(jì)算見文獻(xiàn)[13]。

（1）配電系統(tǒng)最大供電能力ATSC

式中： ASSC為配電系統(tǒng)變電站供電能力；ANTC為配電系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)移能力。

（2）最大供電能力占比ηTSC

式中： AMSC為全聯(lián)絡(luò)供電能力，一定供電區(qū)域內(nèi)配電網(wǎng)所有主變兩兩互聯(lián)，即系統(tǒng)達(dá)到全聯(lián)絡(luò)且聯(lián)絡(luò)容量足夠大時(shí)的最大供電能力。

1.3 環(huán)境影響指標(biāo)

（1）單位容量土地占用面積ΔA

式中： A 為儲(chǔ)能系統(tǒng)占用土地面積；EN為儲(chǔ)能系統(tǒng)額定容量。

（2）單位容量二氧化碳減排量δCO2

式中： ΔWCO2為儲(chǔ)能系統(tǒng)代替火電機(jī)組進(jìn)行調(diào)峰、促進(jìn)新能源消納時(shí)，其生命周期內(nèi)減少的二氧化碳排放量；EN為儲(chǔ)能系統(tǒng)額定容量；λCO2為二氧化碳排放系數(shù)，2017 年全國單位火電發(fā)電量二氧化碳排放量為0.844 kg/kWh[14]；Syear為儲(chǔ)能系統(tǒng)生命周期內(nèi)替代常規(guī)火電機(jī)組的調(diào)峰、促進(jìn)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(chǔ)能系統(tǒng)代替火電機(jī)組進(jìn)行調(diào)峰、促進(jìn)新能源消納時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)生命周期內(nèi)減少的二氧化硫排放量；λSO2為二氧化硫排放系數(shù)，2017 年全國單位火電發(fā)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(chǔ)能系統(tǒng)代替火電機(jī)組進(jìn)行調(diào)峰、促進(jìn)新能源消納時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)生命周期內(nèi)減少的氮氧化物排放量；λNOX為氮氧化物排放系數(shù)，2017年全國單位火電發(fā)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(chǔ)能系統(tǒng)代替火電機(jī)組進(jìn)行調(diào)峰、促進(jìn)新能源消納時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)生命周期內(nèi)減少的煙塵排放量；λ煙塵為煙塵排放系數(shù)，2017 年全國單位火電發(fā)電量煙塵排放量0.000 06 kg/kWh[14]。

2 綜合評(píng)價(jià)分類及流程

2.1 綜合評(píng)價(jià)分類

儲(chǔ)能系統(tǒng)的綜合評(píng)價(jià)是為了評(píng)估儲(chǔ)能的綜合價(jià)值，促進(jìn)儲(chǔ)能的規(guī)劃建設(shè)，可以評(píng)價(jià)單一儲(chǔ)能規(guī)劃方案的綜合價(jià)值，也可以針對(duì)多個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)或同一儲(chǔ)能系統(tǒng)的多個(gè)規(guī)劃方案進(jìn)行評(píng)價(jià)，還可以針對(duì)同一儲(chǔ)能系統(tǒng)的多個(gè)時(shí)間斷面進(jìn)行評(píng)價(jià)。

儲(chǔ)能系統(tǒng)的綜合評(píng)價(jià)主要分為單規(guī)劃方案評(píng)價(jià)、多規(guī)劃方案評(píng)價(jià)及多階段評(píng)價(jià)，本文主要研究的是單規(guī)劃方案評(píng)價(jià)。

所謂單規(guī)劃方案評(píng)價(jià)，即對(duì)某一儲(chǔ)能系統(tǒng)規(guī)劃方案進(jìn)行價(jià)值評(píng)價(jià)，分析其經(jīng)濟(jì)性和綜合價(jià)值，評(píng)價(jià)的側(cè)重點(diǎn)是分析該儲(chǔ)能建設(shè)對(duì)重過載變電站和線路的改善作用，對(duì)配電系統(tǒng)供電安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性和供電能力的提升作用，需對(duì)規(guī)劃方案進(jìn)行評(píng)分。

2.2 綜合評(píng)價(jià)流程

以下主要以儲(chǔ)能系統(tǒng)的價(jià)值評(píng)價(jià)為例，說明綜合評(píng)價(jià)理論的應(yīng)用方法和實(shí)施步驟。

如圖2 所示，儲(chǔ)能系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)實(shí)施流程包括： 現(xiàn)狀分析、選擇評(píng)價(jià)指標(biāo)、確定評(píng)價(jià)指標(biāo)判據(jù)、制定指標(biāo)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)定指標(biāo)權(quán)重、方案評(píng)價(jià)實(shí)施和評(píng)價(jià)結(jié)果分析等步驟。

圖2 儲(chǔ)能系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)實(shí)施流程

（1）現(xiàn)狀分析： 搜集電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃、區(qū)域發(fā)展規(guī)劃、電網(wǎng)設(shè)備臺(tái)賬及運(yùn)行數(shù)據(jù)、被評(píng)價(jià)的儲(chǔ)能系統(tǒng)等相關(guān)資料，分析區(qū)域特點(diǎn)、配電系統(tǒng)現(xiàn)狀及存在的問題、負(fù)荷發(fā)展現(xiàn)狀和分布式電源建設(shè)現(xiàn)狀。

（2）選擇評(píng)價(jià)指標(biāo)： 根據(jù)被評(píng)價(jià)的儲(chǔ)能系統(tǒng)特點(diǎn)和評(píng)價(jià)目的，考慮數(shù)據(jù)的真實(shí)性、客觀性及獲取的難易程度，選擇適宜的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。案例分析采用圖3 所示的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

圖3 綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

（3）確定評(píng)價(jià)指標(biāo)判據(jù)： 在對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)的過程中，需要確定各項(xiàng)指標(biāo)的評(píng)價(jià)判據(jù)，即指標(biāo)數(shù)值的合理范圍。

（4）制定指標(biāo)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)： 評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)是通過一定的標(biāo)度體系，將各種原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成可以直接比較的規(guī)范化格式。結(jié)合實(shí)際情況，在案例分析中采用百分制進(jìn)行評(píng)價(jià)。

（5）設(shè)定指標(biāo)權(quán)重： 鑒于客觀賦權(quán)法對(duì)原始數(shù)據(jù)和樣本的要求，考慮到儲(chǔ)能系統(tǒng)數(shù)據(jù)龐雜、相關(guān)原始數(shù)據(jù)難以獲取的實(shí)際情況，考慮指標(biāo)的重要程度和發(fā)生概率的大小，采用主觀賦權(quán)法對(duì)指標(biāo)進(jìn)行賦權(quán)，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(píng)價(jià)實(shí)施： 首先根據(jù)指標(biāo)的評(píng)價(jià)判據(jù)計(jì)算指標(biāo)數(shù)值，然后對(duì)照評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算其得分，最后根據(jù)指標(biāo)之間的邏輯關(guān)系和標(biāo)權(quán)重大小，逐層向上計(jì)算，得到電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能的總體評(píng)分：

評(píng)價(jià)總得分=經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)權(quán)重×經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)得分+電網(wǎng)影響評(píng)價(jià)權(quán)重×電網(wǎng)影響評(píng)價(jià)得分+環(huán)境影響評(píng)價(jià)權(quán)重×環(huán)境影響評(píng)價(jià)得分。

（7）評(píng)價(jià)結(jié)果分析： 主要分析儲(chǔ)能建設(shè)前后的影響，重點(diǎn)是分析該儲(chǔ)能建設(shè)對(duì)重過載變電站和線路的改善作用，對(duì)配電系統(tǒng)供電安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性和供電能力的提升作用。

3 案例分析

3.1 儲(chǔ)能建設(shè)現(xiàn)狀

寧波市某變電站，主變?nèi)萘繛?×50 MVA，遠(yuǎn)景3×50 MVA；110 kV 進(jìn)線2 回，遠(yuǎn)景3 回；10 kV 出線24 回，遠(yuǎn)景36 回，為全戶內(nèi)GIS 變電站。該變電站承擔(dān)著區(qū)域內(nèi)大量高新企業(yè)的供電任務(wù)，2018 年最高負(fù)荷55.2 MVA，最近工作日最小負(fù)荷約為31.4 MVA。

為減緩供電壓力，寧波市供電公司初步規(guī)劃儲(chǔ)能功率為6 MW 的儲(chǔ)能項(xiàng)目，計(jì)劃投資約4 049萬元。

3.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)判據(jù)

表8 給出了一般情況下各個(gè)指標(biāo)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)值，實(shí)際應(yīng)用中各個(gè)指標(biāo)間有一定的相互關(guān)聯(lián)性，需根據(jù)實(shí)際情況決定，僅作為實(shí)際評(píng)價(jià)指標(biāo)判據(jù)的參考。

3.3 評(píng)價(jià)指標(biāo)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

表9 給出了綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中底層各項(xiàng)指標(biāo)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

表8 指標(biāo)評(píng)價(jià)判據(jù)

3.4 評(píng)價(jià)結(jié)果分析

根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)及綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)建設(shè)前后分別進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。部分評(píng)價(jià)指標(biāo)由于缺少數(shù)據(jù)導(dǎo)致評(píng)估項(xiàng)目沒有數(shù)值，在評(píng)估中統(tǒng)一取75 分。另外，凈現(xiàn)值、單位容量土地占用面積雖有數(shù)值，但是因?yàn)闊o法給出具體的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，考慮實(shí)際情況，取60 分。經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)直接賦值是由于目前電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能沒有明確的盈利模式，即沒有直接收益。

表10 給出了建設(shè)儲(chǔ)能電站前后的綜合評(píng)價(jià)比較結(jié)果。

變電站安裝儲(chǔ)能前后得分分別為88.9 和85.1，主要是儲(chǔ)能電站目前的經(jīng)濟(jì)性較差，降低了總得分。安裝儲(chǔ)能系統(tǒng)后，在供電可靠性、經(jīng)濟(jì)性、供電能力方面都有了一定提升；由于儲(chǔ)能可以促進(jìn)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(jié)語

本文分析了儲(chǔ)能的系統(tǒng)價(jià)值構(gòu)成，然后提出了包括可靠性指標(biāo)、能效指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)、電網(wǎng)影響指標(biāo)、環(huán)境影響指標(biāo)在內(nèi)的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并對(duì)本案例中采用的各指標(biāo)的定義及計(jì)算進(jìn)行詳細(xì)說明，介紹了儲(chǔ)能系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)分類和評(píng)價(jià)流程。最后以寧波某儲(chǔ)能項(xiàng)目為例進(jìn)行案例分析，驗(yàn)證評(píng)價(jià)指標(biāo)和方法的合理性。通過分析，電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能電站目前的經(jīng)濟(jì)性較差，節(jié)省土地資源上并無太大優(yōu)勢。安裝儲(chǔ)能系統(tǒng)后，在供電可靠性、經(jīng)濟(jì)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(xiàng)指標(biāo)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

表10 評(píng)價(jià)結(jié)果