多场景下新型储能项目盈利模式分析及成本补偿机制建议

新型储能是构建以新能源为主体的新型电力系统的重要支撑。新型储能的盈利模式与政策、市场机制息息相关,是决定储能能否大规模商业应用的关键。通过调研国内外典型地区新型储能项目的发展背景、配套政策和运营模式,开展多场景下新型储能盈利模式分析和对比研究。国外新能源配储在长期购电协议和税收抵免机制的共同作用下,已有较好的收益;国外现货市场、辅助服务市场比较完善,电网侧独立储能收益来源较丰富,加上一系列补贴政策,电网侧独立储能经济性较好。与国外相比,国内新能源配储、电网侧独立储能都存在收益来源少、收益不稳定、经济性差的问题;国内部分省份用户侧储能短期内收益较好。鉴于此,关于我国新型储能成本补偿机制,建议对电源侧储能准入条件、保障利用小时数、放电量补偿及可参与品种给予政策倾斜;在电网侧独立储能发展初期,出台容量租赁、电价补贴或容量补贴等政策,以促进其成本回收;加快完善需求侧响应电价机制以及虚拟电厂等聚合资源的商业模式,增加用户侧储能收益来源;加快完善电力市场建设,丰富各侧储能可参与的交易品种。     

源网荷侧新型储能商业模式及成本回收机制研究

目的   在“双碳”目标下,以新能源为主体的新型电力系统在“源网荷”侧均赋予了储能重要战略地位,在灵活电力市场机制下,挖掘储能商业模式及成本回收机制,完善储能相关市场规则和支撑政策机制,对促进储能可持续发展,推进新型电力系统的建设和双碳目标的实现有着重要意义。 方法   基于国内外储能收益定价经验,采用经营期定价法、成本+合理收益、电力失负荷价值等多种方法对储能收益来源及成本回收机制进行了测算。 结果   基于现有政策路径,全面梳理了“源网荷”侧新型储能应用场景、商业模式及成本回收机制,总结了现存问题及政策建议。 结论   研究成果具备较好的可操作性和参考性,可为储能大规模发展和政策制定提供有益参考。     

锂电池储能电站一次调频设计优化及验证北大核心CSCD

一次调频是储能电站支撑新型电力系统稳定运行的关键技术。本工作研究了锂离子储能电站一次调频集成设计,包括响应时间和过载能力两方面的分析及优化,主要通过信息采集与传递、策略算法运算周期两方面缩短响应时间,通过储能变流器内部功率器件开关频率控制方案提升其过载能力,并通过20 MW/10 MWh锂电池储能电站实现了上述指标优化验证。结果表明,锂离子储能电站应用于一次调频工况时,变流器响应时间为60~80 ms,变流器过载能力30 s内均能达到150%,提高了储能电站功率性价比。该储能电站在孤网中的一次调频试验中可有效平滑频率波动,减少发电机组的动作频次,可为后续功率型储能电站设计提供思路。     

我国新型储能发展问题分析与政策建议

新型储能¹是新型电力系统的重要支撑技术。随着技术快速进步和支持政策陆续出台,我国新型储能已逐步在电力辅助服务、用户侧电价管理、新能源消纳以及电网输配电服务等领域得到应用。但当前新型储能成本偏高,其在电力市场中的定价机制与监管方式仍面临争议。本文在梳理我国新型储能政策环境和发展现状的基础上,归纳了新型储能的典型应用场景,分析了新型储能在经济性、电力系统融合模式、季节性调节等方面存在的问题,并从价格机制、监管方式、技术研发方面提出了政策建议。     

MXenes系储能材料的先进制备手段与储能机制综述北大核心CSCD

二维层状过渡金属碳化物(氮化物)MXenes以其独特的物理和化学性能成为新型储能器件电极材料的重要候选材料,目前研究最广泛的MXenes材料为美国Drexel大学Gogotsi课题组于2011年以MAX相陶瓷材料Ti_(3)AlC_(2)为前驱体制备的Ti_(3)C_(2)T_(x)。结合本课题组对Ti_(3)C_(2)T_(x)/SnO_(2)复合材料储锂性能的探索,本文综述了近年来二维与三维MXenes作为储能材料的新型制备手段,分析了三维MXenes及复合体系的储能优势,然后总结了目前比较主流的MXenes能量存储机制。大量资料表明:目前主要以HF或者LiF+HCl作为刻蚀剂,制备手风琴结构或类黏土结构的二维MXenes,采用不同改性手段减少二维MXenes纳米片重复堆积、形成良好对齐的交替排列结构是提高其电化学性能的有效策略;而制备三维体系的MXenes及复合材料则主要使用模板法,此类结构除了可抑制纳米片叠合之外,还有丰富的通道,有利于电解质的快速扩散与载流子的快速传输,再加上MXenes优异的电导率(约10^(5) S/cm)、低的锂离子扩散能垒以及独特的金属离子吸附特性,使其能够成为理想的活性材料或电极。最后,本文对MXenes系储能材料的未来机遇和挑战进行了简要的展望。     

新能源侧储能优化配置技术研究进展北大核心CSCD

储能作为提升新能源消纳量的一种重要手段,在“碳达峰、碳中和”要求大力发展风光等新能源背景下,“新能源+储能”模式将成为国家“十四五”期间新能源发展主流趋势。已有的储能相关综述文章主要归纳总结了各种储能本体技术的发展和储能在电力系统中的应用场景,对储能优化配置技术研究综述尚少,特别是新能源侧储能,因此了解储能在新能源侧的优化配置技术十分必要。本文首先介绍和分析了新能源侧配置储能的发展现状,包括“十四五”期间各省份颁布的政策、国内典型示范工程和应用场景;其次探讨了储能优化配置技术中2个关键问题,储能系统选型和储能系统规划模型。在选型方面,对比和分析了各种电池类型的优缺点和适用场景,在构建储能系统规划模型方面,综合考虑风光出力不确定性、经济性、环保性和技术性等不同因素对规划模型的影响,列出了具体的数学表达式和相应的规划方法;最后,针对新能源侧配置储能的政策制定、储能本体技术的发展、系统选型、优化模型的建立和优化配置仿真软件平台的开发等关键性内容提出建设性意见,为未来新能源侧配置储能实际工程项目的建设提供借鉴和参考。     

全钒液流电池的技术进展、不同储能时长系统的价格分析及展望北大核心CSCD

可再生能源正逐渐由辅助能源变为主导能源,建立“新能源+储能”为主体的新型电力系统对大功率、大容量、长时储能技术提出了新的要求,全钒液流电池储能技术具有本征安全、充放电循环寿命长、电解液可循环使用、生命周期经济性好及环境友好等特点,近年来受到学术界、产业界的广泛关注。本工作回顾了液流电池的发展历程,介绍了全钒液流电池储能技术的基本原理、性能特点、技术和产业化发展现状,结合多年高功率、大容量全钒液流电池储能系统工程实际设计经验,阐明了大规模储能电站的模块化设计方法,实施的5 MW/10 MWh全钒液流电池储能系统产业化项目已安全稳定运行了9年多,能量转换效率和储能容量无明显衰减。实际应用结果充分验证了全钒液流电池储能系统的安全性和可靠性,已满足产业化应用的要求。根据全球全钒液流电池储能装备领军企业2021年第三季度兆瓦级储能系统实际价格,分析了不同储能时长全钒液流电池储能系统的价格及生命周期的经济性,指出了今后的研究开发重点。     

广东新型储能配套政策建议

目的   新型储能是提升系统调节能力的重要手段之一,是构建新型电力系统的重要组成部分。明确新型储能的市场定位,研究完善新型储能的成本分摊和价格机制,有助于引导其健康、有序、高效发展。 方法   梳理国内外新型储能相关政策及运行情况;分析新型储能在电力系统中的功能和作用;结合广东电力系统实际,研究2030年前新型储能建设规模需求;基于广东目前价格机制,测算发电、电网（独立）、用户侧储能经济性,分析广东新型储能政策现状及存在问题;综合提出广东新型储能配套政策和机制建议。 结果   从调峰和调频角度分析,2030年前广东对新型储能尚不存在迫切需求;新能源配储能尚无明确的成本回收机制,光伏和陆上风电具备少量强配储能的成本消化空间,海上风电不具备强配储能的成本消化空间;电网侧（独立）储能商业模式尚不清晰,可通过辅助服务和现货电能量价差获取收益,但操作细则有待进一步明确,尚不具备经济性;用户侧储能商业模式较清晰,按现行峰谷电价和需求侧响应政策,具备一定经济性,但投资回收期长,面临政策变化风险。 结论   将新型储能区分为市场化和非市场化两类,前者由除电网外各类市场主体投资,在合理的价格和运行机制下,通过市场化渠道获取收益,由市场调节形成合理的新型储能规模和布局;后者由电网公司投资,通过输配电价回收成本。     

双碳背景下新型电力系统储能设计与运行北大核心CSCD

在“碳达峰、碳中和”目标背景下,未来能源及新型电力系统的研究是逐步实现“一次能源零碳化,二次能源电力化”的重要途径,在未来的电力系统中,传统煤电、燃气电等发电方式将逐步被新型电力系统所取代。但是,在测试中心环境下对研究的验证结果表明,新型电力系统的应用同样会面临新的问题,其中电力储能设计和发、损、用电的实时平衡问题最为突出。社会进步与环境保护的共同发展是中国乃至全世界能源结构调整发展的大趋势,是不得不面对和解决的客观矛盾。     

光伏系统液流电池储能优化配置北大核心CSCD

液流电池具有长时储能成本低、系统安全性高等特点,适用于大规模长时储能的应用场景,通过对液流电池系统进行合理的规划配置,可以平抑新能源发电系统的间歇性和波动性,对于保障电网安全稳定运行具有重要意义。目前缺乏基于液流电池技术特性和运行特性展开的新能源系统与液流电池优化配置方法研究,随着我国能源快速转型,充分发挥液流电池技术及运行特点,优化配置新能源系统中液流电池容量,对建立新型电力系统有着积极作用。本工作以光伏与液流电池联合发电的局域网为研究对象,提出了适用于光伏系统的液流电池储能优化配置方法,通过对液流电池系统中各个模块系统的运行特性、系统初投资和全寿期运维成本进行了深入地研究分析,基于液流电池系统具有功率与容量模块相分离的特点,对大规模液流电池系统的功率和容量配比进行了优化设计。综合液流电池系统模块优化设计的结果,对光伏与液流电池联合发电的局域网系统进行运行策略优化,在保证局域网供电稳定运行的同时,以液流电池系统初投资与全寿期运行成本之和最小为目标函数,求解得到优化液流电池优化配置方案。算例应用表明,大规模液流电池系统功率和容量配置为1 MW/8 MWh时为经济性最优的兆瓦级液流电池模块设计,25年运行期LCOE为0.292元/kWh;在本工作应用的局域网中储能优化配置的目标函数在储能配置为20 MW/160 MWh方案达到最优解。     

集成混合储能及RPC的牵引供电系统优化运行北大核心CSCD

电气化铁路电分相构成了无电区,阻碍各供电区间内能量传递,不利于再生制动能量的回收利用,极大地影响了铁路运营效益。为降低铁路运营成本,在电分相处接入铁路功率调节器(railway power conditioner,RPC),RPC直流环节便于混合储能装置接入。在此基础上,本文提出了一种牵引供电系统优化运行策略,通过控制混合储能充放电,达到削减负荷尖峰,回收制动能量的效果,进而实现牵引负荷的削峰填谷。该模型以牵引供电系统运行总成本最低为目标,以混合储能充放电功率等为决策变量,考虑了系统潮流平衡、混合储能等约束。进一步地,将模型中的非线性函数线性化,得到混合整数线性规划模型,然后利用CPLEX求解得到混合储能充放电策略和牵引供电系统购电方案。最后,基于实测数据,分析了所提模型的降费效果。与既有牵引供电系统对比,接入混合储能和RPC之后牵引供电系统日运营成本降低效果显著,为牵引供电系统优化运行提供了依据。     

我国储能示范工程领域十年(2012—2022)回顾北大核心CSCD

过去十年来,随着新能源大规模接入电网,对电力系统的安全稳定运行带来了挑战。新型储能作为灵活调节资源,可为新能源消纳、电网安全运行与控制能力提升提供支撑。因此,这十年来其技术发展迅猛,已逐步实现了兆瓦级至百兆瓦级不同规模的电站化系统集成与推广应用。在此过程中,大容量集中式储能电站以及分布式储能的广域协同聚合是规模化新型储能系统的两种应用模式。本文主要聚焦规模化新型储能在电源侧和电网侧的应用场景,从工程应用、检测评价、标准制定等三个方面对新型储能的研究进展做了回顾,论述了过去10年来的技术发展规律、阶段性成果以及里程碑事件,剖析了现存问题及其原因等。最后,针对新型储能系统的应用工程、检测评价、标准制定,对其未来重点攻关方向、机遇与挑战等提出了展望,以期为新型储能系统的规模化应用、标准化管理、智能化运行、安全质量提升等提供借鉴。     

基于权重自适应鲸鱼优化算法的多能系统储能电站最优配置北大核心CSCD

本文考虑风-光-火-储多能系统的运行特性和约束条件,将火电厂的输出功率波动最小作为目标函数,得到非线性规划方程。利用非线性自适应权重协调寻优算法的全局搜索及局部搜索能力这一特点,在包围猎物、气泡攻击及搜索猎物过程中引入非线性自适应权重系数S1和S2,对鲸鱼优化算法进行改进。改进后的算法用来求解多能系统储能电站的优化配置问题。利用IEEE33节点系统作为风-光-火-储系统的仿真模型,根据权重自适应鲸鱼优化算法的计算结果,储能选址在13节点,储能的配置容量为40.2 MWh,储能系统的年运行成本为1329万元。结果表明,本文提出的储能配置策略有效抑制了多能系统中火电厂的功率波动,加入储能后火电厂功率的峰谷差下降了90.79%,有效实现了辅助调峰。对于大规模新能源并网对电力系统造成的冲击,本文提出的优化配置策略有助于储能电站的规划与建设,将为实现“双碳”目标和推动能源革命提供重要支撑。     

独立或共享租赁模式下储能电站调峰的经济性分析

2021年,中国多个省市发布政策要求光伏发电项目需配置一定比例的储能,储能配置比例为10%～20%,配置时长在1～4 h之间。储能的配置方式既可以是与光伏发电系统配套设置,也可以是由独立或共享租赁模式的储能电站进行储能。针对中国各地区采用电化学储能的独立储能及共享租赁储能电站调峰的政策进行分析,并对储能电站投资关键边界条件(比如：调峰补贴、调峰保障小时数、租赁价格、储能成本等)变化对项目内部收益率的影响进行定量测算和分析。分析结果显示：共享租赁储能电站在采用租赁叠加调峰补贴方式后已具备投资价值,而独立储能电站仅依靠调峰补贴暂不具备投资价值。     

基于贪婪算法的分布式储能系统容量优化配置方法北大核心CSCD

分布式储能系统(distributed energy storage system,DESS)对电力系统调峰至关重要,其选址和容量配置一直是业内研究热点,然而DESS规划配置方面依然存在经济技术分析不够全面和计算复杂度较高的问题。基于此,本文提出了一种基于贪婪算法的分布式储能系统容量优化配置方法。首先建立了全面的DESS经济模型和运行约束模型,相对传统仅考虑投资成本和运行成本的缺陷,增加了储能运行调度带来的经济效益;然后通过功率损耗灵敏度(power loss sensitivity,PLS)进行选址,可降低寻址问题的维度并提高优化效率;接着利用贪婪算法将DESS划分为诸多单元分别优化,并将每个单元的决策过程简化为简单模型,可显著提高求解效率;为验证所提方法的有效性,本文以浙江嘉兴市某小区负荷数据为例,在MATLAB R2015b中进行仿真分析。结果表明:①相比遗传算法,本文算法仅能得到局部最优解,获得的经济效益略低,但差距不大,可显著提高计算效率;②相比于整体优化,其优化结果相同,但不涉及网损等成本计算,计算效率进一步提高。     

固体电热储能装置热工与储能性能测试平台设计北大核心CSCD

该平台以GB/T39288—2020《蓄热型电加热装置》中提出有关固体电热储能装置的热工性能测试方法及流程为蓝本,参考了国内外标准,专门针对固体电热储能装置,进行纯储热工况、纯放热工况、边储边放工况全工况测试,改善并补充了固体电热储能装置热工与储能性能测试。该平台改进了GB/T 39288—2020的试验流程,结合非制热状态下的放热测试和制热状态下的放热测试,能够进行固体电热储能装置热工与储能性能标准测试。为了验证该平台可靠性,对某固体电热储热装置进行一次标准测试,记录其试验时的电量、时间、温度等参数,画出试验时温度曲线、加热丝电流电压曲线、热输出负荷曲线,通过改进、补充的公式计算了固体电热储能的热工与储能性能;利用计算结果画出了在额定热输出功率下的储能性能图。该图清晰展示了固体电热储能装置的有效释放的温度范围,储能能力,以及能量利用情况。本次测试结果与理论值、经验值相近,证明该平台可以作为设备商自检或教学使用的测试平台。该平台还留有自定义热负荷曲线功能,可以帮助教学者和学习者在真实的工况下,对固体电热储能装置进行研究和学习。     

新型分叉翅片强化管壳式储能罐储热性能北大核心CSCD

针对相变材料的质量和最大储热能力因翅片占据相变储能装置的部分体积而下降的问题,实现翅片结构优化具有重要意义。本工作在传统纵向翅片的基础上根据分叉形状提出了一种新型翅片来提高管壳式相变储能罐的储热性能,并针对该装置中相变材料带自然对流的熔化过程进行了三维数值模拟研究,分析了翅片数量、传热流体的入口温度和流速对相变材料熔化过程的影响。研究结果表明:与具有同等体积和数量的纵向翅片相比,新型分叉翅片显著加快了管壳式相变储能罐的蓄热过程。与无翅片和纵向翅片相比,新型分叉翅片使相变材料的熔化时间分别缩短了59.9%和23.4%,平均储热速率分别提高了142.1%和31.4%。在不改变翅片体积的前提下,增加翅片的数量可以减少相变材料的熔化时间,提高平均储热速率,但当翅片数量超过6时,对储热性能的进一步改善效果不明显。提高传热流体的入口温度和流速不仅可以缩短相变材料的熔化时间,也可以增加总储热量和平均储热速率。研究结果可为管壳式储能装置的结构优化和太阳能的高效利用提供一定的参考价值。     

平抑风电功率波动的飞轮储能系统容量配置方法北大核心CSCD

为使风电场有功功率变化满足国家标准中有功功率变化限制的推荐值范围,采用飞轮储能系统平抑风电场有功功率输出。基于低通滤波方法,由飞轮储能系统响应风电场有功功率输出的高频成分,降低并网功率波动对电网一次调频的影响。通过建立不同截止频率和不同飞轮储能系统功率容量下的双层寻优模型,得到满足飞轮储能系统约束条件、风电并网有功功率变化要求和经济性指标的最优化飞轮储能系统容量。建立飞轮储能系统模型,仿真验证飞轮储能系统能够较好地响应功率指令,有效平抑风电功率波动。     

计及多影响因素的发电侧混合储能系统容量配置方法及配置工具北大核心CSCD

储能是推动主体能源由化石能源向可再生能源转变的关键技术,对提升清洁能源消纳,保障电力连续稳定输出,提升火电效率,保障电能质量具有突出作用,是实现多能协同、清洁低碳、安全高效能源体系的重要支撑。本工作主要聚焦新能源场站参与电网一次调频应用场景下的储能系统配置,综合考虑了不同储能系统技术出力特性、储能系统成本、储能系统使用寿命、储能系统经济性等诸多因素,并在考虑储能系统能量及功率平衡、储能荷电率限制、储能出力置信度等多约束目标的基础上,运用多时间尺度小波分析、储能容量迭代优化算法和雨流计数电池寿命预测等数值分析理论,开发出适用于新能源场站参与一次调频的混合储能系统配置方法,并基于MATLAB开发了储能配置专用计算工具。本工作通过一个400 MW风电场参与一次调频场景中储能的配置验证了所开发的混合储能配置方法及工具。     

规模化多元电化学储能度电成本及其经济性分析北大核心CSCD

多元储能技术作为优化能源结构、促进新能源开发和保护生态环境的重要手段是构建新型电力系统的关键环节。本工作根据储能规模化发展需求,聚焦规模化多元电化学储能的度电成本与经济性。文章从多元电化学储能技术的应用现状出发,考虑到电化学储能的成本构成和特性,建立了多元储能优化全寿命周期LCOE模型,对电化学储能技术的经济性进行了测算。分析表明,提高电化学储能经济性的关键在于降低储能的初始投资成本或单位容量成本。最后,结合我国国情对规模化电化学储能的经济发展进行了总结与展望。