IRENA（國際可再生能源署）發(fā)布了《Electricity Storage Evaluation Framework: Assessing system value and ensuring project viability》。本文是報告第III部分全球8種儲能應用案例的第8部分：“電表后”電力儲能。
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)，正在向更復雜、分散的系統(tǒng)轉(zhuǎn)型。可再生能源比例的提高，市場規(guī)模的擴大以及信息通信技術(shù)（ICT）技術(shù)的應用促進了小規(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)，而是直接被消費者通過與電力生產(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），一些消費者會發(fā)現(xiàn)通過自發(fā)自用是經(jīng)濟的，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。光伏是最常見的自我消納的可再生能源，主要是因為成本低、容易調(diào)制。小型風力發(fā)電機雖然沒有廣泛采用，但也已經(jīng)被用來自發(fā)自用（Enair，2019）。
可再生能源自發(fā)自用的主要挑戰(zhàn)是光伏和風電都是波動性的資源，其發(fā)電不能一直滿足用戶需求。在一些時段，它們會生產(chǎn)過多的電力，但是在其他一些時段又無法滿足需求。消費者不能只依賴VRE。最常見的方式是安裝光伏發(fā)電板來滿足日間需求，同時，通過連接電網(wǎng)，當自發(fā)電不能滿足時，從電網(wǎng)上獲得電力供應。當光伏發(fā)電過剩時，可以輸送給電網(wǎng)，否則就要棄電，見圖1。
來源：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，消費者仍然需要依賴電網(wǎng)供電。如果目標僅僅是擺脫對電網(wǎng)的依賴，或者實現(xiàn)最大化發(fā)電上網(wǎng)，就必須要找到其他方案。電力儲能可以為業(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”電力儲能
電力儲能可以吸收一些時段的多余電量，并在需要的時段使用。從自發(fā)自用的角度看，電力儲能和光伏結(jié)合可以實現(xiàn)白天多余電力充電、晚上放電。這種儲能形式一般稱為“電表后”（BTM）儲能，因為儲能裝置位于并網(wǎng)點之后，在消費者和可再生能源資產(chǎn)中間。
消費者的收益
“電表后”儲能帶來的最大收益是最大化利用了自發(fā)電量。這意味著儲能系統(tǒng)吸收掉了所有的多余電量，然后在無光伏發(fā)電的時候滿足所有的用電需要。此時，如果儲能系統(tǒng)不能滿足需求，還可以從電網(wǎng)上取電。根據(jù)IRENA報告（2019d），“電表后”儲能的其他好處還有：
（1）降低了消費者的電費支出。在電量過剩、電價低的時候充電，在電價高的時候?qū)㈦娏抠u給電網(wǎng)。
（2）降低了基本電費?；倦娰M一般是根據(jù)消費者最高用電需求確定的。
（3）提供了電力備用并提高了消費者用能彈性。
電網(wǎng)運營商的收益：
如果消費者仍然是接電網(wǎng)的，“電表后”儲能也可以為電網(wǎng)運營商帶來收益。IRENA的報告（2019d）顯示，電網(wǎng)運營商的收益包括：
（1）通過調(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。
來源：Rathi, A（2018）。
圖2 德國戶用電力儲能
3. “電表后”儲能應用和實例
在全球的很多國家，“電表后”儲能的安裝已經(jīng)成為一種流行的方式，其應用每年都在增長。比如，在德國，截至2018年夏天，戶用電力儲能系統(tǒng)已經(jīng)超過了100000。到2020年，這一數(shù)字預計會翻番（Parkin，2018）。
澳大利亞是另一個“電表后”儲能增長的市場。2017年，戶用電池系統(tǒng)超過了21000。澳大利亞希望進一步促進這一增長，2025年的目標是安裝1百萬的戶用電池系統(tǒng)。目前，聯(lián)邦政府計劃投入2億澳元來激勵10萬個新增戶用電池系統(tǒng)的安裝。如果消費者安裝4kWh的戶用電力儲能，該計劃可以提供500澳元/kWh的補貼撥款。這樣計算，每套系統(tǒng)的補貼金額是2000澳元（Martin，2018）。
“電表后”儲能項目可以為消費者和電網(wǎng)運營商提供收益，IRENA（2019d）對此進行了詳細描述，包括：
（1）Poway Unified SchoolDistrict的6MWh“電表后”儲能系統(tǒng)，主要用于降低用電消費支出。加利福尼亞校區(qū)預計會在10年內(nèi)節(jié)約140萬美元。
（2）Green Mountain Power在美國Vermont客戶的場所安裝了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)需要消費者預付1500美元或者每月繳納15美元，預計全壽期內(nèi)可以為消費者節(jié)約2~3百萬美元。對于電網(wǎng)，安裝電池系統(tǒng)可以幫助電網(wǎng)削峰。2018年7月，通過削峰節(jié)約了50萬美元（Brooks，2018）。
（3）新西蘭的一家機構(gòu)Eneco啟動了CrowdNett，實際上是“電表后”儲能組成的虛擬電廠。除了自發(fā)自用幫助用戶省錢外，這些電池可以參與現(xiàn)貨市場和輔助服務市場，也為電網(wǎng)帶來了收益（Eneco，2016）。
4. “電表后”儲能的關鍵組成
聚合商
需要重視聚合商扮演的角色以及它可以為“電表后”儲能提供的價值。聚合商是主要運營虛擬電廠的新型市場參與者。聚合商將分布式電源聚合起來，然后向電網(wǎng)提供服務（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”儲能在不同電力市場的參與度，這有助于降低電力邊際成本并優(yōu)化電網(wǎng)基礎設施投資。然而，它們需要一個合理的監(jiān)管框架和先進計量設施來充分發(fā)揮潛能。儲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”儲能創(chuàng)建虛擬電廠，通過提供不同的服務（如能源套利）降低商業(yè)用戶的電力成本（Stem，2019）。
（3）sonnenCommunity“電表后”儲能聚合模型，一家來自電池企業(yè)Sonnen的德國聚合商，允許消費者參與電網(wǎng)服務（Sonnen，2019）。
分時電價
另一個重要的賦能者是計時（ToU）收費，它也可以支持需求響應。分時電價的費率是隨時間變化的，取決于電網(wǎng)平衡和短期批發(fā)市場價格（IRENA，2019e）。分時電價允許消費者調(diào)整用電來降低用電成本。
分時電價可以讓消費者看到電價什么時候高、什么時候低，并為消費者建議最佳的充電時間。有多種不同的分時電價形式：固定分時電價、實時電價、可變尖峰電價、臨界尖峰電價。采用分時電價的國家包括意大利（固定分時電價）、西班牙和瑞典（實時電價）和法國（臨界尖峰電價）。
高電價意味著可以通過賺取電價差的方式從電網(wǎng)獲得收入。然而，做到這一點，還需要網(wǎng)絡計費機制。
凈記賬機制
為了獲得足夠的收入保證“電表后”儲能的盈利，電池需要在低電價時充電并在高電價時放電，價格差可以產(chǎn)生充足的現(xiàn)金流。要做到這一點，傳統(tǒng)的凈計量電價機制失效了。采用凈計量電價時，總的凈用電（一般是用電量減去向電網(wǎng)供應的電量）可以計算出來，乘以一個特定的價格得到總費用，以該費用進行支付。
如果儲能需要從電價差中獲利，可以采用凈記賬機制。凈記賬機制下，根據(jù)消費或發(fā)電上網(wǎng)的電量進行補償，這允許消費者以較低的電價充電、以較高的電價放電。圖64顯示了凈記賬機制下的電費流向。有些國家已經(jīng)實施了這種機制來激勵自發(fā)自用。
來源：IRENA（2019f）。
圖4 凈記賬機制下的電力和電費流向
在意大利，“Ssitema Effciente diUtenza”（SEU）對自發(fā)自用進行監(jiān)管，該條例設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，儲能作為自我消納資源適用于“Sacmbio sul posto”，這實際上是一種凈記賬機制，根據(jù)向電網(wǎng)售電的部分返還一部分用電費用（GSE，2016）。
實施凈記賬機制的國家還有墨西哥、智利、印度尼西亞、葡萄牙和德國。
其他
其他激勵“電表后”儲能應用的措施還包括：
（1）監(jiān)管框架，尤其是在沒有價格上限的開放電力批發(fā)市場（如，NYISO）。
（2）先進計量設施。
（3）更精確的發(fā)電預測。
5. 結(jié)論（案例8：“電表后”電力儲能）
近年來，傳統(tǒng)電網(wǎng)開始向智能電網(wǎng)轉(zhuǎn)型。消費者可以使用自建的可再生能源直接與電網(wǎng)互動。為了最大化自發(fā)自用給用戶和電網(wǎng)帶來的收益，“電表后”電力儲能（如電池）是關鍵的資源?！半姳砗蟆眱δ芸梢詾橄M者降低用電費用和基本電費、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”儲能已經(jīng)獲得了應用。比如，截至2018年夏季，德國已經(jīng)安裝了超過100000套“電表后”儲能系統(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δ転橄M者帶來了收益，比如，Poway Unified School District的6MWh“電表后”儲能系統(tǒng)預計在未來十年為消費者節(jié)約140萬美元費用。
為了繼續(xù)激勵“電表后”儲能的應用，需要一個連續(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)提供服務來提高“電表后”儲能的價值；b）分時電價，可以幫助消費者在最經(jīng)濟的時候充電、放電；c）凈記賬機制，可以增加“電表后”儲能充放電的收入。
6. 擴展閱讀
“電表后”儲能、人工智能和大數(shù)據(jù)、聚合商、計時收費和凈記賬機制是IRENA《創(chuàng)新圖景報告》也在30種創(chuàng)新措施中。更多信息參見：
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.
原文來源：
IRENA,2020. Electricity Storage Evaluation Framework: Assessing system value and ensuring project viability.
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https://www.irena.org/publications/2020/Mar/Electricity-Storage-Valuation-Framework-2020
