CN104700323A - 考虑不同主体经济效益指标的储能电站综合评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种考虑不同主体经济效益指标的储能电站综合评估方法，包括：建立不同利益主体经济效益指标的储能电站综合评估指标体系，所述评估指标体系包括：电网侧的经济效益评估指标、用户侧的经济效益评估指标；建立储能电站的成本效益综合评价数学模型；针对在电网中建设储能电站时的不同利益主体，进行所述储能电站综合评估。本发明涵盖了储能电站的电网侧和用户侧的经济效益指标评价，能综合考量不同利益主体在电网中建设储能电站时的市场情况下的投资回报率。

Description

考虑不同主体经济效益指标的储能电站综合评估方法

技术领域

本发明涉及一种储能电站综合评估方法，特别涉及一种考虑不同主体经济效益指标的储能电站综合评估方法。

背景技术

随着经济的快速发展和智能电网技术的进步，储能电站在电力系统中的作用越来越不可忽视。环境问题和能源危机推动了分布式能源的发展，同时也推动了储能电站的发展和应用。

储能技术由于其有效地解决大规模可再生能源发电接入电网的难题，成为智能电网技术重要一环，目前其应用主要涉及：①配置在电源侧，平滑短时出力波动跟踪调度计划出力，实现套利运行，提高可再生能源发电的确定性、可预测性和经济性；②配置在系统侧，实现削峰填谷、负荷跟踪、调频调压、热备用、电能质量治理等功能，提高系统自身的调节能力；③配置在负荷侧，主要是利用电动汽车的储能形成虚拟电厂参与可再生能源发电调控。

现有对储能电站的经济效益分析中，只是单纯地分析了储能电站的接入对电网某方面效益的影响，并未针对不同的收益主体研究储能系统平均投资回报情况。而事实上，不论是电网公司，还是电力用户，他们的利益都和储能电站密切相关，所以有必要开发一种针对不同的利益主体分析储能电站的综合经济效益的评估方法。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明提供一种兼顾储能电站的电网侧和用户侧的经济效益指标的考虑不同主体经济效益指标的储能电站综合评估方法，其特点在于，包括以下步骤：

1.1建立不同利益主体经济效益指标的储能电站综合评估指标体系，所述评估指标体系包括：电网侧的经济效益评估指标、用户侧的经济效益评估指标；

所述电网侧的经济效益评估指标包括：反映电网侧加入储能电站后折算到每年的净收益；

所述用户侧的经济效益评估指标包括：反映用户侧加入储能电站后折算到每年的净收益；

1.2建立储能电站的成本效益综合评价数学模型：

E＝aE_W,year+bE_Y,year

式中，E表示储能电站的综合效益评估结果；E_W,year为电网侧加入储能电站后折算到每年的净收益；E_Y,year为用户侧加入储能电站后折算到每年的净收益；

a、b为阈值：当研究电网侧加入储能电站的经济效益时，a＝1、b＝0；当研究用户侧加入储能电站的经济效益时，a＝0、b＝1；

1.2.1建立电网侧储能电站的成本效益评价数学模型：

E_W,year＝E_W1+E_W2+E_W3+E_W4+E_W5-C₁-C₂

其中，

$E_{W1}=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{td}}{C}_{\mathrm{td}}\mathrm{\η}{P}_{\max }& P_{\max }\≤P_c\\ {\mathrm{\λ}}_{\mathrm{td}}{C}_{\mathrm{td}}\mathrm{\η}({2P}_c-P_{\max })& P_{\max }>P_c\end{array}\right.,$

E_W2＝nT(ΔP_He_h-ΔP_Le_l)

E_W3＝nP_maxT(ηe_h-e_l)

E_W4＝0.5P_maxTe_s

E_W5＝A_sR_IEAE_RCE＝0.5P_maxTA_sR_IEA

C₁＝λ_p(C_f+k_pP_max)+λ_wk_wP_maxT

C₂＝C_mP_max

其中，E_W,year为电网侧折算到每年的净收益，E_W1为减少电网扩建容量方面的收益等值到每年的现值，E_W2为减少电网网损方面的收益，E_W3为储能电站低储高发的套利指标，E_W4为减少新能源发电所需的常规备用容量指标，E_W5为减少电网可靠性成本指标，C₁为储能装置的投资成本折算到每年的现值，C₂为年运行维护费用；

其中，P_c＝P_dmax-P_a为拉平负荷曲线所需的临界功率；P_dmax为日负荷最大值；P_a为负荷的日平均功率；P_max＝kP_l为蓄电池组额定功率即长期最大充放电功率；P_l为谷荷时的平均功率；k为系数；C_td为电网配电系统的单位造价；λ_td为电网配电设备的固定资产折旧率；η为储能装置的储能效率，包括并网设备的损耗和蓄电池的充放电损耗；n为储能装置每年充放电循环次数；T为储能装置以功率P_max充电的持续时间；e_h和e_l分别为峰时段和谷时段电价，ΔP_H，ΔP_L分别为峰荷减少的有功功率和谷荷时的增加的有功功率；e_s为备用容量的价格；E_RCE为储能装置的剩余电量期望值；A_s为系统平均每年停电率；R_IEA为用户停电损失评价率；C_f为站址建设成本；k_p为电能转换设备的单位造价；k_w为储能系统的单位造价；λ_p为站址成本和并网设备的固定资产折旧率；λ_w为蓄电池组固定资产的折旧率；C_m为单位容量的年运行维护成本；

1.2.2建立用户侧储能电站的成本效益模型:

E_Y,year＝E_Y1+E_Y2+E_Y3+E_Y4+E_Y5-C₁-C₂

其中，

$E_{Y1}=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{\γ}}_d{C}_d\mathrm{\η}{P}_{\max }& P_{\max }\≤P_c\\ {\mathrm{\γ}}_d{C}_d\mathrm{\η}(2P_c-P_{\max })& P_{\max }\≤P_c\end{array}\right.$

$E_{Y2}=\left\{\begin{array}{cc}{e}_r\mathrm{\η}{P}_{\max }& P_{\max }\≤P_c\\ e_r\mathrm{\η}(2P_c-P_{\max })& P_{\max }\≤P_c\end{array}\right.$

$E_{Y3}=n\underset{i=1}{\overset{24}{\mathrm{\Σ}}}({P_i}^{+}-{P_i}^{-})e_i$

E_Y5＝λ_sR_IEAE_ENS[1-p{W_i<E_ENS}]+(λ_s-λ_s’)E_λ

E_ENS＝T_s(1-A_s)P₀，p{W_i<E_ENS}＝W_i小于E_ENS的小时数/24，

其中，E_Y,year为用户侧折算到每年的净收益，E_Y1为减少用户配电站建设容量方面的收益等值到每年的现值，E_Y2为减少容量电价制度下用户的基本电费所带来的年收益，E_Y3为减少用户的购电费用中的电量电费所带来的年收益，E_Y4为降低配变损耗费用所带来的年收益，E_Y5为降低停电损失所带来的效益；

其中，P_max为蓄电池组额定功率即长期最大充放电功率；C_d为用户配电系统的单位造价；γ_d为用户配电设备的固定资产折旧率；η为储能装置的储能效率，包括并网设备的损耗和蓄电池的充放电损耗；e_r为用户所需按最大需量交纳的基本电费；P_i ⁺和P_i ^－分别为第i小时段储能装置的放电功率和充电功率；e_i为第i小时段的电价；n为储能装置年投运次数；P_i为第i小时段的负荷功率；P_k为配变的短路损耗；S_N为配变的容量，cosφ为变压器负载侧的功率因数；T_s为用户每年的生产小时数；A_s为配电网的供电可靠性；P₀为用户保证正常生产所需的最小供电功率；W_i为第i小时储能装置中剩余的电量；λ_s为未投入储能装置时用户母线侧电源的停电率；λ_s ^’为投入储能装置并入配电母线后系统的停电率；E_λ为每次供电中断给用户造成的经济损失的期望值；

1.3针对在电网中建设储能电站时的不同利益主体，所述储能电站综合评估方法为：

1.3.1针对某n个节点，m条线路的网络，输入网络参数；

1.3.2判断储能电站是加在电网侧还是用户侧：若加在用户侧，令a＝0，b＝1；若加在电网侧，令a＝1，b＝0；

1.3.3根据储能电站的参数：储能电站蓄电池的额定输出功率P_jmax、储存的额定存储电能W_jmax和蓄电池寿命N，利用所述储能电站的成本效益综合评价数学模型，计算网络接入储能电站后电网的经济效益指标E；

1.3.4输出计算结果。

本发明的有益效果：本发明的评估方法涵盖了储能电站的电网侧和用户侧的经济效益指标评价，能综合考量不同利益主体(电网侧、用户侧)在电网中建设储能电站时，在市场情况下的投资回报率。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1为本发明的综合效益评估流程图。

具体实施方式

下面举出较佳实施例，并结合附图来更清楚完整地说明本发明。

实施例

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明针对不同的利益主体给出了一种综合电网侧和用户侧经济效益指标的储能电站综合评估模型。该模型针涵盖了电网侧的经济评价模型、用户侧经济评价模型。通过该模型可以研究储能电站在市场情况下的投资回报率。本发明建立的综合效益评价数学模型为：

E＝aE_W,year+bE_Y,year

其中，E_W,year为电网侧加入储能电站后折算到每年的净收益；E_Y,year为用户侧加入储能电站后折算到每年的净收益；a、b为阈值(取值为0或1)：当研究电网侧加入储能电站的经济效益时，a＝1、b＝0；当研究用户侧加入储能电站的经济效益时，a＝0、b＝1

下面对该模型的运用作进一步的说明：

1、电网侧储能电站的成本效益模型为:

E_W,year＝E_W1+E_W2+E_W3+E_W4+E_W5-C₁-C₂   公式(1)

其中，E_W,year为电网侧折算到每年的净收益。

1.1)E_W1为减少电网扩建容量方面的收益等值到每年的现值：

$E_{W1}=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{\&lambda;}}_{\mathrm{td}}{C}_{\mathrm{td}}\mathrm{\&eta;}{P}_{\max }& P_{\max }\&le;P_c\\ {\mathrm{\&lambda;}}_{\mathrm{td}}{C}_{\mathrm{td}}\mathrm{\&eta;}({2P}_c-P_{\max })& P_{\max }>P_c\end{array}\right.,$    公式(2)

其中，P_c＝P_dmax-P_a为拉平负荷曲线所需的临界功率(MW)；P_dmax为日负荷最大值(MW)；P_a为负荷的日平均功率(MW)；P_max＝kP_l为蓄电池组额定功率即长期最大充放电功率(MW)；P_l为谷荷时的平均功率(MW)；k为系数；C_td为电网配电系统的单位造价(万元/MW)；λ_td为电网配电设备的固定资产折旧率；η为储能装置的储能效率，包括并网设备的损耗和蓄电池的充放电损耗。

1.2)E_W2为减少电网网损方面的收益：

E_W2＝nT(ΔP_He_h-ΔP_Le_l)   公式(3)

其中，n为储能装置每年充放电循环次数；T为储能装置以功率P_max充电的持续时间(h)；e_h和e_l分别为峰时段和谷时段电价，ΔP_H，ΔP_L分别为峰荷减少的有功功率和谷荷时的增加的有功功率。

1.3)E_W3储能电站低储高发的套利指标：

E_W3＝nP_maxT(ηe_h-e_l)   公式(4)

其中，n、T、P_max、e_h、e_l、η的物理意义同上述。

1.4)E_W4为减少新能源发电所需的常规备用容量指标：

E_W4＝0.5P_maxTe_s   公式(5)

其中，e_s为备用容量的价格(万元/MW·a)。

1.5)E_W5为减少电网可靠性成本指标：

E_W5＝A_sR_IEAE_RCE＝0.5P_maxTA_sR_IEA   公式(6)

其中，E_RCE为储能装置的剩余电量期望值(MWh)；A_s为系统平均每年停电率；R_IEA为用户停电损失评价率(万元/MWh)。

1.6)C₁为储能装置的投资成本折算到每年的现值(主要包括储能装置的投资成本和运行维护成本)：

C₁＝λ_p(C_f+k_pP_max)+λ_wk_wP_maxT   公式(7)

其中，C_f为站址建设成本(万元)；k_p为电能转换设备的单位造价(万元/MW)；k_w为储能系统的单位造价(万元/MWh)；λ_p为站址成本和并网设备的固定资产折旧率；λ_w为蓄电池组固定资产的折旧率。

1.7)C₂为年运行维护费用，主要由其规模确定：

C₂＝C_mP_max   公式(8)

其中，C_m为单位容量的年运行维护成本(万元)。

2、用户侧储能电站的成本效益模型为:

E_Y,year＝E_Y1+E_Y2+E_Y3+E_Y4+E_Y5-C₁-C₂   公式(9)

其中，E_Y,year为用户侧折算到每年的净收益。

2.1)E_Y1为减少用户配电站建设容量方面的收益等值到每年的现值：

$E_{Y1}=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{\&gamma;}}_d{C}_d\mathrm{\&eta;}{P}_{\max }& P_{\max }\&le;P_c\\ {\mathrm{\&gamma;}}_d{C}_d\mathrm{\&eta;}(2P_c-P_{\max })& P_{\max }\&le;P_c\end{array}\right.,$    公式(10)

其中，P_max为蓄电池组额定功率即长期最大充放电功率(MW)；C_d为用户配电系统的单位造价(万元/MW)；γ_d为用户配电设备的固定资产折旧率；η为储能装置的储能效率，包括并网设备的损耗和蓄电池的充放电损耗。

2.2)E_Y2为减少容量电价制度下用户的基本电费所带来的年收益：

$E_{Y2}=\left\{\begin{array}{cc}{e}_r\mathrm{\&eta;}{P}_{\max }& P_{\max }\&le;P_c\\ e_r\mathrm{\&eta;}(2P_c-P_{\max })& P_{\max }\&le;P_c\end{array}\right.$    公式(11)

其中，e_r为用户所需按最大需量交纳的基本电费(万元/MVA·年)。

2.3)E_Y3为减少用户的购电费用中的电量电费所带来的年收益：

$E_{Y3}=n\underset{i=1}{\overset{24}{\mathrm{\&Sigma;}}}({P_i}^{+}-{P_i}^{-})e_i$    公式(12)

其中，P_i ⁺和P_i ^－分别为第i小时段储能装置的放电功率和充电功率(负荷低谷时净充电，负荷高峰时净放电)；e_i为第i小时段的电价；n为储能装置年投运次数。

2.4)E_Y4为降低配变损耗费用所带来的年收益：

   公式(13)

其中，P_i为第i小时段的负荷功率(MW)；P_k为配变的短路损耗(MW)；S_N为配变的容量(MVA)，为变压器负载侧的功率因数。

2.5)E_Y5为降低停电损失所带来的效益：

E_Y5＝λ_sR_IEAE_ENS[1-p{W_i<E_ENS}]+(λ_s-λ_s’)E_λ   公式(14)

其中，E_ENS＝T_s(1-A_s)P₀，p{W_i<E_ENS}＝W_i小于E_ENS的小时数/24，T_s为用户每年的生产小时数(h)；A_s为配电网的供电可靠性；P₀为用户保证正常生产所需的最小供电功率(MW)；W_i为第i小时储能装置中剩余的电量(MWh)；λ_s为未投入储能装置时用户母线侧电源的停电率；λ_s’为投入储能装置并入配电母线后系统的停电率；E_λ为每次供电中断给用户造成的经济损失的期望值。

根据上述建立的模型及定义的各计算函数式，如图1所示，本发明的具体评估步骤如下：

步骤1：针对某n个节点，m条线路的网络，输入网络参数(线路参数、节点功率等)。

步骤2：判断储能电站是加在电网侧还是用户侧，若加在用户侧，令a＝0，b＝1，进入下一步；若加在电网侧，令a＝1，b＝0，进入下一步骤；

步骤3：根据储能电站的参数(储能电站蓄电池的额定输出功率P_jmax和储存的额定存储电能W_jmax，蓄电池寿命N)，利用综合效益评价模型(1)计算网络接入储能电站后电网的经济效益指标E，进入下一步骤；

步骤4：计算结束并且输出结果。

因此，采用本发明能有效地评估不同利益主体(电网侧、用户侧)在电网中建设储能电站时，市场经济的投资回报率。

效果实施例2

本实施例是以某直辖市的一配电网新建容量为30MW的钠硫电池储能电站为例，所评估得到的储能装置的电网侧和用户侧的收益指标及成本(见表1)。

表1 电网侧各部分收益及成本

根据表1可得电网侧建设储能电站的总收益为4303.5万元，建设钠硫电池储能电站的总建设成本为78200万元，在不考虑税率和年折旧损失率的情况下，年投资汇报率约为5.5％。

对该电网中某企业安装钠硫电池储能系统后的经济效益进行计算，通过分析该企业的日负荷曲线，储能系统的最佳功率和容量分别为1.5MW和12MWh。仿真得到的各部分收益及成本(见表2)。

表2 用户侧各部分收益及成本

根据表2可得用户侧建设储能电站的总收益为109.765万元，建设钠硫电池储能电站的总建设成本为3326.21万元，在不考虑税率和年折旧损失率的情况下，年投资汇报率约为3.3％。

以上详细描述了本发明的各较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (1)

1.一种考虑不同主体经济效益指标的储能电站综合评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

1.1建立不同利益主体经济效益指标的储能电站综合评估指标体系，所述评估指标体系包括：电网侧的经济效益评估指标、用户侧的经济效益评估指标；

所述电网侧的经济效益评估指标包括：反映电网侧加入储能电站后折算到每年的净收益；

所述用户侧的经济效益评估指标包括：反映用户侧加入储能电站后折算到每年的净收益；

1.2建立储能电站的成本效益综合评价数学模型：

E＝aE_W,year+bE_Y,year

式中，E表示储能电站的综合效益评估结果；E_W,year为电网侧加入储能电站后折算到每年的净收益；E_Y,year为用户侧加入储能电站后折算到每年的净收益；

a、b为阈值：当研究电网侧加入储能电站的经济效益时，a＝1、b＝0；当研究用户侧加入储能电站的经济效益时，a＝0、b＝1；

1.2.1建立电网侧储能电站的成本效益评价数学模型：

E_W,year＝E_W1+E_W2+E_W3+E_W4+E_W5-C₁-C₂

其中，

$E_{W1}=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{\&lambda;}}_{\mathrm{td}}{C}_{\mathrm{td}}\mathrm{\&eta;}{P}_{\max }& P_{\max }\&le;P_c\\ {\mathrm{\&lambda;}}_{\mathrm{td}}{C}_{\mathrm{td}}\mathrm{\&eta;}({2P}_c-P_{\max })& P_{\max }>P_c\end{array}\right.,$

E_W2＝nT(ΔP_He_h-ΔP_Le_l)

E_W3＝nP_maxT(ηe_h-e_l)

E_W4＝0.5P_maxTe_s

E_W5＝A_sR_IEAE_RCE＝0.5P_maxTA_sR_IEA

C₁＝λ_p(C_f+k_pP_max)+λ_wk_wP_maxT

C₂＝C_mP_max

其中，E_W,year为电网侧折算到每年的净收益，E_W1为减少电网扩建容量方面的收益等值到每年的现值，E_W2为减少电网网损方面的收益，E_W3为储能电站低储高发的套利指标，E_W4为减少新能源发电所需的常规备用容量指标，E_W5为减少电网可靠性成本指标，C₁为储能装置的投资成本折算到每年的现值，C₂为年运行维护费用；

其中，P_c＝P_dmax-P_a为拉平负荷曲线所需的临界功率；P_dmax为日负荷最大值；P_a为负荷的日平均功率；P_max＝kP_l为蓄电池组额定功率即长期最大充放电功率；P_l为谷荷时的平均功率；k为系数；C_td为电网配电系统的单位造价；λ_td为电网配电设备的固定资产折旧率；η为储能装置的储能效率，包括并网设备的损耗和蓄电池的充放电损耗；n为储能装置每年充放电循环次数；T为储能装置以功率P_max充电的持续时间；e_h和e_l分别为峰时段和谷时段电价，ΔP_H，ΔP_L分别为峰荷减少的有功功率和谷荷时的增加的有功功率；e_s为备用容量的价格；E_RCE为储能装置的剩余电量期望值；A_s为系统平均每年停电率；R_IEA为用户停电损失评价率；C_f为站址建设成本；k_p为电能转换设备的单位造价；k_w为储能系统的单位造价；λ_p为站址成本和并网设备的固定资产折旧率；λ_w为蓄电池组固定资产的折旧率；C_m为单位容量的年运行维护成本；

1.2.2建立用户侧储能电站的成本效益模型:

E_Y,year＝E_Y1+E_Y2+E_Y3+E_Y4+E_Y5-C₁-C₂

其中，

$E_{Y1}=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{\&gamma;}}_d{C}_d\mathrm{\&eta;}{P}_{\max }& P_{\max }\&le;P_c\\ {\mathrm{\&gamma;}}_d{C}_d\mathrm{\&eta;}({2P}_c-P_{\max })& P_{\max }\&le;P_c\end{array}\right.$

$E_{Y2}=\left\{\begin{array}{cc}{e}_r\mathrm{\&eta;}{P}_{\max }& P_{\max }\&le;P_c\\ e_r\mathrm{\&eta;}({2P}_c-P_{\max })& P_{\max }\&le;P_c\end{array}\right.$

$E_{Y3}=n\underset{i=1}{\overset{24}{\mathrm{\&Sigma;}}}({P_i}^{+}-{P_i}^{-})e_i$

E_Y5＝λ_sR_IEAE_ENS[1-p{W_i<E_ENS}]+(λ_s-λ_s’)E_λ

E_ENS＝T_s(1-A_s)P₀，p{W_i<E_ENS}＝W_i小于E_ENS的小时数/24，

其中，E_Y,year为用户侧折算到每年的净收益，E_Y1为减少用户配电站建设容量方面的收益等值到每年的现值，E_Y2为减少容量电价制度下用户的基本电费所带来的年收益，E_Y3为减少用户的购电费用中的电量电费所带来的年收益，E_Y4为降低配变损耗费用所带来的年收益，E_Y5为降低停电损失所带来的效益；

其中，P_max为蓄电池组额定功率即长期最大充放电功率；C_d为用户配电系统的单位造价；γ_d为用户配电设备的固定资产折旧率；η为储能装置的储能效率，包括并网设备的损耗和蓄电池的充放电损耗；e_r为用户所需按最大需量交纳的基本电费；P_i ⁺和P_i ^－分别为第i小时段储能装置的放电功率和充电功率；e_i为第i小时段的电价；n为储能装置年投运次数；P_i为第i小时段的负荷功率；P_k为配变的短路损耗；S_N为配变的容量，cosφ为变压器负载侧的功率因数；T_s为用户每年的生产小时数；A_s为配电网的供电可靠性；P₀为用户保证正常生产所需的最小供电功率；W_i为第i小时储能装置中剩余的电量；λ_s为未投入储能装置时用户母线侧电源的停电率；λ_s’为投入储能装置并入配电母线后系统的停电率；E_λ为每次供电中断给用户造成的经济损失的期望值；

1.3针对在电网中建设储能电站时的不同利益主体，所述储能电站综合评估方法为：

1.3.1针对某n个节点，m条线路的网络，输入网络参数；

1.3.2判断储能电站是加在电网侧还是用户侧：若加在用户侧，令a＝0，b＝1；若加在电网侧，令a＝1，b＝0；

1.3.3根据储能电站的参数：储能电站蓄电池的额定输出功率P_jmax、储存的额定存储电能W_jmax和蓄电池寿命N，利用所述储能电站的成本效益综合评价数学模型，计算网络接入储能电站后电网的经济效益指标E；

1.3.4输出计算结果。