現(xiàn)貨市場(chǎng)下新能源綜合電站增量收入影響因素評(píng)估

陳 立 葉 瑞 劉 翔 張敬峰 李 玲 胡 博 全 勛

（1.華能瀾滄江能源銷售有限公司,云南 昆明 650214；2.北京清能互聯(lián)科技有限公司,北京 100084）

電力系統(tǒng)是現(xiàn)代綜合能源系統(tǒng)的核心，也是我國(guó)碳排放的主力軍，構(gòu)建以新能源為主要能源的新型電力系統(tǒng)[1]是促進(jìn)電力行業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展的關(guān)鍵舉措，也是實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的重要路徑。隨著光伏、風(fēng)電等新能源并網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，新能源發(fā)電的間歇性、不穩(wěn)定性等特點(diǎn)對(duì)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的影響愈發(fā)顯著，清潔能源高水平消納面臨挑戰(zhàn)，電力現(xiàn)貨市場(chǎng)作為調(diào)節(jié)電力供求關(guān)系、促進(jìn)新能源消納、保障能源行業(yè)有序發(fā)展的有效工具，在新能源大規(guī)模并網(wǎng)過(guò)程中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用?，F(xiàn)貨市場(chǎng)環(huán)境下，新能源場(chǎng)站配置儲(chǔ)能形成新能源綜合電站，可以有效緩解新能源大規(guī)模并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的影響，利用現(xiàn)貨電價(jià)引導(dǎo)新能源綜合電站削峰填谷，提升新能源綜合電站收益及全網(wǎng)清潔能源消納水平。

電力現(xiàn)貨市場(chǎng)下“新能源+儲(chǔ)能”已經(jīng)成為能源行業(yè)的研究熱點(diǎn)，文獻(xiàn)[2-5]在規(guī)劃算法、投資經(jīng)濟(jì)性等方面進(jìn)行了深入研究，分析了前期規(guī)劃中儲(chǔ)能容量的確定方法；文獻(xiàn)[6-9]重點(diǎn)探討市場(chǎng)環(huán)境下新能源配置儲(chǔ)能的交易優(yōu)化與運(yùn)行策略，通過(guò)響應(yīng)市場(chǎng)價(jià)格等方式提升新能源場(chǎng)站整體收益；文獻(xiàn)[10-12]設(shè)計(jì)了儲(chǔ)能模塊化集成的工程方案與控制策略，利用實(shí)際案例驗(yàn)證儲(chǔ)能模塊化集成的可行性，為大容量?jī)?chǔ)能面向新能源場(chǎng)站推廣創(chuàng)造條件。

以上研究工作對(duì)新能源場(chǎng)站投資儲(chǔ)能具有重要的指導(dǎo)意義。然而，由以上研究成果可以發(fā)現(xiàn)，目前研究大多側(cè)重在規(guī)劃模型、運(yùn)行優(yōu)化、系統(tǒng)集成等方面，未能深入國(guó)內(nèi)電力現(xiàn)貨市場(chǎng)改革實(shí)際，評(píng)估分析當(dāng)前現(xiàn)貨市場(chǎng)環(huán)境下新能源場(chǎng)站配置儲(chǔ)能的關(guān)鍵影響因素，為發(fā)電企業(yè)投資儲(chǔ)能提供實(shí)際參考。鑒于此，本文通過(guò)構(gòu)建現(xiàn)貨市場(chǎng)環(huán)境下新能源配置儲(chǔ)能的增量收入模型，研究現(xiàn)貨電價(jià)波動(dòng)對(duì)儲(chǔ)能充放電行為的影響機(jī)制，并進(jìn)一步分析市場(chǎng)環(huán)境、場(chǎng)站裝機(jī)、儲(chǔ)能參數(shù)等關(guān)鍵因素對(duì)新能源場(chǎng)站投資儲(chǔ)能的影響。

1 現(xiàn)貨市場(chǎng)下新能源綜合電站增量收入模型

現(xiàn)貨市場(chǎng)環(huán)境下，電價(jià)呈現(xiàn)時(shí)空特性，新能源配置儲(chǔ)能形成新能源綜合電站，緩解現(xiàn)貨電價(jià)對(duì)新能源場(chǎng)站收益的影響。儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)新能源綜合電站的經(jīng)濟(jì)價(jià)值體現(xiàn)在并網(wǎng)出力曲線的優(yōu)化方面，通過(guò)低價(jià)時(shí)段充電、高價(jià)時(shí)段放電提升新能源場(chǎng)站整體收入，扣減儲(chǔ)能系統(tǒng)投資成本即為新能源綜合電站的增量收入。

1.1 目標(biāo)函數(shù)

新能源綜合電站應(yīng)以現(xiàn)貨市場(chǎng)下配置儲(chǔ)能的最大增量收入為目標(biāo)，進(jìn)行儲(chǔ)能充放電行為的內(nèi)部?jī)?yōu)化，目標(biāo)函數(shù)為：

1.2 約束條件

2 現(xiàn)貨市場(chǎng)下新能源綜合電站增量收入影響因素

分析新能源綜合電站收益模型可知，現(xiàn)貨市場(chǎng)電價(jià)、儲(chǔ)能放電功率、儲(chǔ)能放電時(shí)間、儲(chǔ)能放電深度及儲(chǔ)能轉(zhuǎn)換效率等關(guān)鍵因素將對(duì)新能源綜合電站的增量收入產(chǎn)生影響，下面簡(jiǎn)要介紹各關(guān)鍵因素對(duì)新能源綜合電站增量收入的影響機(jī)制。

2.1 現(xiàn)貨市場(chǎng)電價(jià)

現(xiàn)貨市場(chǎng)電價(jià)一般具備時(shí)空特性，不同時(shí)間的現(xiàn)貨電價(jià)差異較大，新能源綜合電站儲(chǔ)能的時(shí)間遷移特性，改變?cè)汲隽η€，將電量集中在高價(jià)時(shí)段賣出，提升電站整體收入。因此，現(xiàn)貨電價(jià)波動(dòng)將為儲(chǔ)能系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)出力曲線創(chuàng)造空間，現(xiàn)貨電價(jià)波動(dòng)越劇烈，儲(chǔ)能對(duì)新能源綜合電站出力曲線的優(yōu)化效果越明顯，新能源綜合電站的增量收入也越高。

2.2 儲(chǔ)能放電功率

儲(chǔ)能額定放電功率主要影響儲(chǔ)能系統(tǒng)響應(yīng)現(xiàn)貨電價(jià)的潛力，進(jìn)而影響新能源綜合電站的優(yōu)化出力。儲(chǔ)能放電時(shí)間不變的前提下，儲(chǔ)能額定容量和成本隨儲(chǔ)能放電功率線性增加，此時(shí)儲(chǔ)能放電功率的變化趨勢(shì)與儲(chǔ)能額定容量相同。新能源綜合電站的增量收入先隨儲(chǔ)能放電功率逐漸增加，當(dāng)儲(chǔ)能放電功率能夠完全滿足電能量遷移的功率要求時(shí)，新能源綜合電站增量收入達(dá)到最大值，之后隨著放電功率的增大而逐漸減少。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷的進(jìn)步，我國(guó)土建技術(shù)也進(jìn)行了不斷的優(yōu)化和進(jìn)步，但是由于我國(guó)土建技術(shù)的基礎(chǔ)較差，再加上大量施工企業(yè)技術(shù)的施工技術(shù)落后，導(dǎo)致我國(guó)土建技術(shù)在施工的過(guò)程中還存在以下三方面的現(xiàn)狀：

2.3 儲(chǔ)能放電時(shí)間

在儲(chǔ)能容量保持不變的前提下，縮短放電時(shí)間，提升放電功率，有助于儲(chǔ)能系統(tǒng)迅速捕捉短時(shí)高電價(jià)。隨著放電時(shí)間的縮短，放電功率不斷增大，新能源綜合電站增量收入逐漸增加。當(dāng)儲(chǔ)能的放電功率已經(jīng)能夠完全滿足新能源綜合電站的電能量遷移的功率要求時(shí)，新能源綜合電站增量收入將會(huì)保持不變。

2.4 儲(chǔ)能放電深度

儲(chǔ)能放電深度對(duì)儲(chǔ)能使用壽命產(chǎn)生影響，并通過(guò)影響新能源綜合電站優(yōu)化出力曲線，進(jìn)而影響新能源綜合電站增量收入。在一定范圍內(nèi)，隨著儲(chǔ)能放電深度的增加，儲(chǔ)能系統(tǒng)可充放電量增多，新能源綜合電站收益將呈明顯上升趨勢(shì)。然而超出該范圍后，儲(chǔ)能使用壽命將隨放電深度增加而顯著下降。

2.5 儲(chǔ)能轉(zhuǎn)換效率

儲(chǔ)能轉(zhuǎn)換效率影響充放電過(guò)程中的能量損失，充放電過(guò)程中損失的電能量對(duì)于新能源綜合電站而言是一種純粹的支出。理想狀態(tài)下儲(chǔ)能充放電過(guò)程中不應(yīng)存在電能量損失，此時(shí)儲(chǔ)能轉(zhuǎn)換效率為100%，隨著儲(chǔ)能轉(zhuǎn)換效率的下降，儲(chǔ)能充放電造成的損失越來(lái)越大，新能源綜合電站增量收入也因而逐漸下降。

3 模擬算例驗(yàn)證

3.1 基準(zhǔn)場(chǎng)景

本文以山西省某50 MW光伏電站為基準(zhǔn)，采用控制變量法驗(yàn)證前述關(guān)鍵因素對(duì)新能源綜合電站增量收入的影響機(jī)制及程度，為了便于展示，算例中利用新能源綜合電站增量收入和發(fā)電量計(jì)算得到度電增收，用以表示新能源綜合電站增量收入。

（1）基準(zhǔn)場(chǎng)景信息（見(jiàn)表1）。

表1 基準(zhǔn)場(chǎng)景信息

（2）場(chǎng)站量?jī)r(jià)信息。

圖1 基準(zhǔn)場(chǎng)景的典型出力曲線與現(xiàn)貨電價(jià)曲線

3.2 現(xiàn)貨電價(jià)

現(xiàn)貨電價(jià)影響因素眾多，不同場(chǎng)景下現(xiàn)貨電價(jià)區(qū)別較大。為了分析實(shí)際情況下現(xiàn)貨電價(jià)對(duì)新能源綜合電站增量收入的影響，利用控制變量法從市場(chǎng)環(huán)境、月份、峰谷價(jià)差三個(gè)維度模擬現(xiàn)貨電價(jià)變化對(duì)新能源綜合電站增量收入的影響，模擬結(jié)果如圖2所示。

圖2 現(xiàn)貨電價(jià)變化對(duì)新能源綜合電站增量收入的影響

通過(guò)對(duì)不同現(xiàn)貨電價(jià)場(chǎng)景進(jìn)行模擬，可以得到以下幾個(gè)結(jié)論。

（1）現(xiàn)貨電價(jià)波動(dòng)越劇烈，儲(chǔ)能投資價(jià)值越高。新能源綜合電站在市場(chǎng)環(huán)境下增量收入差異明顯，且與現(xiàn)貨電價(jià)波動(dòng)（標(biāo)準(zhǔn)差）呈現(xiàn)一定的正相關(guān)性，新能源場(chǎng)站應(yīng)關(guān)注不同市場(chǎng)環(huán)境對(duì)儲(chǔ)能投資的影響。

（2）大部分時(shí)間儲(chǔ)能成本難以回收。不同月份的現(xiàn)貨電價(jià)差異較大，儲(chǔ)能成本高企的情況下，新能源場(chǎng)站投資儲(chǔ)能在絕大多數(shù)時(shí)間難以完全回收儲(chǔ)能成本。

（3）現(xiàn)貨峰谷價(jià)差與儲(chǔ)能投資價(jià)值近似呈正線性相關(guān)?，F(xiàn)貨電價(jià)曲線形狀不變的前提下，現(xiàn)貨峰谷價(jià)差與新能源綜合電站增量收入近似呈正線性相關(guān)，拉大現(xiàn)貨峰谷價(jià)差將會(huì)顯著影響儲(chǔ)能的投資價(jià)值，應(yīng)積極推動(dòng)現(xiàn)貨市場(chǎng)進(jìn)一步拉大限價(jià)范圍。

3.3 儲(chǔ)能特性

新能源綜合電站可配置多種類型的儲(chǔ)能系統(tǒng)，放電功率、放電時(shí)間、放電深度、轉(zhuǎn)換效率會(huì)對(duì)新能源綜合電站增量收入產(chǎn)生不同的影響，有必要通過(guò)算例模擬不同儲(chǔ)能特性的影響結(jié)果，為新能源場(chǎng)站選取儲(chǔ)能參數(shù)提供借鑒，模擬結(jié)果如圖3所示。

圖3 不同儲(chǔ)能特性對(duì)新能源綜合電站增量收入的影響

通過(guò)對(duì)不同儲(chǔ)能特性的模擬，可以得到以下幾個(gè)結(jié)論。

（1）新能源場(chǎng)站存在最優(yōu)的放電功率。新能源場(chǎng)站裝機(jī)容量和儲(chǔ)能放電時(shí)間不變的前提下，儲(chǔ)能投資帶來(lái)的增量收入呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，表明新能源場(chǎng)站存在一個(gè)最優(yōu)的放電功率，該放電功率下的儲(chǔ)能投資價(jià)值最高。

（2）新能源場(chǎng)站存在最優(yōu)的放電時(shí)間。儲(chǔ)能容量保持不變的前提下，縮短放電時(shí)間，提升放電功率，有助于儲(chǔ)能系統(tǒng)迅速捕捉短時(shí)高電價(jià)，但當(dāng)儲(chǔ)能的放電功率已經(jīng)能夠完全滿足新能源綜合電站的電能量遷移要求時(shí)，新能源綜合電站增量收入將會(huì)保持不變。

（3）放電深度與儲(chǔ)能投資價(jià)值近似呈正線性相關(guān)。放電深度不僅會(huì)影響儲(chǔ)能系統(tǒng)壽命，還會(huì)影響儲(chǔ)能系統(tǒng)投資價(jià)值。在儲(chǔ)能系統(tǒng)壽命允許范圍內(nèi)，適當(dāng)提升儲(chǔ)能系統(tǒng)放電深度，有助于提高儲(chǔ)能系統(tǒng)有效放電功率，進(jìn)而提高儲(chǔ)能系統(tǒng)的投資價(jià)值。

（4）轉(zhuǎn)換效率與儲(chǔ)能投資價(jià)值近似呈正線性相關(guān)。充放電轉(zhuǎn)換效率決定著儲(chǔ)能系統(tǒng)在充放電過(guò)程中的能量損失，轉(zhuǎn)換效率越高，充放電過(guò)程中的能量損失越少，現(xiàn)貨市場(chǎng)中儲(chǔ)能系統(tǒng)可以放出更多的電能獲取更高的收入。

4 結(jié)論

本文對(duì)新能源場(chǎng)站在新型電力系統(tǒng)中所面臨的問(wèn)題進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹，構(gòu)建了新能源場(chǎng)站配置儲(chǔ)能的新能源綜合電站增量收入模型，分析現(xiàn)貨市場(chǎng)電價(jià)、儲(chǔ)能放電功率、儲(chǔ)能放電時(shí)間、儲(chǔ)能放電深度、儲(chǔ)能轉(zhuǎn)換效率等因素對(duì)新能源綜合電站增量收入的影響。主要得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：（1）新能源綜合電站增量收入受各地區(qū)市場(chǎng)環(huán)境影響較大，且現(xiàn)貨電價(jià)波動(dòng)越劇烈，新能源綜合電站增量收入越高。（2）新能源場(chǎng)站配置儲(chǔ)能存在最優(yōu)的放電功率與放電時(shí)間，新能源場(chǎng)站投資儲(chǔ)能時(shí)應(yīng)盡量接近儲(chǔ)能的最優(yōu)值。（3）儲(chǔ)能放電深度、儲(chǔ)能轉(zhuǎn)換效率與新能源綜合電站增量收入近似呈正線性相關(guān)，適當(dāng)提高儲(chǔ)能放電深度和轉(zhuǎn)換效率，有助于提升新能源配置儲(chǔ)能的投資價(jià)值。（4）現(xiàn)貨峰谷價(jià)差與新能源綜合電站增量收入近似呈正線性相關(guān)，現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)典型現(xiàn)貨試點(diǎn)省份的新能源場(chǎng)站僅靠現(xiàn)貨市場(chǎng)回收儲(chǔ)能投資成本存在一定困難，有必要進(jìn)一步拉大現(xiàn)貨市場(chǎng)的限價(jià)范圍。