計(jì)及外部性的儲能系統(tǒng)價(jià)值測算及經(jīng)濟(jì)性評估①

趙會茹，陸 昊，張士營，王玉瑋

（1.華北電力大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，北京 102206；2.華北電力大學(xué)（保定）經(jīng)濟(jì)與管理系，河北保定 071003）

隨著儲能示范項(xiàng)目在全球范圍的開展，儲能系統(tǒng)在不同應(yīng)用場景下的功能逐漸清晰，但儲能系統(tǒng)尚未實(shí)現(xiàn)商業(yè)化推廣，制約因素主要包括：儲能系統(tǒng)成本較高，市場機(jī)制尚未理清，儲能應(yīng)用收益衡量較為困難［1］。將儲能應(yīng)用到電力系統(tǒng)的任一位置，一般會對其他環(huán)節(jié)產(chǎn)生一定的效益，表現(xiàn)出正外部性特征。例如，用戶側(cè)安裝的儲能系統(tǒng)，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)削峰填谷、降低系統(tǒng)高峰負(fù)荷峰值［2］，還可以延緩輸配電設(shè)備升級［3］，降低煤耗［4］，減少溫室氣體排放［5］，提高現(xiàn)有機(jī)組利用率［6］，延緩新建峰荷機(jī)組，降低電力系統(tǒng)生產(chǎn)成本等［7］。

對于如何評估儲能系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，進(jìn)而對其綜合效益進(jìn)行評價(jià)，目前大部分研究在建模過程中均是將收益最大化作為目標(biāo)函數(shù)［8］。Vahid?Pakdel 等［9］考慮了儲能系統(tǒng)的套利、節(jié)約傳輸費(fèi)用、延緩機(jī)組投資以及降低運(yùn)維費(fèi)等特點(diǎn)，構(gòu)建了開放市場環(huán)境下儲能系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益評估模型，同時(shí)結(jié)合遺傳算法，運(yùn)用線性規(guī)劃分析了其能夠?qū)崿F(xiàn)的效益和最佳的配比，但缺少對環(huán)境影響的分析。曾鳴等［10］以火電機(jī)組為例，構(gòu)建了含蓄電池的儲能系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度控制模型，以燃料費(fèi)節(jié)省最大額為目標(biāo)函數(shù)，利用多維動態(tài)規(guī)劃算法對儲能系統(tǒng)的最佳規(guī)模和調(diào)度策略進(jìn)行了求解。

王再闖［11］和劉成運(yùn)等［12］以經(jīng)濟(jì)效益最大化為目標(biāo)，針對儲能系統(tǒng)的低儲高發(fā)以及備用收入等方面，分別以10MW/70MWh 的釩電池和鈉硫電池為例，建立了儲能系統(tǒng)最佳運(yùn)行策略的混合整數(shù)非線性規(guī)劃模型，基于通用代數(shù)模型系統(tǒng)（GAMS）對其運(yùn)行方式和最佳的激勵策略進(jìn)行了分析，在此基礎(chǔ)上計(jì)算了系統(tǒng)的年收益。Ding［13］和田崇翼等［14］計(jì)算和分析了包含儲能和分布式電源的微網(wǎng)運(yùn)行的綜合效益，并考慮了儲能在緊急備用中的可靠性，但其中涉及的儲能價(jià)值不夠全面。孟虹年和謝開貴［15］針對不同類型的儲能在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行了穩(wěn)定性和可靠性的分析，同時(shí)計(jì)算求解了相關(guān)參數(shù)的靈敏度。

目前對于儲能系統(tǒng)的價(jià)值評估缺乏較為綜合全面的研究，大部分是針對儲能設(shè)備在電力系統(tǒng)中的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行測算，或是對電力系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)設(shè)置儲能的可靠性進(jìn)行分析。同時(shí)，國外現(xiàn)有的上述相關(guān)研究中也只是對于儲能系統(tǒng)在某一環(huán)節(jié)或者某一領(lǐng)域的單方面評價(jià)，并沒有對其涉及的其他環(huán)節(jié)的綜合效益進(jìn)行更為系統(tǒng)的評估［16?17］。國內(nèi)現(xiàn)有研究也集中于關(guān)于儲能經(jīng)濟(jì)效益與可靠性的評估，在儲能的規(guī)劃、選址定容以及綜合應(yīng)用方面也有相關(guān)的研究。但在儲能系統(tǒng)的運(yùn)行效益評估模型方面，國內(nèi)相關(guān)研究還很少，且模型的準(zhǔn)確度也不高［18?20］。在評估儲能系統(tǒng)的應(yīng)用效益時(shí)，未能考慮其對于環(huán)境的外部性影響，評估系統(tǒng)不夠全面。

現(xiàn)階段，儲能經(jīng)濟(jì)性的研究主要在于儲能投資收益的評估，明確儲能電站所能實(shí)現(xiàn)的收益構(gòu)成，全面衡量儲能價(jià)值。以目前的電力市場改革為背景，在各種相關(guān)政策的驅(qū)動下，需要進(jìn)一步分析儲能在電力系統(tǒng)中的各應(yīng)用場景下收益的測算模式和測算方法，進(jìn)而為相關(guān)行業(yè)決策者明確儲能在這些場景中應(yīng)用的收益水平和回收期等指標(biāo)提供依據(jù)。同時(shí)，對各場景下儲能應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)效益的評估研究能夠作為相關(guān)的補(bǔ)貼政策、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、價(jià)格制定等的參考和借鑒，避免政策制定過程中的盲目性，進(jìn)而切實(shí)推動儲能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。因此，對我國儲能產(chǎn)業(yè)進(jìn)行研究，測算儲能系統(tǒng)給電力系統(tǒng)帶來的綜合價(jià)值，特別是儲能系統(tǒng)對提升可再生能源消納的效益評估，值得深入研究。

一、儲能系統(tǒng)的外部性價(jià)值分析

開放的市場環(huán)境中，某一主體在經(jīng)濟(jì)活動過程中的某些行為給外界其他主體造成了一定的影響，這種影響不能直接由交易或者價(jià)格來反映，稱為儲能系統(tǒng)的外部性。隨著時(shí)代的發(fā)展，人們對外部性理論的認(rèn)識也逐步深入。隨著時(shí)間的推移，對于外部性原因的認(rèn)知也發(fā)生了變化，20 世紀(jì)70 年代以前，人們將外部性歸因于個(gè)人或社會成本的偏離，應(yīng)有相關(guān)政策對此進(jìn)行管制。20 世紀(jì)70 年代人們認(rèn)為外部性是由于產(chǎn)權(quán)的不清晰導(dǎo)致的，可以通過推進(jìn)市場化以及明確的產(chǎn)權(quán)界定手段來避免。20 世紀(jì)90 年代，人們發(fā)現(xiàn)交易成本是造成外部性的本質(zhì)原因，應(yīng)利用一系列非正式的手段進(jìn)行解決。

儲能系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中運(yùn)行后，其外部性影響涉及主體主要有4 類：發(fā)電廠商、電網(wǎng)公司、電力用戶和外部環(huán)境。通常來講，儲能系統(tǒng)在運(yùn)營過程都會對上述4 類主體形成一定程度的影響。但是，由于儲能系統(tǒng)所提供的服務(wù)十分廣泛，在提供服務(wù)的主體不同時(shí)，某些影響可以從提供服務(wù)的成本中體現(xiàn)出來外部性會因此內(nèi)部化，即轉(zhuǎn)化為儲能服務(wù)的內(nèi)在因素；而其他沒有內(nèi)部化的影響，即產(chǎn)生的外部性影響也因提供主體不同而不同，見表1。

表1 電力系統(tǒng)中儲能服務(wù)的提供主體及外部性作用主體

本文以儲能廠商為提供儲能服務(wù)的主體為例進(jìn)行分析。假設(shè)電化學(xué)儲能系統(tǒng)由獨(dú)立的儲能提供商來供給，不隸屬于發(fā)電企業(yè)、電網(wǎng)公司或者用戶，這樣的設(shè)定既符合儲能產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展的路徑和模式，又可以全面考量電化學(xué)儲能系統(tǒng)給可再生能源發(fā)電商、電網(wǎng)運(yùn)營者、電力用戶等電力系統(tǒng)多元利益主體和社會帶來的外部價(jià)值。若電化學(xué)儲能系統(tǒng)是由某一電力系統(tǒng)利益主體提供時(shí)，如可再生能源發(fā)電商，那么依據(jù)外部性理論可知，儲能給可再生能源發(fā)電廠商帶來的減少棄電量、增加上網(wǎng)電量等效益會內(nèi)部化，將不再是外部價(jià)值。

（一）儲能系統(tǒng)給發(fā)電企業(yè)帶來的正外部性分析

儲能系統(tǒng)在發(fā)電領(lǐng)域可提供輔助服務(wù)，平緩發(fā)電曲線，這些服務(wù)可以平穩(wěn)發(fā)電機(jī)組出力，進(jìn)而使得發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行變得更加經(jīng)濟(jì)和高效。由于并網(wǎng)的可再生能源發(fā)電諸如風(fēng)電、光伏發(fā)電等規(guī)模不斷增大，給電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行以及供電質(zhì)量產(chǎn)生了較大的負(fù)面影響。因此保證此類可再生能源發(fā)電的可靠性，需要配置一定容量的儲能裝置，在對可再生能源發(fā)電進(jìn)行緩沖的同時(shí)，能夠在很大程度上減小其對電網(wǎng)的沖擊性，進(jìn)而擴(kuò)大風(fēng)電和光伏發(fā)電的并網(wǎng)比例，增大可再生能源發(fā)電的調(diào)節(jié)能力，提高其就地消納或者外送能力，最大限度促進(jìn)可再生能源的利用率。

（二）儲能系統(tǒng)給電網(wǎng)公司帶來的正外部性分析

發(fā)電企業(yè)結(jié)合儲能系統(tǒng)可以改善可再生能源的并網(wǎng)能力，同樣電網(wǎng)公司也可以結(jié)合一定容量的儲能裝置改善電能的輸送能力。例如，為了保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，電網(wǎng)公司需要定期投資配置一定電網(wǎng)設(shè)備，當(dāng)配置一定容量的儲能裝置或?qū)δ苎b置與一些電力電子設(shè)備相融合，可以減小輸電線路的容量損失，有效地緩解系統(tǒng)震蕩，也能達(dá)到保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的目的，進(jìn)而減少或延緩?fù)顿Y新建線路產(chǎn)生的費(fèi)用，進(jìn)而獲得極大的經(jīng)濟(jì)效益。

（三）儲能系統(tǒng)給電力用戶帶來的正外部性分析

對于配有儲能裝置的電網(wǎng)系統(tǒng)，在電能的傳輸過程中，可以根據(jù)不同類型儲能的特點(diǎn)，針對系統(tǒng)發(fā)生的變化，及時(shí)有效地通過調(diào)控儲能相關(guān)參數(shù)減小電壓波動及閃變，進(jìn)而避免出現(xiàn)系統(tǒng)中的電壓暫降和暫升現(xiàn)象，提升供電質(zhì)量，改善用電可靠性。對于一部分負(fù)荷敏感的用戶，儲能設(shè)備可以作為不間斷電源，保證供電的持續(xù)性。此外，電力用戶在使用儲能系統(tǒng)時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)谷時(shí)充電峰時(shí)放電，可以由于現(xiàn)存的峰谷電價(jià)差帶來經(jīng)濟(jì)收益，在未來電力市場環(huán)境下減少電價(jià)波動給用戶自己帶來的影響。

（四）儲能系統(tǒng)給環(huán)境帶來的正外部性分析

儲能系統(tǒng)提高了可再生能源并網(wǎng)能力，實(shí)現(xiàn)了可再生能源的就地消納和外送，使得可再生能源的使用更加深入和廣泛?？稍偕茉窗l(fā)電量的增加，會代替相應(yīng)的傳統(tǒng)火力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電量，所以會減少火電機(jī)組所消耗的化石燃料，最終減少火電機(jī)組大氣污染物的排放，減少了對環(huán)境的破壞。所以，儲能系統(tǒng)的使用會對環(huán)境產(chǎn)生正外部性。

二、計(jì)及外部性的儲能價(jià)值測算及經(jīng)濟(jì)性評估模型構(gòu)建

（一）儲能系統(tǒng)綜合價(jià)值測算模型

1.儲能系統(tǒng)自身價(jià)值測算

（1）運(yùn)行效益。儲能系統(tǒng)應(yīng)用在電力系統(tǒng)中不同場景充放電運(yùn)行時(shí)，儲能運(yùn)營商直接獲得的經(jīng)濟(jì)效益主要是低儲高發(fā)的運(yùn)行效益，計(jì)算如式（1）、式（2）所示：

其中：WE和W1表示儲能系統(tǒng)的“低儲高發(fā)”運(yùn)行典型日效益和年效益；T為調(diào)度總時(shí)段；pt表示第t時(shí)段的電價(jià)；Pdis，t和Pch，t表示t時(shí)刻儲能系統(tǒng)的充電功率和放電功率；Δt表示第t時(shí)段的時(shí)間間隔。

（2）輔助服務(wù)效益。儲能系統(tǒng)進(jìn)行充放電運(yùn)行的同時(shí)，在電力系統(tǒng)中也可以滿足系統(tǒng)調(diào)峰、調(diào)頻等需求，為系統(tǒng)提供輔助服務(wù)。這部分輔助服務(wù)收益計(jì)算如式（3）所示：

其中：CEP表示儲能調(diào)峰單位電量補(bǔ)償價(jià)格；Epd表示儲能在峰時(shí)段參與調(diào)峰的年放電電量；CEF表示儲能調(diào)頻單位電量補(bǔ)償價(jià)格；Efd表示儲能在一年內(nèi)的調(diào)頻有效調(diào)節(jié)電量。

2.儲能系統(tǒng)給發(fā)電企業(yè)帶來的外部價(jià)值測算

當(dāng)儲能系統(tǒng)安裝在新能源發(fā)電側(cè)運(yùn)行時(shí)，能夠有效增加可再生能源消納，這部分效益計(jì)算如式（4）所示：

其中：W3表示儲能系統(tǒng)增加可再生能源并網(wǎng)發(fā)電的社會收益；λr表示可再生能源上網(wǎng)電價(jià)；ΔEPW表示為儲能提高的可再生能源年上網(wǎng)電量或減少的年棄電量。

3.儲能系統(tǒng)給電網(wǎng)公司帶來的外部價(jià)值測算

延緩電網(wǎng)設(shè)備投資效益的計(jì)算如式（5）所示：

其中：W4表示儲能系統(tǒng)在延緩電網(wǎng)設(shè)備投資效益；Cd表示電網(wǎng)設(shè)備折舊后的單位容量造價(jià)；η表示儲能裝置的等效轉(zhuǎn)化效率。

4.儲能系統(tǒng)給電力用戶帶來的外部價(jià)值測算

儲能系統(tǒng)利用用電價(jià)差給用戶帶來經(jīng)濟(jì)效益的計(jì)算思路與運(yùn)行效益一致，方法參考式（1）、式（2），提高用戶用電質(zhì)量及可靠性方面，體現(xiàn)在減少電力用戶的停電損失所帶來的收益，其計(jì)算方法如式（6）所示：

其中：W5表示儲能系統(tǒng)減少電力用戶停電損失的收益；LF和LFE分別表示儲能系統(tǒng)投運(yùn)前后的用戶年停電電量；vul表示用戶的單位電量停電損失。

5.儲能系統(tǒng)給環(huán)境帶來的外部價(jià)值測算

減排效益如式（7）所示：

其中：W6表示儲能系統(tǒng)的減排效益；Vei表示第i項(xiàng)儲能系統(tǒng)減少排放污染物的環(huán)境價(jià)值；n表示污染物總數(shù)；Qi表示第i項(xiàng)污染物的排放量。

6.殘值

其中：W7表示儲能系統(tǒng)的殘值；λc表示儲能期末回收殘值率；CT表示儲能系統(tǒng)的初始投資成本。

7.總效益

總經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算如式（9）所示：

需要說明的是，由于目前儲能容量和實(shí)際運(yùn)行的技術(shù)限制，W1和W2在統(tǒng)計(jì)時(shí)具有互斥性，即儲能價(jià)值的運(yùn)行效益和輔助服務(wù)收益不能同時(shí)存在。

（二）儲能系統(tǒng)的成本測算模型

1.投資成本

其中：C1表示儲能系統(tǒng)的總投資成本；kp表示電能轉(zhuǎn)換設(shè)備的單位造價(jià)；kE表示電池系統(tǒng)的單位造價(jià)；Pmax表示電能轉(zhuǎn)換設(shè)備系統(tǒng)容量；n表示電池儲能系統(tǒng)循環(huán)壽命；Pmax表示儲能項(xiàng)目投資收益率；表示儲能系統(tǒng)的額定容量。

2.運(yùn)行維護(hù)成本

其中：C2表示運(yùn)行維護(hù)成本；m表示輸出1kWh 電能的運(yùn)行維護(hù)成本；Q表示儲能系統(tǒng)年輸出電量。

3.總成本

總成本計(jì)算如式（12）所示：

貼現(xiàn)現(xiàn)金流中的投資回收期Tp、費(fèi)用現(xiàn)值PC、費(fèi)用年值A(chǔ)C、凈現(xiàn)值NPV 和內(nèi)部收益率IRR 的計(jì)算方法及公式采用傅家驥和仝允桓［21］的方法。

（三）儲能接入光伏電站優(yōu)化運(yùn)行模型

儲能系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中具體應(yīng)用的場景，決定了儲能系統(tǒng)外部性價(jià)值的實(shí)現(xiàn)程度和價(jià)值的計(jì)量大小。例如，儲能應(yīng)用在可再生能源發(fā)電側(cè)，其主要外部性收益為增加可再生能源消納效益W3；若應(yīng)用在電網(wǎng)峰谷差大，輸電能力受限，老舊電網(wǎng)增容改造成本很高的地區(qū)時(shí)，其主要外部性收益為延緩電網(wǎng)設(shè)備投資效益W4；若應(yīng)用在用戶用電質(zhì)量和安全穩(wěn)定要求高的用戶側(cè)時(shí)，其主要外部性收益為儲能系統(tǒng)減少電力用戶停電損失的收益W5。

本文以儲能系統(tǒng)接入發(fā)電側(cè)的光伏電站為例，分別構(gòu)建光伏電站優(yōu)化運(yùn)行模型和儲能電站優(yōu)化運(yùn)行模型，求得典型日下儲能接入前后光伏電站的上網(wǎng)電量以及儲能的充放電量，再以年為周期進(jìn)行統(tǒng)計(jì)后，結(jié)合經(jīng)濟(jì)價(jià)值測算模型和成本測算模型及經(jīng)濟(jì)性評估方法完成計(jì)及外部性的儲能系統(tǒng)價(jià)值測算及經(jīng)濟(jì)性評估。

1.光伏電站優(yōu)化運(yùn)行模型

我國對可再生能源發(fā)電存在傾斜的調(diào)度規(guī)則，可再生能源發(fā)電吸納率也是各電網(wǎng)運(yùn)行績效的重要指標(biāo)，本文中假設(shè)光伏電站的實(shí)際出力按標(biāo)桿電價(jià)結(jié)算，實(shí)際出力與日前申報(bào)計(jì)劃間的偏差造成的備用費(fèi)用光伏電站自己承擔(dān)。配電公司在全額收購申報(bào)電量的基礎(chǔ)上，需要向常規(guī)機(jī)組購買剩余電量以滿足負(fù)荷達(dá)到系統(tǒng)平衡。

光伏電站的收益由實(shí)際上網(wǎng)電量收入和其出力偏差調(diào)用系統(tǒng)備用的費(fèi)用兩部分組成，在運(yùn)行時(shí)其目標(biāo)函數(shù)為收益最大：

其中：表示t時(shí)刻風(fēng)電和光伏申報(bào)出力；表示t時(shí)刻下風(fēng)電和光伏的實(shí)際出力；pPV表示光伏的標(biāo)桿電價(jià)；ΔPPV，t，s表示t時(shí)刻下光伏計(jì)劃和實(shí)際出力的偏差；p+和p-表示上調(diào)和下調(diào)備用價(jià)格；f(x)表示分段函數(shù)：

約束條件包括以下幾方面：

（1）出力約束。

其中：表示t時(shí)刻下光伏最大出力。

（2）棄光約束。

其中：μAPV表示棄光率上限值。

（3）平衡約束。

其中：PG，t表示t時(shí)刻電網(wǎng)內(nèi)其他發(fā)電商的出力；Lt表示t時(shí)刻該區(qū)域的負(fù)荷。

2.儲能系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行模型

儲能電站作為獨(dú)立運(yùn)營的主體接入光伏電站時(shí)，其以自身收益WE最大為目標(biāo)進(jìn)行充放電運(yùn)行，其目標(biāo)函數(shù)為

其中：pt表示常規(guī)電源t時(shí)刻的上網(wǎng)電價(jià)。

約束條件包括：

（1）儲能約束。為了便于計(jì)算，在儲能調(diào)度時(shí)給予一個(gè)合理的初始剩余電能量E0，而在一個(gè)周期T內(nèi)的充放電運(yùn)行之后，剩余能量仍為E0。這樣既有助于模型優(yōu)化求解，又保證了計(jì)算結(jié)果具有時(shí)間上的連續(xù)性，輸出的策略能夠讓電儲能連續(xù)的參與調(diào)度運(yùn)行。

其中：Pess(t，s)和Ploss(t，s)表示儲能t時(shí)段儲能系統(tǒng)的剩余電量和損失電量；和udis分別表示儲能系統(tǒng)的爬坡率下限、爬坡率上限、能量損失率、充電效率和放電效率；表示儲能系統(tǒng)的最小和最大剩余電量；Ich(t)和Idis(t)是0?1 變量，代表儲能系統(tǒng)在t時(shí)段下的充放電狀態(tài)，其中當(dāng)Ich(t)為1 時(shí)，代表處于充電狀態(tài)，為0 時(shí)處于不充電狀態(tài)；Idis(t)為1 時(shí)，表示處于放電狀態(tài)，為0 時(shí)處于不放電狀態(tài)。式（21）代表了儲能在實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)下的自然能量消耗。式（25）確保電儲能裝置不會在某一時(shí)段處于同時(shí)充電和放電狀態(tài)。

（2）平衡約束。

（3）其他約束。上文光伏電站優(yōu)化運(yùn)行模型中的式（16）、式（17）。

三、算例分析

本文以儲能應(yīng)用在可再生能源發(fā)電側(cè)的光伏電站為例，采用貼現(xiàn)現(xiàn)金流分析方法，預(yù)估儲能投資成本和收益，分別從不計(jì)及外部性的投資者角度和計(jì)及外部性的社會角度，分析儲能系統(tǒng)在光伏電站中應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性。由于選取儲能應(yīng)用在發(fā)電側(cè)的場景，儲能減少用戶停電損失難以衡量，為計(jì)算其對光伏電站的外部價(jià)值，儲能運(yùn)行商實(shí)際運(yùn)行時(shí)只考慮自身收益最大化進(jìn)行充放電運(yùn)行，并不是以為光伏電站提供輔助服務(wù)為目的進(jìn)行充放電運(yùn)行，光伏電站仍需向電網(wǎng)購買輔助服務(wù)，因此在算例中不予計(jì)算減少電力用戶停電損失的收益W5和輔助服務(wù)收益W2。

（一）算例參數(shù)

某地光伏電站容量為25MW，光伏電站安裝了1MW/6MWh 的鋰離子儲能系統(tǒng)。該鋰離子儲能系統(tǒng)壽命為10 年，期末回收殘值率為10%。依據(jù)《國家發(fā)展改革委關(guān)于完善光伏發(fā)電上網(wǎng)電價(jià)機(jī)制有關(guān)問題的通知》選取光伏上網(wǎng)標(biāo)桿電價(jià)是0.55 元/kWh。分時(shí)電價(jià)選取某地常規(guī)電源峰平谷電價(jià)。貼現(xiàn)率選取8%進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析指標(biāo)的計(jì)算。典型日的負(fù)荷及光伏出力如圖1 和圖2 所示。其他算例參數(shù)見表2。

圖1 典型日負(fù)荷曲線

圖2 典型日光伏出力曲線

表2 算例系統(tǒng)參數(shù)

延緩設(shè)備投資方面的收益，由于儲能系統(tǒng)通常并到35kV 電壓等級，結(jié)合某地電網(wǎng)公司的投資數(shù)據(jù)，以35kV 計(jì)算，該項(xiàng)收益為1383.91 元/kW，參考數(shù)據(jù)及折算方法參考孫威等［22］的相關(guān)研究。儲能系統(tǒng)減少SO2、NOx、CO2、CO、粉煤灰、爐渣、懸浮顆粒物等污染物排放所帶來的環(huán)境效益［22］為0.11 元/kWh，具體見表3。

表3 常規(guī)燃煤機(jī)組的環(huán)境成本

（二）經(jīng)濟(jì)性分析結(jié)果

本文運(yùn)用MATLAB 軟件中的YALMIP 工具箱進(jìn)行模型求解。不計(jì)及外部性的投資者角度和計(jì)及外部性的社會角度的儲能系統(tǒng)接入新能源發(fā)電經(jīng)濟(jì)性計(jì)量結(jié)果見表4 和表5。

從不計(jì)及外部性的投資者角度來看，該算例中的鋰離子儲能系統(tǒng)投資者的投資凈現(xiàn)值為負(fù)，也就是說投資該鋰離子儲能系統(tǒng)，投資者最終會虧損415.49 萬元，該鋰離子儲能系統(tǒng)投資的內(nèi)部收益率為-3.27%。

表4 儲能接入新能源發(fā)電經(jīng)濟(jì)性計(jì)量結(jié)果（投資者角度）

表5 儲能接入新能源發(fā)電經(jīng)濟(jì)性計(jì)量結(jié)果（社會角度）

從計(jì)及外部性的社會角度來看，該算例中的鋰離子儲能系統(tǒng)最終會得到260.94 萬元的收益，經(jīng)過7.28 年就可收回初期的全部投資，該鋰離子儲能系統(tǒng)投資的內(nèi)部收益率為14.00%，大于本文選取的基準(zhǔn)折現(xiàn)率8%，因此從計(jì)及外部性的社會角度來看該鋰離子儲能系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性良好。

由表5 可見，目前儲能系統(tǒng)應(yīng)用在發(fā)電側(cè)，為可再生能源發(fā)電廠商提供服務(wù)時(shí)，自身運(yùn)行效益W1和增加可再生能源消納效益W3是收益的主要部分，占總收益的75%左右。隨著電力輔助服務(wù)市場價(jià)格機(jī)制的不斷完善，如調(diào)峰調(diào)頻補(bǔ)償價(jià)格的確定，儲能系統(tǒng)提供輔助服務(wù)的收益也能夠進(jìn)行計(jì)量，未來儲能的經(jīng)濟(jì)性還會進(jìn)一步提高。

（三）盈虧平衡分析

儲能系統(tǒng)的成本、儲能服務(wù)市場的價(jià)格、儲能系統(tǒng)的商業(yè)運(yùn)行模式、儲能系統(tǒng)的補(bǔ)貼政策和儲能系統(tǒng)的應(yīng)用場景等因素都會對儲能系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)價(jià)值的實(shí)現(xiàn)和測算產(chǎn)生影響。目前來看，儲能系統(tǒng)的成本隨著技術(shù)的發(fā)展在逐漸降低，儲能提供輔助服務(wù)也將隨著電力輔助服務(wù)市場逐步形成與完善獲得收益。未來儲能成本的降低和儲能參與輔助服務(wù)獲得收益會影響儲能自身的經(jīng)濟(jì)性，因此本文以目前儲能收入和成本情況（表4）為基準(zhǔn)，儲能輔助服務(wù)收益較目前儲能自身收益的增加比率為x軸，儲能成本變化比率為y軸，當(dāng)儲能項(xiàng)目凈現(xiàn)值為0 時(shí)，儲能系統(tǒng)盈虧平衡曲線如圖3 所示。

圖3 儲能系統(tǒng)盈虧平衡曲線

由圖3 可知，在該曲線上的所有儲能輔助服務(wù)收益較目前儲能自身收益的增加比率和成本變化比率的組合，都能使得儲能項(xiàng)目達(dá)到盈虧平衡。例如，當(dāng)成本維持當(dāng)前水平時(shí)，儲能輔助服務(wù)收益需增加到當(dāng)前儲能運(yùn)行收益的98.43%才能夠達(dá)到盈虧平衡；當(dāng)儲能輔助服務(wù)收益為0 時(shí)，儲能成本需要減少當(dāng)前成本的49.79%才能夠達(dá)到盈虧平衡。當(dāng)儲能輔助服務(wù)收益較目前儲能自身收益的增加比率和成本變化比率的變化場景落到曲線以下時(shí)，投資者投運(yùn)儲能系統(tǒng)開始盈利，例如，當(dāng)儲能輔助服務(wù)收益需增加到當(dāng)前儲能運(yùn)行收益的60%以上，同時(shí)儲能成本減少當(dāng)前成本的20%以下，投資儲能項(xiàng)目是盈利的。

四、結(jié)論

本文以應(yīng)用在電力系統(tǒng)中的電儲能系統(tǒng)為研究對象，以外部性理論為基礎(chǔ)，構(gòu)建了計(jì)及外部性的儲能經(jīng)濟(jì)性測算模型，并以儲能系統(tǒng)接入光伏電站為例，采用貼現(xiàn)現(xiàn)金流分析方法，預(yù)估儲能投資成本和收益，分別從不計(jì)及外部性的投資者角度和計(jì)及外部性的社會角度，來研究儲能系統(tǒng)應(yīng)用在可再生能源發(fā)電側(cè)的經(jīng)濟(jì)性。

通過結(jié)果對比可知，儲能系統(tǒng)的外部性價(jià)值能否得到補(bǔ)償，是儲能產(chǎn)業(yè)初期能夠健康發(fā)展需要解決的關(guān)鍵問題。若不考慮儲能系統(tǒng)外部性價(jià)值，對于投資者來說，投資儲能系統(tǒng)項(xiàng)目，在壽命期內(nèi)無法收回投資成本，不具有經(jīng)濟(jì)效益，投資吸引力較差。但是從社會整體角度來看，儲能項(xiàng)目的自身和外部性收益是能夠覆蓋其成本的。

隨著儲能技術(shù)的不斷發(fā)展，其成本在逐年下降。同時(shí)，儲能若干商業(yè)模式的探索與完善，使得儲能系統(tǒng)能夠更加廣泛地應(yīng)用于電力系統(tǒng)中，逐漸實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。并且伴隨電力市場機(jī)制逐漸理順和儲能扶持政策的不斷推進(jìn)，其調(diào)峰調(diào)頻、黑啟動等輔助服務(wù)及提高用戶用電質(zhì)量和輔助用戶需求響應(yīng)的服務(wù)價(jià)格也能夠逐漸確定，未來儲能的綜合價(jià)值也會進(jìn)一步增加，投資儲能系統(tǒng)的收益也會越來越高。而探索儲能系統(tǒng)運(yùn)行的商業(yè)模式，測定儲能提供調(diào)峰調(diào)頻、黑啟動等輔助服務(wù)及其他服務(wù)的價(jià)格是未來研究需要面對的關(guān)鍵問題。

綜上，在制定儲能產(chǎn)業(yè)政策時(shí)，應(yīng)考慮儲能系統(tǒng)所帶來的外部價(jià)值，以鼓勵投資者投資儲能項(xiàng)目，促進(jìn)儲能產(chǎn)業(yè)的健康持續(xù)發(fā)展。