IRENA（國(guó)際可再生能源署）發(fā)布了《Electricity Storage Evaluation Framework: Assessing system value and ensuring project viability》。本文是報(bào)告第III部分全球8種儲(chǔ)能應(yīng)用案例的第8部分：“電表后”電力儲(chǔ)能。
英文原文鏈接：
https://www.irena.org/publications/2020/Mar/Electricity-Storage-Valuation-Framework-2020
1. 自發(fā)自用VRE的挑戰(zhàn)
全球電力系統(tǒng)正在進(jìn)行深度變革。傳統(tǒng)上大型熱力發(fā)電和水力發(fā)電的集中式發(fā)電系統(tǒng)，正在向更復(fù)雜、分散的系統(tǒng)轉(zhuǎn)型?？稍偕茉幢壤奶岣?，市場(chǎng)規(guī)模的擴(kuò)大以及信息通信技術(shù)（ICT）技術(shù)的應(yīng)用促進(jìn)了小規(guī)模、分散式發(fā)電為主的智能電網(wǎng)發(fā)展。在智能電網(wǎng)下，消費(fèi)者層面的可再生能源自我消納是主要的創(chuàng)新方式之一，這將極大改變電力系統(tǒng)的架構(gòu)及其運(yùn)行方式。
可再生能源的自我消納是指可再生能源發(fā)電不并網(wǎng)，而是直接被消費(fèi)者通過(guò)與電力生產(chǎn)者之間的某種合約直接消納（Dehler et al.，2017）。隨著可再生能源成本的快速下降（IRENA，2018c），一些消費(fèi)者會(huì)發(fā)現(xiàn)通過(guò)自發(fā)自用是經(jīng)濟(jì)的，技術(shù)上也是可行的。因此，自發(fā)自用成為了一種廣泛接受的概念。光伏是最常見(jiàn)的自我消納的可再生能源，主要是因?yàn)槌杀镜?、容易調(diào)制。小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)雖然沒(méi)有廣泛采用，但也已經(jīng)被用來(lái)自發(fā)自用（Enair，2019）。
可再生能源自發(fā)自用的主要挑戰(zhàn)是光伏和風(fēng)電都是波動(dòng)性的資源，其發(fā)電不能一直滿足用戶需求。在一些時(shí)段，它們會(huì)生產(chǎn)過(guò)多的電力，但是在其他一些時(shí)段又無(wú)法滿足需求。消費(fèi)者不能只依賴VRE。最常見(jiàn)的方式是安裝光伏發(fā)電板來(lái)滿足日間需求，同時(shí)，通過(guò)連接電網(wǎng)，當(dāng)自發(fā)電不能滿足時(shí)，從電網(wǎng)上獲得電力供應(yīng)。當(dāng)光伏發(fā)電過(guò)剩時(shí)，可以輸送給電網(wǎng)，否則就要棄電，見(jiàn)圖1。
來(lái)源：SMA Solar Technology（2019）。
圖1 自發(fā)自用系統(tǒng)的發(fā)電和需求情況
這種情況下，消費(fèi)者仍然需要依賴電網(wǎng)供電。如果目標(biāo)僅僅是擺脫對(duì)電網(wǎng)的依賴，或者實(shí)現(xiàn)最大化發(fā)電上網(wǎng)，就必須要找到其他方案。電力儲(chǔ)能可以為業(yè)主和電網(wǎng)的分布式發(fā)電系統(tǒng)提供極大幫助。
2. 解決方案：“電表后”電力儲(chǔ)能
電力儲(chǔ)能可以吸收一些時(shí)段的多余電量，并在需要的時(shí)段使用。從自發(fā)自用的角度看，電力儲(chǔ)能和光伏結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)白天多余電力充電、晚上放電。這種儲(chǔ)能形式一般稱為“電表后”（BTM）儲(chǔ)能，因?yàn)閮?chǔ)能裝置位于并網(wǎng)點(diǎn)之后，在消費(fèi)者和可再生能源資產(chǎn)中間。
消費(fèi)者的收益
“電表后”儲(chǔ)能帶來(lái)的最大收益是最大化利用了自發(fā)電量。這意味著儲(chǔ)能系統(tǒng)吸收掉了所有的多余電量，然后在無(wú)光伏發(fā)電的時(shí)候滿足所有的用電需要。此時(shí)，如果儲(chǔ)能系統(tǒng)不能滿足需求，還可以從電網(wǎng)上取電。根據(jù)IRENA報(bào)告（2019d），“電表后”儲(chǔ)能的其他好處還有：
（1）降低了消費(fèi)者的電費(fèi)支出。在電量過(guò)剩、電價(jià)低的時(shí)候充電，在電價(jià)高的時(shí)候?qū)㈦娏抠u給電網(wǎng)。
（2）降低了基本電費(fèi)?；倦娰M(fèi)一般是根據(jù)消費(fèi)者最高用電需求確定的。
（3）提供了電力備用并提高了消費(fèi)者用能彈性。
電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商的收益：
如果消費(fèi)者仍然是接電網(wǎng)的，“電表后”儲(chǔ)能也可以為電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商帶來(lái)收益。IRENA的報(bào)告（2019d）顯示，電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商的收益包括：
（1）通過(guò)調(diào)頻和能量轉(zhuǎn)移提高了靈活性。
（2）延緩了電網(wǎng)投資。
（3）延緩了調(diào)峰電廠投資。
來(lái)源：Rathi, A（2018）。
圖2 德國(guó)戶用電力儲(chǔ)能
3. “電表后”儲(chǔ)能應(yīng)用和實(shí)例
在全球的很多國(guó)家，“電表后”儲(chǔ)能的安裝已經(jīng)成為一種流行的方式，其應(yīng)用每年都在增長(zhǎng)。比如，在德國(guó)，截至2018年夏天，戶用電力儲(chǔ)能系統(tǒng)已經(jīng)超過(guò)了100000。到2020年，這一數(shù)字預(yù)計(jì)會(huì)翻番（Parkin，2018）。
澳大利亞是另一個(gè)“電表后”儲(chǔ)能增長(zhǎng)的市場(chǎng)。2017年，戶用電池系統(tǒng)超過(guò)了21000。澳大利亞希望進(jìn)一步促進(jìn)這一增長(zhǎng)，2025年的目標(biāo)是安裝1百萬(wàn)的戶用電池系統(tǒng)。目前，聯(lián)邦政府計(jì)劃投入2億澳元來(lái)激勵(lì)10萬(wàn)個(gè)新增戶用電池系統(tǒng)的安裝。如果消費(fèi)者安裝4kWh的戶用電力儲(chǔ)能，該計(jì)劃可以提供500澳元/kWh的補(bǔ)貼撥款。這樣計(jì)算，每套系統(tǒng)的補(bǔ)貼金額是2000澳元（Martin，2018）。
“電表后”儲(chǔ)能項(xiàng)目可以為消費(fèi)者和電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商提供收益，IRENA（2019d）對(duì)此進(jìn)行了詳細(xì)描述，包括：
（1）Poway Unified SchoolDistrict的6MWh“電表后”儲(chǔ)能系統(tǒng)，主要用于降低用電消費(fèi)支出。加利福尼亞校區(qū)預(yù)計(jì)會(huì)在10年內(nèi)節(jié)約140萬(wàn)美元。
（2）Green Mountain Power在美國(guó)Vermont客戶的場(chǎng)所安裝了2000套特斯拉Powerwall 2電池單元，用于提供電網(wǎng)備用電力。這些系統(tǒng)需要消費(fèi)者預(yù)付1500美元或者每月繳納15美元，預(yù)計(jì)全壽期內(nèi)可以為消費(fèi)者節(jié)約2~3百萬(wàn)美元。對(duì)于電網(wǎng)，安裝電池系統(tǒng)可以幫助電網(wǎng)削峰。2018年7月，通過(guò)削峰節(jié)約了50萬(wàn)美元（Brooks，2018）。
（3）新西蘭的一家機(jī)構(gòu)Eneco啟動(dòng)了CrowdNett，實(shí)際上是“電表后”儲(chǔ)能組成的虛擬電廠。除了自發(fā)自用幫助用戶省錢外，這些電池可以參與現(xiàn)貨市場(chǎng)和輔助服務(wù)市場(chǎng)，也為電網(wǎng)帶來(lái)了收益（Eneco，2016）。
4. “電表后”儲(chǔ)能的關(guān)鍵組成
聚合商
需要重視聚合商扮演的角色以及它可以為“電表后”儲(chǔ)能提供的價(jià)值。聚合商是主要運(yùn)營(yíng)虛擬電廠的新型市場(chǎng)參與者。聚合商將分布式電源聚合起來(lái)，然后向電網(wǎng)提供服務(wù)（IRENA，2019c）。圖3顯示了聚合商是如何工作的。
注：CHP（combined heat and power）是熱電聯(lián)產(chǎn)。
中央控制系統(tǒng)或分布式能源管理系統(tǒng)（DEMS）發(fā)送優(yōu)化的調(diào)度指令給可調(diào)度的分布式電源。
圖3 聚合商概述
聚合商允許提高“電表后”儲(chǔ)能在不同電力市場(chǎng)的參與度，這有助于降低電力邊際成本并優(yōu)化電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施投資。然而，它們需要一個(gè)合理的監(jiān)管框架和先進(jìn)計(jì)量設(shè)施來(lái)充分發(fā)揮潛能。儲(chǔ)能聚合商的案例包括：
（1）Eneco CrowdNett，前面已經(jīng)介紹了。
（2）STEM，一家總部位于加利福尼亞的創(chuàng)業(yè)公司，采用人工智能和“電表后”儲(chǔ)能創(chuàng)建虛擬電廠，通過(guò)提供不同的服務(wù)（如能源套利）降低商業(yè)用戶的電力成本（Stem，2019）。
（3）sonnenCommunity“電表后”儲(chǔ)能聚合模型，一家來(lái)自電池企業(yè)Sonnen的德國(guó)聚合商，允許消費(fèi)者參與電網(wǎng)服務(wù)（Sonnen，2019）。
分時(shí)電價(jià)
另一個(gè)重要的賦能者是計(jì)時(shí)（ToU）收費(fèi)，它也可以支持需求響應(yīng)。分時(shí)電價(jià)的費(fèi)率是隨時(shí)間變化的，取決于電網(wǎng)平衡和短期批發(fā)市場(chǎng)價(jià)格（IRENA，2019e）。分時(shí)電價(jià)允許消費(fèi)者調(diào)整用電來(lái)降低用電成本。
分時(shí)電價(jià)可以讓消費(fèi)者看到電價(jià)什么時(shí)候高、什么時(shí)候低，并為消費(fèi)者建議最佳的充電時(shí)間。有多種不同的分時(shí)電價(jià)形式：固定分時(shí)電價(jià)、實(shí)時(shí)電價(jià)、可變尖峰電價(jià)、臨界尖峰電價(jià)。采用分時(shí)電價(jià)的國(guó)家包括意大利（固定分時(shí)電價(jià)）、西班牙和瑞典（實(shí)時(shí)電價(jià)）和法國(guó)（臨界尖峰電價(jià)）。
高電價(jià)意味著可以通過(guò)賺取電價(jià)差的方式從電網(wǎng)獲得收入。然而，做到這一點(diǎn)，還需要網(wǎng)絡(luò)計(jì)費(fèi)機(jī)制。
凈記賬機(jī)制
為了獲得足夠的收入保證“電表后”儲(chǔ)能的盈利，電池需要在低電價(jià)時(shí)充電并在高電價(jià)時(shí)放電，價(jià)格差可以產(chǎn)生充足的現(xiàn)金流。要做到這一點(diǎn)，傳統(tǒng)的凈計(jì)量電價(jià)機(jī)制失效了。采用凈計(jì)量電價(jià)時(shí)，總的凈用電（一般是用電量減去向電網(wǎng)供應(yīng)的電量）可以計(jì)算出來(lái)，乘以一個(gè)特定的價(jià)格得到總費(fèi)用，以該費(fèi)用進(jìn)行支付。
如果儲(chǔ)能需要從電價(jià)差中獲利，可以采用凈記賬機(jī)制。凈記賬機(jī)制下，根據(jù)消費(fèi)或發(fā)電上網(wǎng)的電量進(jìn)行補(bǔ)償，這允許消費(fèi)者以較低的電價(jià)充電、以較高的電價(jià)放電。圖64顯示了凈記賬機(jī)制下的電費(fèi)流向。有些國(guó)家已經(jīng)實(shí)施了這種機(jī)制來(lái)激勵(lì)自發(fā)自用。
來(lái)源：IRENA（2019f）。
圖4 凈記賬機(jī)制下的電力和電費(fèi)流向
在意大利，“Ssitema Effciente diUtenza”（SEU）對(duì)自發(fā)自用進(jìn)行監(jiān)管，該條例設(shè)定了自我消納資源的符合性要求（Sani，2016）。此外，200kW以下的新能源發(fā)電資源，儲(chǔ)能作為自我消納資源適用于“Sacmbio sul posto”，這實(shí)際上是一種凈記賬機(jī)制，根據(jù)向電網(wǎng)售電的部分返還一部分用電費(fèi)用（GSE，2016）。
實(shí)施凈記賬機(jī)制的國(guó)家還有墨西哥、智利、印度尼西亞、葡萄牙和德國(guó)。
其他
其他激勵(lì)“電表后”儲(chǔ)能應(yīng)用的措施還包括：
（1）監(jiān)管框架，尤其是在沒(méi)有價(jià)格上限的開(kāi)放電力批發(fā)市場(chǎng)（如，NYISO）。
（2）先進(jìn)計(jì)量設(shè)施。
（3）更精確的發(fā)電預(yù)測(cè)。
5. 結(jié)論（案例8：“電表后”電力儲(chǔ)能）
近年來(lái)，傳統(tǒng)電網(wǎng)開(kāi)始向智能電網(wǎng)轉(zhuǎn)型。消費(fèi)者可以使用自建的可再生能源直接與電網(wǎng)互動(dòng)。為了最大化自發(fā)自用給用戶和電網(wǎng)帶來(lái)的收益，“電表后”電力儲(chǔ)能（如電池）是關(guān)鍵的資源?！半姳砗蟆眱?chǔ)能可以為消費(fèi)者降低用電費(fèi)用和基本電費(fèi)、提供備用電力，可以為電網(wǎng)提供更多的靈活性、延緩電網(wǎng)和調(diào)峰電廠投資。
“電表后”儲(chǔ)能已經(jīng)獲得了應(yīng)用。比如，截至2018年夏季，德國(guó)已經(jīng)安裝了超過(guò)100000套“電表后”儲(chǔ)能系統(tǒng)。2017年，澳大利亞已經(jīng)安裝了21000套戶用電池系統(tǒng)。還有其他的一些案例?！半姳砗蟆眱?chǔ)能為消費(fèi)者帶來(lái)了收益，比如，Poway Unified School District的6MWh“電表后”儲(chǔ)能系統(tǒng)預(yù)計(jì)在未來(lái)十年為消費(fèi)者節(jié)約140萬(wàn)美元費(fèi)用。
為了繼續(xù)激勵(lì)“電表后”儲(chǔ)能的應(yīng)用，需要一個(gè)連續(xù)且良好的監(jiān)管框架。這種框架必須滿足：a）聚合商的參與，可以作為虛擬電廠向電網(wǎng)提供服務(wù)來(lái)提高“電表后”儲(chǔ)能的價(jià)值；b）分時(shí)電價(jià)，可以幫助消費(fèi)者在最經(jīng)濟(jì)的時(shí)候充電、放電；c）凈記賬機(jī)制，可以增加“電表后”儲(chǔ)能充放電的收入。
6. 擴(kuò)展閱讀
“電表后”儲(chǔ)能、人工智能和大數(shù)據(jù)、聚合商、計(jì)時(shí)收費(fèi)和凈記賬機(jī)制是IRENA《創(chuàng)新圖景報(bào)告》也在30種創(chuàng)新措施中。更多信息參見(jiàn)：
IRENA（2019），“Innovation Landscape Brief：Behind-the-meterbatteries”，International Renewable Energy Agency，Abu Dhabi.
IRENA（2019），“Innovation Landscape Brief：Aggregators”，InternationalRenewable Energy Agency，Abu Dhabi.
IRENA（2019），“Innovation Landscape Brief：Artificialintelligence and big data”，International Renewable Energy Agency，Abu Dhabi.
IRENA（2019），“Innovation Landscape Brief：Tine-of-use tariffs”，InternationalRenewable Energy Agency，Abu Dhabi.
IRENA（2019），“Innovation Landscape Brief：Net billing schemes”，InternationalRenewable Energy Agency，Abu Dhabi.
原文來(lái)源：
IRENA,2020. Electricity Storage Evaluation Framework: Assessing system value and ensuring project viability.
原文鏈接：
https://www.irena.org/publications/2020/Mar/Electricity-Storage-Valuation-Framework-2020
