伴随配网侧分布式储能的快速发展,面向电网的储能资源汇聚应用将包含电池储能设备、通过V2G并网的电动汽车、储热锅炉、冰蓄冷中央空调等分布式储能设备,通过多设备间的协调控制,参与电网调峰、调频等应用,如图6所示。在这个过程中,储能系统的协调控制设备在上层调度和各分散的分布式储能资源间起到调度指令分解、储能设备协调控制、储能监控与保护、多应用功能切换等功能。
图6 面向电网应用的分布式储能协调控制框图
4 储能商业模式评估
4.1 商业模式
作为分布式可再生能源发电和智能微电网的关键支撑技术,分布式储能在分布式发电和微电网系统中除了参与系统运行控制,还可以产生相应的经济效益,如在分时电价机制下,可以通过低储高发实现套利,在工商业用户两部制电价下,通过降低基本电价为用户节省电费,或通过提供用户需求响应能力,帮助用户降低高峰负荷的用电量,赚取需求响应服务费等。2016年国家能源局发布的《关于促进电储能参与“三北”地区电力辅助服务补偿(市场)机制试点工作的通知》特别强调了鼓励电储能参与电网的调峰,并针对用户侧电储能调峰进行了说明,用户侧建设的电储能设施,充电电量既可执行目录电价,也可参与电力直接交易自行购买低谷充电电量,放电电量既可自用,也可视为分布式电源就近向电力用户出售电量;用户侧建设的一定规模的电储能设施,可作为独立市场主体或与发电企业联合参与调频、深度调峰和启停调峰等辅助服务。该通知明确了电储能参与系统辅助服务的身份,在目前的电力市场环境下通过低储高发获取收益是可行的途径。
从目前的市场环境来看,储能设备获利是具有政策支持的,目前的研究也多基于此展开,文献[41]提出一种双层调度策略模型,该模型的主要目标是通过最优地控制储能充放电曲线来使售电公司的利润最大化。文献[42]在综合考虑了电、水、气高级量测,微电网分布式能源管理和电动汽车充电及相关节能技术的基础上,根据智能小区的技术发展现状,对智能小区商业模式从投资分摊类型、盈利模式和效益测算分析3个方面进行了探讨,并详细分析了各个方案的优缺点。
目前,与分布式光伏组合形成的分布式光储系统在国外已有较多的商业应用,在不同的国家,分布式光储发电的应用重点各不相同,美国加州在工商业领域的分布式项目居多,澳大利亚和德国市场的重点在户用储能领域。以德国SENEC.IES公司为例,该公司将用户侧储能聚集起来开展“免费午餐”模式,享有对电池的主要控制权,当电网“零电价”时控制电池从电网充电。用户主要通过最大化地自我消纳屋顶光伏所发的电力、使用SENEC.IES 提供给用户的“免费储存的电力”,实现更低的电费账单,进而获益。SENEC.IES的商业模式见图7。
图7 SENEC.IES的商业模式
Fenecon/Ampard开展的虚拟电厂模式,将Ampard的能源管理模块与Pro Hybrid储能系统集成起来,使其可以在用户侧被用作虚拟电厂。
用户为了增加自发自用而购买储能系统,Ampard利用他们的能源管理系统(Ampard Energy Manager)将这些系统管理起来,为这些储能系统增加虚拟电厂的功能提供一次调频控制和备用等服务。Fenecon/Ampard的商业模式见图8。
图8 Fenecon/Ampard的商业模式
从目前分布式储能应用现状来看,分布式储能系统具有通过汇聚将“点”资源凝聚起来,通过前面定义的资源聚合商概念,实现分布式储能资源的汇聚商业运营的可能,国外在该方面的应用已经初具雏形。国内对于分布式储能运营商业模式研究还处于起步阶段,相关的探讨和分析仍比较局限。随着政策引导和市场需求的增强,预期将发展形成一大批从事各类型储能技术研发、制造、建设、运营的相关企业,分布式储能将在电网中得到更广泛的应用,关于商业模式的研究有待进一步深入。
4.2 经济性评估
在自由竞争的电力市场中,相关的评估研究大多针对运营商的收益,如低储高发套利、调频收益、备用收益等,根据电价预测,计及运维成本,建立优化调度模型,在日前市场中合理安排储能系统的调频容量、备用容量和充/放电策略,使运营商获取最大的效益,从而对储能系统应用的效益进行评估。
对分布式储能的经济评价,需要量化储能的投资运行费用、政策的补贴、工作模式如削峰填谷和配合新能源接入等带来的收益以及节能减排等其它收益。由于新能源出力的不确定性,可以使用典型日提取、信息决策理论等方法对储能带来的收益进行量化评估[43-45],建立相应的目标函数,评估储能投资的可行性。文献[46]提出一种评估储能支撑分布式光伏接入价值的方法,分别针对有储能和无储能接入2种情况,以适应大规模分布式光伏接入所采取的技术措施总成本最优为目标,利用年度潮流计算和智能优化方法,优化确定2种情况下的最优技术措施组合及其相应的成本,通过对比技术措施成本的构成进而进行储能价值评估。文献[47]提出一种评估高光伏渗透率的配电网中投资储能的综合方法。考虑经济和技术条件的限制,将储能灵活应用于削峰填谷和延缓配电网投资升级。储能系统的选址定容和使用方式决定了经济的可行性。文献[48]提出了一种包括储能单位运行成本、维护成本、环境效益、风电输出功率减小补偿收益和能量损耗成本的综合经济评估框架。文献[49]对储能系统用于配电网削峰填谷,具有复合滤波结构的风储联合发电系统进行了经济性评估。
分布式储能参与系统调峰,目前在美国已经实现商业化运营,针对这一应用模式就目前中美两国的应用现状进行比较,如表3所示。
表3 中美分布式电储能参与调峰辅助服务现状对比
表4 美国加州某区电价
表5 上海地区电力市场相关数据
通过表3的对比情况可看出,目前在我国通过储能参与电网调峰辅助服务并不具备经济性,作为优质的辅助服务资源,应尽快出台量化储能价值的政策法规,通过政策导向激励储能产业,以产业自身发展带动成本下降,进而实现储能产业的良性发展。
5 探讨与展望
随着分布式电源的大规模接入电网以及城乡配电网固有的一些问题逐渐严重,分布式储能技术成为了人们关注的焦点。近年来,国内外在分布式储能的优化配置、参与辅助服务、关键设备研制以及商业模式等方面已有一定研究。在此基础上,未来在以下方面进行深入探讨。
1)补充性规划技术。面向参与电网辅助服务或优化电网运行等应用,基于对局域电网内现有分布式储能资源的评估,开展补充性规划技术研究,通过在关键节点配置少量储能,起到以小博大的作用,充分整合已有的储能资源。
2)针对大电网的调峰、调频和紧急事故响应需求、配电网的电压调节、清洁能源满额消纳和源网经济运行等需求,开展分布式储能、柔性负荷等响应资源的协同调控策略研究。
3)在分布式储能关键设备方面,有必要根据不同拓扑结构以及所设定系统动态、稳态性能指标对不同功率等级的分布式储能设备进行参数优化设计,提高设备运行效率,降低运维成本,实现分布式储能系统在不同应用模式下平滑切换。此外,针对广域多点调度需求的分布式储能监控设备、规模化分布式储能协调调控设备的研制工作亟待开展。
4)在促进分布式储能的商业运营发展方面,应认可储能作用,给予储能参与电力市场的同等身份。鉴于目前我国储能技术发展主要是依托于可再生能源,通过出台补贴政策推动储能产业发展的可行性不大,建议放开辅助服务市场,使储能设备获得与其他资源同等的身份,通过分布式储能汇聚参与电网辅助服务实现市场化运营。
5)在时间粒度和位置粒度上细化储能系统的计量计费办法,量化储能的时间价值和位置价值,并研发支撑细化办法的计量设备。
