CN112069678A - 一种考虑储能全生命周期成本的调频经济性分析方法 - Google Patents

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Abstract

本发明一种考虑储能全生命周期成本的调频经济性分析方法，包括步骤：1)计算火电机组当日提供的调频里程；2)计算火电机组当日综合调频性能指标平均值；3)计算调频里程补偿；4)计算储能系统初始投资成本；5)计算储能系统运行维护费用；6)计算储能相关设备更换成本；7)计算储能相关设备报废处理费用；8)计算储能设备剩余残值；9)将步骤4)储能系统初始投资成本、步骤5)储能系统运行维护费用、步骤6)储能相关设备更换成本、步骤7)储能相关设备报废处理费用相加后减去步骤8)储能设备剩余残值，得到基于储能系统全生命周期成本的储能联合发电机组调频经济性数学模型。本发明考虑储能系统全生命周期成本，更接近实际情况。

Description

一种考虑储能全生命周期成本的调频经济性分析方法
技术领域
本发明涉及一种储能联合发电机组调频经济性分析方法，具体涉及一种考虑储能全生命周期成本的调频经济性分析方法。
背景技术
目前，我国电力系统中主要由传统发电机组为电网提供调频服务，由于传统电源均为具有旋转惯性的机械器件组成，并且将一次能源转换成电能需要经历一系列复杂过程，因此火电机组对有功功率的调节响应速度较慢。储能技术应用在调频领域，由于具有响应速度快、控制精确和双向调节能力的基本优点，在电网调频应用中具有常规发电机组调频不可比拟的优势。近几年来，在我国火电机组中采用电池储能系统联合进行调频，已经在工程中逐渐得到应用。根据国家电力体制改革相关文件及有关细则，并网发电厂为电网的提供有偿辅助服务，如AGC、调峰等，可以得到相应的补偿。
目前对于储能联合发电机组调频经济效益分析方面，还是停留在对成本和收益预算阶段，针对储能联合发电机组调频经济效益分析还是以传统投资、收益预算为主，得到的多大多是经验值，没有数学建模更没有模型仿真，不能与实际情况相结合。尤其是针对储能元件，无法从全寿命周期内对其进行经济效益分析。因此，如何从调频具体实施方案和储能元件全寿命周期经济特征两个方面来对储能联合发电机组调频经济效益进行分析，是目前亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种考虑储能全生命周期成本的调频经济性分析方法，该方法以储能系统全生命周期成本为目标，分别从：储能系统初始投资成本；储能系统运行维护费用；储能相关设备更换成本；储能相关设备报废处理费用；储能设备剩余残值五个方面建立储能系统成本经济数学模型。以储能联合发电机组调频收益为基础，对储能联合发电机组调频经济性进行分析。
本发明采取如下技术方案来实现的：
一种考虑储能全生命周期成本的调频经济性分析方法，包括以下步骤：
1)计算火电机组当日提供的调频里程；
2)计算火电机组当日综合调频性能指标平均值；
3)根据步骤1)火电机组当日提供的调频里程和步骤2)火电机组当日综合调频性能指标平均值及当日里程结算价格计算调频里程补偿；
4)计算储能系统初始投资成本；
5)计算储能系统运行维护费用；
6)计算储能相关设备更换成本；
7)计算储能相关设备报废处理费用；
8)计算储能设备剩余残值；
9)将步骤4)储能系统初始投资成本、步骤5)储能系统运行维护费用、步骤6)储能相关设备更换成本、步骤7)储能相关设备报废处理费用相加后减去步骤8)储能设备剩余残值，得到基于储能系统全生命周期成本的储能联合发电机组调频经济性数学模型。
本发明进一步的改进在于，步骤1)的具体实现方法为：计算火电机组当日提供的调频里程：
Figure BDA0002665311360000021
其中：Dj为火电机组第j次的调频里程，单位为兆瓦，n为调节次数。
本发明进一步的改进在于，步骤2)的具体实现方法为：计算火电机组当日综合调频性能指标平均值：K＝0.5k1+0.25k2+0.25k3；
其中：k1为调节速率，k1＝火电机组实测速率/控制区内AGC火电机组平均标准调节速率；；k2为调节时间，k2＝1－(火电机组响应延迟时间/5min)；k3为调节精度，k3＝1－(火电机组调节误差/火电机组调节允许误差)。
本发明进一步的改进在于，步骤3)的具体实现方法为：根据步骤1)火电机组当日提供的调频里程和步骤2)火电机组当日综合调频性能指标平均值及当日里程结算价格计算调频里程补偿：R＝D×P×K；
其中：D为该火电机组当日提供的调频里程，P为当日里程结算价格，K为火电机组当日综合调频性能指标平均值。
本发明进一步的改进在于，步骤4)的具体实现方法为：计算储能系统初始投资成本：Cinv＝kpiPN+keiEN；
其中：kpi为单位功率投资成本；kei为单位容量投资成本；PN为储能系统配置功率；EN为储能系统配置容量。
本发明进一步的改进在于，步骤5)的具体实现方法为：计算储能系统运行维护费用：
Figure BDA0002665311360000031
其中：kpm为单位功率运行维护费用；kem为单位容量运行维护费用；Wt为储能设备第t年的充放电电量；T为整个储能系统的使用寿命；r为基准折现率。
本发明进一步的改进在于，步骤6)的具体实现方法为：计算储能相关设备更换成本：
Figure BDA0002665311360000032
其中：kpr为单位功率更换成本；ker为单位容量更换成本；i为整个储能系统的使用寿命周期更换次数。
本发明进一步的改进在于，步骤7)的具体实现方法为：计算储能相关设备报废处理费用：Cscr＝(kpscrPN+kescrEN)(i+1)(1+r)-T；
其中：kpscr为单位功率报废处理费用；kescr为单位容量报废处理费用。
本发明进一步的改进在于，步骤8)的具体实现方法为：计算储能设备剩余残值：Cres＝σres(Cinv+Crep)(1+r)-T；
其中：σres为设备剩余残值率。
本发明进一步的改进在于，步骤9)的具体实现方法为：将步骤4)储能系统初始投资成本、步骤5)储能系统运行维护费用、步骤6)储能相关设备更换成本、步骤7)储能相关设备报废处理费用相加后减去步骤8)储能设备剩余残值，得到基于储能系统全生命周期成本的储能联合发电机组调频经济性数学模型为：CZ＝Cinv+Com+Crep+Cscr-Cres；
其中：CZ为储能系统总成本；Cinv为储能系统初始投资成本；Com为储能系统运行维护费用；Crep为储能相关设备更换成本，包括设备成本和更换成本；Cscr为储能相关设备报废处理费用；Cres为储能设备剩余残值。
与现有技术相比，本发明至少具有如下有益的技术效果：
1.本发明考虑储能系统全生命周期成本，更接近实际情况；
2.本发明从储能联合发电机组调频具体实施方案和储能元件全寿命周期经济特征两个方面来对储能联合发电机组调频经济效益进行分析，所得出的经济性评估结果更为精确。
附图说明
图1为火电机组调频运行收益计算流程图；
图2为基于储能系统全生命周期成本的储能系统成本经济分析流程图；
图3为某600MW火电机组配置18WM储能参与调频曲线图，其中图3(a)和图3(b)是在两天储能参与调频功率响应曲线。
具体实施方式
下面通过附图对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
如图1所示，中标火电机组在调频市场上提供调频服务可以获得相应的调频里程补偿。火电机组的调频里程按日进行结算，其调频里程补偿计算公式为：
R＝D×P×K (1)
式(1)中：D为该火电机组当日提供的调频里程，P为当日里程结算价格，K为火电机组当日综合调频性能指标平均值。
火电机组当日提供的调频里程D表示：当天24小时内，某时间段内的总调频里程为该时段内火电机组响应AGC控制指令的调频里程之和。其中，火电机组每次响应AGC控制指令的调频里程是指其响应AGC控制指令后结束时的实际出力值与响应指令时的出力值之差的绝对值。
火电机组当日提供的调频里程D计算公式为：
Figure BDA0002665311360000051
式(2)中：Dj为火电机组第j次的调频里程，单位为兆瓦，n为调节次数。
火电机组当日综合调频性能指标平均值是指火电机组响应AGC控制指令的综合性能表现，其计算公式为：
K＝0.5k1+0.25k2+0.25k3 (3)
式(3)中：k1为调节速率，k1＝火电机组实测速率/控制区内AGC火电机组平均标准调节速率。储能系统从额定充电功率到额定放电功率的调节时间为秒级，考虑到控制及信号系统的延时，实测时间2-5秒，因此在于火电机组联合运行过程中，可大幅度提高机组总体调节速率，使得k1指标不低于1.5，k1最大值暂不超过5。
k2为调节时间，k2＝1－(火电机组响应延迟时间/5min)。储能系统的出力调节误差为其额定功率的3％，远小于机组调节精度的要求。在联合运行过程中，储能系统可以有效补偿火电机组的稳态调节误差，将机组调节精度指标k2提升至1.7以上；
k3为调节精度，k3＝1－(火电机组调节误差/火电机组调节允许误差)。火电机组AGC响应时间要求为1min，由于储能系统的快速性，即使考虑到通信、采样及控制等个环节的延时，也可很容易做到机组总体响应时间在20s以内，对应k3不低于1.7。
如图2所示，以储能系统全生命周期成本为目标，建立储能系统成本经济数学模型：
CZ＝Cinv+Com+Crep+Cscr-Cres (4)
式(4)中：CZ为储能系统总成本；Cinv为储能系统初始投资成本；Com为储能系统运行维护费用；Crep为储能相关设备更换成本，包括设备成本和更换成本；Cscr为储能相关设备报废处理费用；Cres为储能设备剩余残值。
储能系统初始投资成本CZ计算公式为：
Cinv＝kpiPN+keiEN (5)
式(5)中：kpi为单位功率投资成本；kei为单位容量投资成本；PN为储能系统配置功率；EN为储能系统配置容量。
储能系统运行维护费用Com计算公式为：
Figure BDA0002665311360000061
式(6)中：kpm为单位功率运行维护费用；kem为单位容量运行维护费用；Wt为储能设备(电池)第t年的充放电电量；T为整个储能系统的使用寿命；r为基准折现率。
储能相关设备更换成本Crep计算公式为：
Figure BDA0002665311360000062
式(7)中：kpr为单位功率更换成本；ker为单位容量更换成本；i为整个储能系统的使用寿命周期更换次数。
储能相关设备报废处理费用Cscr计算公式为：
Cscr＝(kpscrPN+kescrEN)(i+1)(1+r)-T (8)
式(8)中：kpscr为单位功率报废处理费用；kescr为单位容量报废处理费用。
储能设备剩余残值Cres计算公式为：
Cres＝σres(Cinv+Crep)(1+r)-T (9)
式(9)中：σres为设备剩余残值率。
如图3所示，是某火力发电厂单台600MW机组在两天储能参与调频功率响应曲线，将相关收益数据(中标价格按照10元计算)如表1所示，结果如下。
表1某火力发电厂单台600MW机组储能辅助调频收益相关数据
Figure BDA0002665311360000071
储能系统的相关成本经济参数如表2所示。
表2某火力发电厂储能系统的相关成本经济参数
Figure BDA0002665311360000072
Figure BDA0002665311360000081
基于日调频辅助服务补偿收益4.6万元，对18MW 2C储能调频系统性济性进行评估，评估结果如表3所示。
表3经济性评估结果(调频辅助服务收益4.6万元/日)
Figure BDA0002665311360000082
基于日调频辅助服务补偿收益6.2万元，对18MW 2C储能调频系统的经济性进行评估，评估结果如表4所示。
表4经济性评估结果(调频辅助服务收益6.2万元/日)
Figure BDA0002665311360000083
基于日调频辅助服务补偿收益4.6万元进行分析，18MW 2C储能调频系统投运后，投资回收期大于8年。基于日调频辅助服务补偿收益6.2万元进行分析，18MW 2C储能调频系统投运后，投资回收期约为5年左右。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种考虑储能全生命周期成本的调频经济性分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)计算火电机组当日提供的调频里程；
2)计算火电机组当日综合调频性能指标平均值；
3)根据步骤1)火电机组当日提供的调频里程和步骤2)火电机组当日综合调频性能指标平均值及当日里程结算价格计算调频里程补偿；
4)计算储能系统初始投资成本；
5)计算储能系统运行维护费用；
6)计算储能相关设备更换成本；
7)计算储能相关设备报废处理费用；
8)计算储能设备剩余残值；
9)将步骤4)储能系统初始投资成本、步骤5)储能系统运行维护费用、步骤6)储能相关设备更换成本、步骤7)储能相关设备报废处理费用相加后减去步骤8)储能设备剩余残值，得到基于储能系统全生命周期成本的储能联合发电机组调频经济性数学模型。
2.根据权利要求1所述的一种考虑储能全生命周期成本的调频经济性分析方法，其特征在于，步骤1)的具体实现方法为：计算火电机组当日提供的调频里程：
Figure FDA0002665311350000011
其中：Dj为火电机组第j次的调频里程，单位为兆瓦，n为调节次数。
3.根据权利要求1所述的一种考虑储能全生命周期成本的调频经济性分析方法，其特征在于，步骤2)的具体实现方法为：计算火电机组当日综合调频性能指标平均值：K＝0.5k1+0.25k2+0.25k3；
其中：k1为调节速率，k1＝火电机组实测速率/控制区内AGC火电机组平均标准调节速率；；k2为调节时间，k2＝1－(火电机组响应延迟时间/5min)；k3为调节精度，k3＝1－(火电机组调节误差/火电机组调节允许误差)。
4.根据权利要求1所述的一种考虑储能全生命周期成本的调频经济性分析方法，其特征在于，步骤3)的具体实现方法为：根据步骤1)火电机组当日提供的调频里程和步骤2)火电机组当日综合调频性能指标平均值及当日里程结算价格计算调频里程补偿：R＝D×P×K；
其中：D为该火电机组当日提供的调频里程，P为当日里程结算价格，K为火电机组当日综合调频性能指标平均值。
5.根据权利要求1所述的一种考虑储能全生命周期成本的调频经济性分析方法，其特征在于，步骤4)的具体实现方法为：计算储能系统初始投资成本：Cinv＝kpiPN+keiEN；
其中：kpi为单位功率投资成本；kei为单位容量投资成本；PN为储能系统配置功率；EN为储能系统配置容量。
6.根据权利要求1所述的一种考虑储能全生命周期成本的调频经济性分析方法，其特征在于，步骤5)的具体实现方法为：计算储能系统运行维护费用：
Figure FDA0002665311350000021
其中：kpm为单位功率运行维护费用；kem为单位容量运行维护费用；Wt为储能设备第t年的充放电电量；T为整个储能系统的使用寿命；r为基准折现率。
7.根据权利要求1所述的一种考虑储能全生命周期成本的调频经济性分析方法，其特征在于，步骤6)的具体实现方法为：计算储能相关设备更换成本：
Figure FDA0002665311350000022
其中：kpr为单位功率更换成本；ker为单位容量更换成本；i为整个储能系统的使用寿命周期更换次数。
8.根据权利要求1所述的一种考虑储能全生命周期成本的调频经济性分析方法，其特征在于，步骤7)的具体实现方法为：计算储能相关设备报废处理费用：Cscr＝(kpscrPN+kescrEN)(i+1)(1+r)-T；
其中：kpscr为单位功率报废处理费用；kescr为单位容量报废处理费用。
9.根据权利要求1所述的一种考虑储能全生命周期成本的调频经济性分析方法，其特征在于，步骤8)的具体实现方法为：计算储能设备剩余残值：Cres＝σres(Cinv+Crep)(1+r)-T；
其中：σres为设备剩余残值率。
10.根据权利要求1所述的一种考虑储能全生命周期成本的调频经济性分析方法，其特征在于，步骤9)的具体实现方法为：将步骤4)储能系统初始投资成本、步骤5)储能系统运行维护费用、步骤6)储能相关设备更换成本、步骤7)储能相关设备报废处理费用相加后减去步骤8)储能设备剩余残值，得到基于储能系统全生命周期成本的储能联合发电机组调频经济性数学模型为：CZ＝Cinv+Com+Crep+Cscr-Cres；
其中：CZ为储能系统总成本；Cinv为储能系统初始投资成本；Com为储能系统运行维护费用；Crep为储能相关设备更换成本，包括设备成本和更换成本；Cscr为储能相关设备报废处理费用；Cres为储能设备剩余残值。
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