电力储能评估框架及典型应用案例.docx

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电力储能评估框架及典型应用案例

电力储能评估框架及典型应用案例

引言：

电力储能可以提高电力系统中可变可再生能源（VRE的份额，从而加速离网

电气化并间接使运输部门脱碳。

虽然它在能源转型中发挥关键作用，但是储能的系统价值通常难以进行解释，往往这使得设计出现问题，进一步导致投资收益受损，成本流失。

国际可再生能源机构（IRENA）提出储能评估框架（ESVF，其目的在于帮助制定有效的储能政策，以整合可再生能源发电。

电力储能的重要性电力储能是指存储电能并在最需要时按

需释放电能的技术。

它可以通过快速可变的部署和有效的辅助服务加速能量转换，使发电资产的盈利能力（如提高捕获价格、获得辅助服务收入）最大化，进而解决能源结构转型所带来的某些经济性问题。

储能技术是将大量VRE集成到电力系统中的关键助力，也是提

高电网柔性的关键技术，如下图所示。

图1传统的柔性提供者（左）与新兴的柔性提供者（右）

能够提供快速频率响应的电力系统已在某些国家（如英国）中出现。

1）几秒到几分

钟的储能，能够提供业务储备（主要是电池，飞轮和抽水电）。

2）数分钟到数小时不等的

抽水蓄能、液流电池可用于负载跟踪和能源时移（能源套利）。

3）数小时到数天，数周甚

至数月可进行长期电力储能及调度。

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图2电力储能可以在不同的时间范围内提供的系统服务

储能可提供的服务取决于电源系统中的连接点。

输电级连接时，电力储能可以支持更高的VRE接入比例，参与电力市场招标以买卖电力，并在与技术能力相关的各个时间范围内提供辅助服务。

配电级连接时，储能在提供上述所有服务的同时，还帮助本地变电站提高电能质量和可靠性。

它还可以连接到其他发电设施，从而实现更准确的价格捕获，提供电网服务的同时节省连接成本。

储能装置也可以放在用户端，以支持用户增加PV本地消纳，减少电费。

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图3储能的网格应用

针对不同利益相关者，基于研究结果，IRENA报告提出了以下的储能系统发展建议:

1储能开发商应制作各种针对特定市场的业务模型，可以为其项目提供可行的案

例。

2、进行垂直整合的公用事业公司应考虑升级计划工具，并公开咨询其它利益相关

方。

使费率设计人员、计划人员和电网运营商能够共同努力，充分发掘储能装置的潜力。

3、监管者应消除相关法律或管理方面的阻碍，以免影响储能参与能源和辅助服务市

场的发展

4、研究机构可以开发相关工具和研究具体方法来进行电力储能评估。

储能评估体系（ESVF的提出旨在支持监管机构和其他利益相关方使用建模工具来评

估电力系统中储能的系统价值。

ESVF分五步进行指导研究，研究中心主要围绕以下几点展开：

a）储能为电力系统带

来的价值；b）储能的最佳利用方式；c）确保可盈利收入高于成本的方法。

图4储能评估框架：

五个阶段

储能评估体系（ESVF的步骤

阶段1:

识别可支持与集成VRE的电力储能服务

如前所述，在阶段1就确定能支持VRE集成的所有电力储能服务。

图5分析了各种能源服务的内容以及区别。

红色框表示在被评估框架中需要量化的部分，需要特定的建模工具进行量化分析。

图5可量化的储能服务

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阶段2:

存储技术映射

此阶段必须建立不同存储技术对各种应用的适用性概述。

表1可供考虑的存储技术列表

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注：

CAES=压缩空气储能；LFP=亚磷酸铁锂；LTO=钛酸锂；NaNiCI=氯化镍镍;

NaS=钠硫；NCA=锂镍钴铝；NMC=锂镍锰钴；VRLA=阀控铅酸；ZnBr=溴化锌。

阶段3:

系统价值分析

该阶段主要进行系统级分析，计算给定电力系统中储能系统建设所投入资产的总经济

效益。

图6系统价值分析步骤

通过在高峰时段满足需求，非高峰时段存储低成本电力的方法，储能可以提高电力系统的VRE容纳率。

这不仅节约了石油等更昂贵的高峰发电资源，降低高峰时段电价的同时，也避免出现与能源供求事件相关的潜在价格飙升。

图7不带储能（上）和带储能（下）的电力特征变化

阶段4:

储能运行与累计收益模拟

储能可以一次为系统提供多个价值流，但通常以降低总系统成本或生产成本为目标进行系统级分析。

此时还需模拟储能过程对以上分析进行补充。

此方法模拟储能资产如何从能源和辅助服务市场中获得更多收益，探究实际市场利润最大化的方法。

阶段5:

储能项目的可行性分析

该阶段是查看单个储能项目在不同情况下的收益，研究项目收入是否足以维持储能项目支出，该阶段主要使用项目可行性模型。

项目可行性模型主要是成本效益分析，用于评估提供预定义服务的储能项目是否具有成本效益。

在考虑了项目收益和系统价值以及项目成本之后，可行性模型将可货币化的收益进行叠加，并将其与成本进行比较。

F图显示了项目可行性模型的结果示例。

在此特定示例中，尽管系统收益总和超过成

本，但项目收入小于成本，项目所有者出现“负收益

图8成本和收益分析

储能适用的情景案例

随着可再生能源的快速发展，电力系统面临与运营和规划有关的挑战，此时需要更加灵活的能源系统来确保可靠、有效地整合资源。

储电系统具有快速吸收电能、存储然后再注入电网的能力，因此将成为VRE集成的关键技术。

下面例举8个不同情景的应用案例：

案例1：

业务储备

具有高非同步发电（如来自VRE比例的电力系统，惯性更低，需要更快的资源响应

来阻止由功率不平衡产生的频率变化。

这种情况下，电力储能是非常合适的技术，可以对任何不平衡功率提供快速响应。

英国实施的增强频率响应服务（EFR，预计在系统中部署201MW储能装置，来提供

频率响应。

南澳大利亚已部署了100MW的特斯拉电池来提供频率控制辅助服务（FCAS和能源套利服务。

图9英国的频率响应服务

案例2:

负荷柔性爬坡

高VRE渗透率的电力系统中，资源的可变性和不确定性不断重塑负载曲线。

当太阳能PV的渗透率很高时，负载曲线将向所谓的“鸭形曲线”靠拢，其特点是系统中的其他资源需要满足很高的爬坡要求，而储能技术能满足这些斜坡要求，使得鸭形曲线变平坦。

图10储能对鸭形曲线的影响：

提供灵活的负荷坡度

案例3:

能源套利

能源系统的不断发展，要求电力系统匹配实时的供需。

考虑到太阳能和风能的高度不可预测性，实时供需预测极具挑战性。

利用储能系统来提供灵活性并提高电网效率是一种可行的解决方案。

能源套利是储能系统提供的价值流之一，人们可以在电价便宜时存储电量，在电价昂贵时将其接入电网，从差价中获得收益。

但是，单独进行能源套利是不够的，因为在一天、一周或一个月内，高峰和非高峰之间的价格差异，会随着套利的增加而减小。

也就是说套利可能会随着储能渗透率的增长而饱和，因此需要结合电网服务来积累套利收入。

案例4:

VRE曲线的平滑化

现在安装的存储系统多数是为了帮助VRE曲线实现平滑化。

但是，当与其他服务堆叠

在一起时，那些都将成为附加价值。

此外，平滑化的VRE输出对于独立电网尤其重要。

电

网高峰用电期的辅助能源通常是污染严重的柴油发电机，如果使用可再生能源发电便可大幅度的降低污染，减少二氧化碳排放。

案例5:

传输与分配投资延缓

VRE占比的提高会增加传输与分配（T&D拥堵的风险，而储能是避免拥堵并延缓&D网络投资的潜在解决方案。

一些项目已经安装并成功运行。

意大利的特尔纳安装了

38.4MW的钠硫电池，用于延缓输电投资。

案例6：

优化工厂投资

电源系统必须具有足够的容量来满足峰值需求，但是高渗透率的VRE可能导致系统容

量过剩，供应机制的安全性难以保证。

储能是保证供应机制安全性的一个选择，因为它们提供了额外的电力转化途径。

使用储能来满足高峰需求可以降低对调峰电站的投资，马萨诸塞州和纽约市的研究项目已证明了这一点。

案例7:

在离网中实现较高的VRE占比

许多农村地区和岛屿仍然严重依赖化石燃料，但它们的电力供应并不可靠，一天中只有数小时能使用电力。

太阳能光伏和电池储能系统是已知的最低成本、最环保的解决方案。

离网中使用电池储能系统的其他好处还包括:

减少环境影响（局部排放，全球排放，燃料泄漏）、减少对价格波动性进口燃料的依赖以及增强本地能源供应的独立性。

案例8:

后台电力储能

近年来，传统电网已经逐渐向智能电网升级。

在智能电网中，消费者可以使用自己的可再生电源与电网互动。

为了最大程度地实现自我消费，电力储能是至关重要的环节。

它在减少电费和需求费用的同时提供备用电源，提高电网灵活性。