中國儲能網(wǎng)訊：第7章——新興市場和發(fā)展中經(jīng)濟(jì)體部署儲能系統(tǒng)的考慮因素
7.1 背景
在未來幾十年，巴西、印度、印度尼西亞、尼日利亞和南非等新興市場和發(fā)展中經(jīng)濟(jì)體 (EMDE)的發(fā)電、轉(zhuǎn)換和使用趨勢，將會顯著地影響和促進(jìn)全球氣候減緩工作。而電力需求增長將給這些國家的電力基礎(chǔ)設(shè)施帶來更大的負(fù)擔(dān)，因?yàn)檫@些基礎(chǔ)設(shè)施在許多情況下并不完全可靠，并且通常是由在財(cái)務(wù)方面受限的公用事業(yè)公司運(yùn)營。這種情況可能會導(dǎo)致儲能系統(tǒng)用例與研究報(bào)告中討論的發(fā)達(dá)國家用例不同，發(fā)達(dá)國家制定的深度脫碳目標(biāo)以及交通行業(yè)的電氣化是電網(wǎng)轉(zhuǎn)型的主要驅(qū)動力。在電網(wǎng)供應(yīng)受限的情況下，無論是可用發(fā)電容量或電網(wǎng)范圍和接入問題，包含儲能系統(tǒng)的微電網(wǎng)和住宅太陽能發(fā)電設(shè)施都可以作為電氣化的替代模式，從而支持努力快速擴(kuò)大能源供應(yīng)。
事實(shí)上，供應(yīng)受限的情況在非洲南部國家以及印度的某些農(nóng)村地區(qū)普遍存在，那里的離網(wǎng)電氣化系統(tǒng)已經(jīng)引起了私有項(xiàng)目開發(fā)商以及世界發(fā)展金融機(jī)構(gòu)等組織的極大興趣。在其他情況下，如果電力供應(yīng)充足且大多數(shù)客戶負(fù)載已接入電網(wǎng)，并且在經(jīng)濟(jì)增長和可再生能源發(fā)電量快速擴(kuò)張的推動下，電力需求大幅增長會導(dǎo)致電網(wǎng)擁塞，則為儲能系統(tǒng)提供了新的部署機(jī)會，并支持高效可靠的電網(wǎng)運(yùn)行。這些情況在印度和東南亞國家很常見。在這種需求驅(qū)動的背景下，預(yù)計(jì)由能源密集型電器設(shè)備、空調(diào)和交通電氣化所推動的電力負(fù)荷量將以遠(yuǎn)高于總能源需求的速度增長。
根據(jù)一項(xiàng)研究，需求增長而驅(qū)動的能耗量可能導(dǎo)致印度2040年的能耗與2019年相比高出 81%，在這種情況下，電力需求增長更快，2040年與當(dāng)前相比將增長161%。雖然發(fā)達(dá)國家在未來十年的電力需求增長預(yù)測主要受交通運(yùn)輸電氣化驅(qū)動，但在印度和許多氣候炎熱的新興市場和發(fā)展中經(jīng)濟(jì)體 (EMDE)國家，預(yù)計(jì)建筑行業(yè)的發(fā)展將主導(dǎo)電力需求的增長，這主要是由于建筑將會安裝大量空調(diào)。與其他新的需求來源（如電動汽車）相比，全天對空調(diào)制冷的較高且不靈活的需求，意味著建筑對電力需求的顯著增加。
上述新興市場和發(fā)展中經(jīng)濟(jì)體（EMDE）中的儲能部署用例進(jìn)一步區(qū)分所述分析的其他因素。這些因素包括：（1）電網(wǎng)投資的融資成本相對較高（相對于發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體的融資成本）和電力公司的財(cái)務(wù)資源有限；(2)煤炭發(fā)電在能源供應(yīng)中占主導(dǎo)地位，天然氣發(fā)電通常受到可用性或基礎(chǔ)設(shè)施的限制，這使得更加重視部署有利于電力部門脫碳的可再生能源和儲能系統(tǒng)；(3)與發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體相比，技術(shù)和成本上存在差異。例如在印度等需求驅(qū)動的新興市場和發(fā)展中經(jīng)濟(jì)體（EMDE）中，可再生能源的資本成本比美國低50%～70%，這是由于勞動力成本較低等因素。相比之下，在非洲南部國家，可再生能源發(fā)電成本通常更昂貴，因?yàn)槠涫袌鲆?guī)模較小且缺乏相應(yīng)的制造設(shè)施。
研究團(tuán)隊(duì)的分析考慮了兩類新興市場和發(fā)展中經(jīng)濟(jì)體（EMDE）國家背景下的儲能部署（表7.1）：（1）需求驅(qū)動型國家（例如印度），其中了解未來電力使用的需求增長和模式對于了解儲能部署用例至關(guān)重要；（2)電力供應(yīng)受限的國家（例如尼日利亞），在這些國家，滿足需求的電網(wǎng)可用性持續(xù)時(shí)間和時(shí)間的不確定性是儲能部署的關(guān)鍵驅(qū)動因素。為了分析需求驅(qū)動的新興市場和發(fā)展中經(jīng)濟(jì)體（EMDE）中的儲能部署用例，研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了需求側(cè)建模，以探索儲能系統(tǒng)的使用如何影響印度市場背景下電力需求狀況的長期演變。然后，研究團(tuán)隊(duì)利用其需求側(cè)的調(diào)查結(jié)果，在一系列技術(shù)和政策情景中探索印度配電和輸電系統(tǒng)（分別為第7.2.2和7.2.3節(jié)）中儲能系統(tǒng)帶來的價(jià)值。在印度背景下的分析結(jié)果可以廣泛推廣到表現(xiàn)出類似情況的其他國家和地區(qū)，特別是東南亞。相比之下，為了評估儲能系統(tǒng)在供應(yīng)受限地區(qū)的作用，研究團(tuán)隊(duì)調(diào)查了尼日利亞消費(fèi)者住宅太陽能發(fā)電設(shè)施配套部署的儲能系統(tǒng)的一部分價(jià)值主張。
表7.1 研究調(diào)查中的EMDE國家需求驅(qū)動和發(fā)電驅(qū)動的儲能部署場景匯總
7.2 評估儲能系統(tǒng)在需求驅(qū)動的新興經(jīng)濟(jì)環(huán)境中的作用
7.2.1 方法
（1）需求側(cè)建模
研究團(tuán)隊(duì)將印度視為快速增長的新興市場和發(fā)展中經(jīng)濟(jì)體（EMDE）的主要研究案例，其需求是電力系統(tǒng)發(fā)展的關(guān)鍵驅(qū)動力。研究團(tuán)隊(duì)的分析使用詳細(xì)模型來量化合理的替代電力需求情景，區(qū)分現(xiàn)有電力最終用途和新興電力的最終用途，例如空調(diào)設(shè)備和電動汽車(EV)，并采用單獨(dú)的方法來預(yù)測每種電力最終用途的未來需求，如圖7.1所示。
圖7.1 印度需求側(cè)建模方法的簡化示意圖
與其他文獻(xiàn)中對印度的可用需求預(yù)測相比，研究團(tuán)隊(duì)的需求概況來研究空調(diào)的效率（表7.2）等因素對各種空調(diào)的年能耗和峰值能耗的影響。例如印度各邦和地區(qū)（圖7.2和7.5）。其結(jié)果與其他已發(fā)布的2040年電力需求預(yù)測（圖7.4）相當(dāng)，但也提供了更詳細(xì)的年度內(nèi)變化和需求分布圖，這有利于電力系統(tǒng)和配電系統(tǒng)的規(guī)劃以及儲能系統(tǒng)的估值。
表7.2假設(shè)空調(diào)設(shè)備和電動汽車需求增長對印度的需求預(yù)測
圖7.2印度到2040年各地區(qū)的電力需求
需求側(cè)分析分為兩個(gè)階段進(jìn)行：首先，使用回歸模型估計(jì)未來的最終用途的電力需求，該模型對2012～2019年期間的歷史區(qū)域電力需求進(jìn)行分析，并結(jié)合了2015年的電力需求。該模型使用天氣數(shù)據(jù)和印度各邦GDP的預(yù)測來估計(jì)季節(jié)性和長期增長趨勢。
其次，圖7.1所示的技術(shù)模型用于估計(jì)新負(fù)載的需求，在這一研究中包括住宅和商業(yè)用戶使用的空調(diào)以及電動汽車。該模型使用基于空調(diào)銷售預(yù)測。考慮了兩種電力需求情景：基于當(dāng)前可用設(shè)備的電力銷售預(yù)測的基本情景和假設(shè)優(yōu)先采用空調(diào)效率情景。例如根據(jù)最近的一項(xiàng)研究，假設(shè)到2050年全球平均水平的空調(diào)機(jī)組的季節(jié)性能效比(SEER)評級達(dá)到8.5。相比之下，截至2018年，印度空調(diào)機(jī)組的銷售加權(quán)平均季節(jié)性能效比(SEER)為3，全球平均為4。正如SEER評級所反映的，美國和印度之間的空調(diào)效率通常因安裝的空調(diào)類型不同而有很大差異。雖然使用可變制冷等能效措施的中央空調(diào)系統(tǒng)在美國很常見，但印度更傾向于使用更便宜但效率較低的分體式空調(diào)。住宅和商業(yè)的空調(diào)需求增長在邦一級進(jìn)行估算，然后匯總到地區(qū)一級。
對于電動汽車，研究團(tuán)隊(duì)的模型使用電動汽車銷售數(shù)據(jù)和印度政府未來幾年的電動汽車銷售目標(biāo)來估計(jì)其充電需求。使用與典型充電模式相關(guān)的調(diào)查數(shù)據(jù)得出2020年到2050年的預(yù)測。與空調(diào)需求相比，研究團(tuán)隊(duì)預(yù)計(jì)印度對電動汽車充電需求相對溫和，無論是在年能耗量還是對峰值需求的貢獻(xiàn)方面。這一發(fā)現(xiàn)與印度的其他研究一致。它與美國和歐洲等其他地區(qū)的預(yù)測形成了鮮明對比，而發(fā)達(dá)國家和地區(qū)，電力需求的大部分增長將來自電動汽車充電，從而對電網(wǎng)的長期發(fā)展產(chǎn)生影響。在電動汽車的應(yīng)用中，圖7.3表明，假設(shè)印度市場上的電動汽車需求保持不變，兩輪和三輪電動汽車很可能在印度的電動汽車市場中占主導(dǎo)地位。圖7.4是對印度從2025年到2040 年電力需求預(yù)測，圖7.5是對印度南部地區(qū)2030年夏季三天負(fù)荷分布的預(yù)測。
圖7.3 假設(shè)印度GDP穩(wěn)定增長，2020～2050年空調(diào)和電動汽車對電力需求的增長情況
圖7.4印度從2025年到2040 年電力需求預(yù)測
圖7.5 印度南部地區(qū)預(yù)計(jì)的2030年夏季三天負(fù)荷分布圖
（2）分布式儲能系統(tǒng)的建模
人們普遍關(guān)注如何將電池儲能系統(tǒng)作為非線纜替代方案 (NWA) 以避免或延遲電力線路升級，并滿足配電網(wǎng)絡(luò)中快速增長的峰值需求。該用例與快速發(fā)展的新興市場和發(fā)展中經(jīng)濟(jì)體（EMDE）的超大城市（例如開羅、德里、雅加達(dá)）的配電系統(tǒng)密切相關(guān)。而在這些國家，空調(diào)在夜晚電力需求峰值期間中所占的份額越來越大。研究團(tuán)隊(duì)通過研究印度四個(gè)特大城市（班加羅爾、德里、加爾各答和孟買），量化了分布式儲能系統(tǒng) (DLS) 作為新興市場和發(fā)展中經(jīng)濟(jì)體（EMDE）環(huán)境中城市配電的非線纜替代方案 (NWA)的作用。
研究團(tuán)隊(duì)采用靈活的估值框架，通過馬爾可夫鏈和蒙特卡羅(MCMC)方法使用多年實(shí)物期權(quán)方法分析，來確定電池儲能系統(tǒng)和電網(wǎng)升級之間的最低成本投資策略的時(shí)間演變。
圖 7.6 總結(jié)了研究團(tuán)隊(duì)方法的三個(gè)步驟。首先，研究團(tuán)隊(duì)確定最佳的儲能部署地點(diǎn)以減輕配電網(wǎng)絡(luò)的過載。電網(wǎng)擁塞主要發(fā)生在電力需求峰值期間，因?yàn)殡娏π枨笠埠芨?，這意味著電網(wǎng)也在同時(shí)超載。基于在最少數(shù)量的地理位置提供對電力線路的最大需求緩解來確定儲能部署的最佳位置。其次，研究團(tuán)隊(duì)根據(jù)負(fù)載曲線和網(wǎng)絡(luò)組件的過熱限制，針對給定的需求場景評估確定位置的電池儲能系統(tǒng)的成本進(jìn)行優(yōu)化。使用時(shí)間序列線性程序來調(diào)整儲能系統(tǒng)的規(guī)模以適應(yīng)各種需求增長情景。這些優(yōu)化確定要部署的電池儲能容量，從中研究團(tuán)隊(duì)推斷出分布式儲能系統(tǒng) (DLS)的資本和運(yùn)營成本。
圖7.6 展現(xiàn)靈活估值框架步驟的流程圖
研究團(tuán)隊(duì)針對三種需求增長情景重復(fù)第二步：緩慢、穩(wěn)定和快速。在靈活估值框架的最后部分，研究團(tuán)隊(duì)使用所有需求增長情景及其各自后驗(yàn)概率的MCMC模擬來確定分布式儲能系統(tǒng) (DLS)和網(wǎng)絡(luò)延期在需求不確定性下的預(yù)期成本節(jié)約期權(quán)價(jià)值。
對于分布式儲能系統(tǒng) (DLS)，研究團(tuán)隊(duì)根據(jù)儲能系統(tǒng)規(guī)模計(jì)算年化固定成本（圖7.6，步驟2）。其靈活性的實(shí)物期權(quán)價(jià)值包括傳統(tǒng)電網(wǎng)升級所需投資與儲能系統(tǒng)所需投資之間的差額；這就是延遲電網(wǎng)升級的價(jià)值。研究團(tuán)隊(duì)使用年化投資成本進(jìn)行所有計(jì)算，以便可以按順序考慮多次延期，并且當(dāng)靈活性的實(shí)物期權(quán)價(jià)值不再有利時(shí)，研究團(tuán)隊(duì)會考慮電池儲能系統(tǒng)的殘值。在圖7.7中，D是指延遲值，它通過計(jì)算預(yù)期成本來計(jì)算，定義為MCMC概率與其對象成本的乘積之和。如果D<0，則延遲電網(wǎng)升級的儲能預(yù)期成本低于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)升級的預(yù)期成本，因此儲能具有非負(fù)NWA值。在每個(gè)決策點(diǎn)p重復(fù)該過程，并具有相應(yīng)的成本、預(yù)測和概率（圖7.7）。
圖7.7 實(shí)物期權(quán)決策樹
研究團(tuán)隊(duì)采用靈活的估值框架，使用圖7.8中概述的方法估計(jì)印度特大城市（班加羅爾、德里、加爾各答、孟買）的分布式儲能系統(tǒng) (DLS)部署潛力。首先，使用配電廠商TPDDL公司的數(shù)據(jù)。每個(gè)代表性饋線的特點(diǎn)是：(1)根據(jù)收集的數(shù)據(jù)，負(fù)載百分比在40%到80%之間變化；(2)代表需求，定義為以支線為模型的每小時(shí)負(fù)荷曲線，根據(jù)可用的調(diào)查數(shù)據(jù)，這將由于特大城市不同而不同；(3)服務(wù)需求，即配電網(wǎng)饋線在相同負(fù)荷百分比下服務(wù)的年總需求（以MWh為單位）；(4)電力線路公里數(shù)，對應(yīng)于相應(yīng)負(fù)載百分比的總線路公里數(shù)（km）。來自德里的饋線數(shù)據(jù)顯示，28%的饋線負(fù)載量為60%或更高；研究團(tuán)隊(duì)假設(shè)其他特大城市的支線負(fù)荷分布類似。
圖7.8 印度大城市采用的分布式儲能系統(tǒng) (DLS)部署潛力計(jì)算方法
此外，研究團(tuán)隊(duì)根據(jù)各自的服務(wù)需求以及與德里這些支線可用的電力線路長度之比，估計(jì)了九個(gè)支線中的每一個(gè)在其他特大城市中所代表的線路長度。靈活的估值框架適用于每個(gè)特大城市的每個(gè)代表性支線，其方法是使用需求側(cè)模型中的適當(dāng)增長率來預(yù)測2030年和2040年的各種需求。電網(wǎng)投資成本是根據(jù)每個(gè)特大城市中每個(gè)代表性饋線的電力線路長度計(jì)算的。代表性饋線的最終分布式儲能系統(tǒng) (DLS)容量使用每個(gè)饋線的服務(wù)需求與代表需求的比率來衡量。
（3）供給側(cè)建模
研究團(tuán)隊(duì)使用GenX的多周期版本，即第6章中基于美國的建模分析所使用的電力系統(tǒng)容量模型(CEM)，來評估印度電力系統(tǒng)在替代技術(shù)下的最低成本投資和運(yùn)營、需求和政策情景。多周期系統(tǒng)框架使研究團(tuán)隊(duì)能夠?qū)ΜF(xiàn)有發(fā)電組合及其長期演變進(jìn)行建模，這在美國等擁有相對老舊發(fā)電設(shè)施的國家中不太相關(guān)。對于本章介紹的分析，GenX被配置為具有四個(gè)投資期（2020年、2030年、2040年、2050年）和表示電網(wǎng)運(yùn)行的多期投資計(jì)劃模型。對于每個(gè)投資期，該模型包括幾個(gè)電網(wǎng)運(yùn)行限制：（1）對化石燃料發(fā)電廠運(yùn)行的靈活性限制；(2)每個(gè)小時(shí)和每個(gè)區(qū)域的供需平衡，電流與線性損耗和區(qū)域之間的輸電容量限制相關(guān)；(3)水電站運(yùn)行與水流量和水庫容量的現(xiàn)有信息一致；(4)對于其儲能資源，跨期儲能平衡限制以及最大充放電率的容量限制。
這些運(yùn)行限制是從基于2015年天氣模式的單年負(fù)荷數(shù)據(jù)中選擇的20多個(gè)具有代表性的電網(wǎng)運(yùn)行周建模，并通過聚類技術(shù)開發(fā)了可再生能源和水電資源配置文件。研究團(tuán)隊(duì)使用由電網(wǎng)運(yùn)營商（印度中央電力局2017年）定義的五個(gè)獨(dú)立的平衡區(qū)域（北部、西部、南部、東部和東北部）代表印度電網(wǎng)，并根據(jù)上述情況為每個(gè)投資期開發(fā)特定區(qū)域的負(fù)載配置文件，這描述了需求預(yù)測模型。這些區(qū)域之間的電力流動基于簡化的網(wǎng)絡(luò)表示進(jìn)行建模，該電網(wǎng)表示強(qiáng)制執(zhí)行區(qū)域之間的電力交換限制。對于2020年，這些功率限制來自系統(tǒng)運(yùn)營商；而在未來，這些限制可能會隨著額外的輸電投資而擴(kuò)大。
研究團(tuán)隊(duì)注意到這里使用的供應(yīng)方模型的一些關(guān)鍵限制。在技術(shù)方面，研究團(tuán)隊(duì)沒有考慮部署某些低碳資源，例如水電設(shè)施、核電設(shè)施或具有碳捕獲和儲存(CCS)的化石燃料發(fā)電廠。因?yàn)檫@些資源或者作用很小，或者不被視為印度中央電力局(CEA)制定的長期擴(kuò)張計(jì)劃的一部分。研究團(tuán)隊(duì)還將對短時(shí)儲能技術(shù)的分析集中在鋰離子電池儲能系統(tǒng)上，其成本下降正在推動其廣泛采用。關(guān)于可再生能源資源，研究團(tuán)隊(duì)使用使用容量因數(shù)的資源可用性圖，其中包括14%的電力系統(tǒng)損失。研究團(tuán)隊(duì)沒有試圖考慮由于空氣質(zhì)量差而可能造成的損失，這可能會影響光伏發(fā)電性能。在為印度簡化區(qū)域輸電網(wǎng)絡(luò)的建模時(shí)，研究團(tuán)隊(duì)也沒有考慮由于盜竊和其他意外事件造成的輸電損失。因此，研究團(tuán)隊(duì)的結(jié)果可能在一定程度上高估了太陽能發(fā)電設(shè)施的價(jià)值。最后要注意的是，基于最低成本經(jīng)濟(jì)調(diào)度的實(shí)時(shí)電網(wǎng)運(yùn)營建模（這是美國等許多高收入國家的常態(tài)），并不能反映印度電力系統(tǒng)運(yùn)營的現(xiàn)實(shí)，而長期和短期合同主導(dǎo)著印度的電力供應(yīng)。然而，研究表明，其長期目標(biāo)是讓經(jīng)濟(jì)調(diào)度驅(qū)動電網(wǎng)運(yùn)營；因此，研究團(tuán)隊(duì)的最低成本方法代表了一個(gè)合理的假設(shè)。
7.2.2 促使電網(wǎng)設(shè)施投資延期的分布式儲能系統(tǒng)
升級或改造輸配電網(wǎng)絡(luò)往往需要大量的投資，并涉及顯著的規(guī)模經(jīng)濟(jì)，而且由此產(chǎn)生的電力資產(chǎn)壽命更長（20～40年）。因此，通常采用電網(wǎng)規(guī)劃來確定可靠且經(jīng)濟(jì)高效地滿足未來需求所需的投資，同時(shí)最大限度地提高資產(chǎn)利用率。對于電網(wǎng)的可靠運(yùn)行，電網(wǎng)容量必須滿足峰值電力需求，同時(shí)受到設(shè)備運(yùn)行的限制（例如電力線路熱量限制）。在輸電層面，巨大的規(guī)模經(jīng)濟(jì)和電壓提升鼓勵(lì)對大容量電力線路和非常長期的規(guī)劃進(jìn)行投資，但在新興市場和發(fā)展中經(jīng)濟(jì)體 (EMDE)國家的配電層面并非總是如此，配電公司通常在財(cái)務(wù)上受到限制和電網(wǎng)更加擁塞。在這里，研究團(tuán)隊(duì)分析了儲能系統(tǒng)的最佳規(guī)模和位置及其作為城市配電網(wǎng)絡(luò)主要饋線的非線纜替代方案 (NWA)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。盡管研究團(tuán)隊(duì)的分析是基于德里可用的電力線路的實(shí)際條件，但這種方法提供了關(guān)于通過部署電池儲能系統(tǒng)推遲電網(wǎng)投資具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的見解。這些見解適用于各種情況。
德里是印度的一個(gè)大型城市，其中住宅用電占總能耗的55%，這是印度平均能耗水平(24%)的兩倍多。德里的配電公司見證了空調(diào)需求的增長，這種需求使電網(wǎng)超載。德里等特大城市的電網(wǎng)高度擁塞，這使得定期進(jìn)行電力線路維護(hù)或安裝大型設(shè)備在運(yùn)營上具有挑戰(zhàn)性。這種情況并非德里獨(dú)有：全球主要城市的電力需求都在上升。截至2020年，德里的峰值需求為6.7GW；根據(jù)此處進(jìn)行的需求側(cè)建模分析，空調(diào)需求情景之間的城市預(yù)計(jì)峰值電力需求差異至少為20%（表7.3）。
表7.3 假設(shè)德里市GDP穩(wěn)定增長，在基線情景和空調(diào)高需求情景下的峰值預(yù)計(jì)需求（GW）
這給配電網(wǎng)絡(luò)的投資規(guī)劃帶來了很大的不確定性。雖然預(yù)計(jì)2050年電力需求的差異相比最大，但研究團(tuán)隊(duì)關(guān)注分布式儲能系統(tǒng) (DLS)在2030年和2040年的近期模型期間可以提供的遞延價(jià)值。
從歷史上看，配電公司并未考慮在其長期電網(wǎng)規(guī)劃中預(yù)測不確定性，而是采用確定性的凈現(xiàn)值方法。然而，這種預(yù)測可能有助于比較幾種政策、技術(shù)和效率情景下的計(jì)劃結(jié)果。鑒于德里等城市在不同情景和假設(shè)下的峰值需求預(yù)測之間存在巨大差距（表7.3），使用概率預(yù)測和靈活規(guī)劃是合適的。當(dāng)配電公司考慮使用分布式能源(DER)作為電網(wǎng)擴(kuò)展的替代方案時(shí)，這一點(diǎn)尤為重要。分布式能源(DER)部署是由模塊化和安裝速度驅(qū)動的。直到最近，在新興市場和發(fā)展中經(jīng)濟(jì)體 (EMDE)國家部署的最廣泛的分布式能源(DER)技術(shù)通常是柴油發(fā)電機(jī)，它們通常安裝在大型工業(yè)和商業(yè)負(fù)載附近。然而，成本顯著下降的鋰離子電池儲能系統(tǒng)成為了更具吸引力的選擇。此外，電池儲能系統(tǒng)還提供了一個(gè)額外的優(yōu)勢——不會造成空氣污染。此外，電池儲能系統(tǒng)可以采用可再生能源的電力充電，因此其釋放的電力的碳足跡小于柴油發(fā)電機(jī)的碳足跡。研究團(tuán)隊(duì)采用圖7.6的靈活估值框架來評估鋰離子電池儲能系統(tǒng)在短期調(diào)峰和緩解電網(wǎng)擁塞方面的作用，其最優(yōu)的調(diào)度如圖7.9所示。
圖7.9 在夏季負(fù)荷情況下電池儲能系統(tǒng)作為非線纜替代方案 (NWA)的調(diào)度情況
研究團(tuán)隊(duì)采用的靈活估值框架產(chǎn)生的結(jié)果取決于技術(shù)成本假設(shè)（例如電網(wǎng)升級成本、電池儲能系統(tǒng)的資本成本）和需求增長預(yù)測。電池儲能系統(tǒng)可以推遲電網(wǎng)其他投資的時(shí)間框架可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其有效的使用壽命。因此，有必要評估多個(gè)投資期的靈活框架。
圖7.10說明了電網(wǎng)投資的時(shí)域演變，其中分布式儲能系統(tǒng) (DLS)的初始階段允許在承諾長期電網(wǎng)投資之前觀察到需求增長的時(shí)期。研究團(tuán)隊(duì)的分析表明，當(dāng)預(yù)計(jì)的增長難以確定時(shí)，靈活的估值框架有利于在峰值需求增長慢于預(yù)期時(shí)部署分布式儲能系統(tǒng) (DLS)。分布式儲能系統(tǒng) (DLS)部署允許公用事業(yè)公司在不影響供電質(zhì)量的情況下采取觀望等待策略。最后，由于德里和印度其他城市大多簽訂電力合同，研究團(tuán)隊(duì)并沒有慮分布式儲能系統(tǒng) (DLS)為市場服務(wù)的公用事業(yè)公司提供套利的潛在價(jià)值。需要注意的是，在分析中，分布式儲能系統(tǒng) (DLS)只能根據(jù)儲能系統(tǒng)的峰值轉(zhuǎn)移能力進(jìn)行估值，不包括輔助服務(wù)的潛在附加值。
圖7.10 電網(wǎng)投資框架的時(shí)間序列模擬
印度已經(jīng)安裝大量的配電線路，其中8%的電力線路覆蓋人口密集的城市地區(qū)。不斷增長的電力需求增加了配電電網(wǎng)的供電壓力以及公用事業(yè)公司的經(jīng)濟(jì)壓力。由于住宅大量采用空調(diào)冷卻，夜間的峰值電力需求的增加可能會使電力線路過載。
為了保持供電可靠性以及滿足不斷增長的峰值需求，電力系統(tǒng)運(yùn)營商必須減輕負(fù)載或投資升級電網(wǎng)。但卸載負(fù)荷將會受到處罰，而電網(wǎng)升級成本非常高，尤其是當(dāng)它們在人口稠密地區(qū)更換或翻新電力線路時(shí)。研究團(tuán)隊(duì)對印度的四個(gè)特大城市的情況進(jìn)行了研究，它們在2019年的年度用電量中占到52TWh；這些城市共有長達(dá)72,763公里的配電線路，由各自的公用事業(yè)公司運(yùn)營。如果配電電網(wǎng)的規(guī)模沒有擴(kuò)展，且預(yù)計(jì)電力需求和空調(diào)的電力需求穩(wěn)定增長的話，研究團(tuán)隊(duì)估計(jì)到2030年這些配電線路將有20,373公里超載，這意味著它們將以80%以上的最大電流或載流量運(yùn)行。根據(jù)研究團(tuán)隊(duì)的估計(jì)，到2040年，這些特大城市超載的電力線路將會增加23,640公里。
將研究團(tuán)隊(duì)靈活的估值框架應(yīng)用于代表性電力線路，然后縮減它們的總需求，研究團(tuán)隊(duì)估計(jì)到2030年安裝總儲能容量為29GWh的短時(shí)儲能系統(tǒng)（即持續(xù)時(shí)間少于5～6小時(shí)）才具有成本效益 ，而到2040年達(dá)到140GWh。這將在2030年推遲15,914公里的配電線路升級，到2040年再推遲18,127公里（表7.4）。
表7.4 儲能成本對2030年適用于印度四個(gè)特大城市的靈活估值框架發(fā)電量的影響
這些結(jié)果假設(shè)2030年的分布式儲能系統(tǒng) (DLS)成本與美國國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室發(fā)布的年度技術(shù)基線報(bào)告中輸電級儲能系統(tǒng)的資本成本相同。從投資的角度來看，在需要傳統(tǒng)電網(wǎng)升級之前部署分布式儲能系統(tǒng) (DLS)，可以到2030年節(jié)省16%的資本成本，到2040年節(jié)省15%的成本。由于是可調(diào)度的電力，分布式儲能系統(tǒng) (DLS)會一直保留在電力系統(tǒng)上，因?yàn)榉植际絻δ芟到y(tǒng) (DLS)在支線上停留的時(shí)間越長，在延遲電網(wǎng)投資方面提供的價(jià)值就越大。鑒于能夠在多個(gè)建模周期內(nèi)部署電池儲能系統(tǒng)，靈活的估值框架為分布式儲能系統(tǒng) (DLS)系統(tǒng)提供了5到10年的使用壽命。
表7.5 中等成本預(yù)測下作為“非線纜替代方案”的特大城市級分布式儲能系統(tǒng)潛力估計(jì)
而確定分布式儲能系統(tǒng) (DLS) 的最佳儲能容量，通常受到儲能成本和調(diào)度頻率的限制。在低成本和中等成本儲能場景中，靈活的評估框架對分布式儲能系統(tǒng) (DLS) 最佳儲能容量產(chǎn)生了相同的結(jié)果，這表明唯一的限制是調(diào)度——即非峰值電網(wǎng)容量的可用性饋線為分布式儲能系統(tǒng) (DLS)充電，以便在峰值期間使用。這一結(jié)果還表明，分布式儲能系統(tǒng) (DLS)可能不適用于重載饋線，這些饋線總是具有較高的負(fù)載率，因此需要升級或擴(kuò)展電網(wǎng)。在儲能系統(tǒng)的高成本情景下，研究團(tuán)隊(duì)估計(jì)部署具有成本效益的分布式儲能系統(tǒng) (DLS)將分別在2030年和2040年推遲印度11,752公里和13,717公里的電力線路的升級，并分別節(jié)省12%和10%的資本成本。這并不奇怪，這意味著在成本更高的情況下， 部署少量的分布式儲能系統(tǒng) (DLS)是經(jīng)濟(jì)的。通過分析，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)儲能系統(tǒng)（持續(xù)時(shí)間為4小時(shí)的成本）將低于262美元/kWh。表7.4總結(jié)了研究團(tuán)隊(duì)將靈活估值框架應(yīng)用于2030年儲能部署的低、中、高成本假設(shè)下的相同需求預(yù)測的結(jié)果。
分布式儲能系統(tǒng)(DLS)的部署受到配電公司節(jié)省資本成本的推動，否則這些配電公司將不得不升級其電網(wǎng)。在這里，研究團(tuán)隊(duì)比較了分布式儲能系統(tǒng)(DLS)和電網(wǎng)升級成本，并明確分布式儲能系統(tǒng)(DLS)所有權(quán)的問題（即誰進(jìn)行投資）。分布式儲能系統(tǒng)被建模為一種電網(wǎng)升級策略，以最大限度地減少資本支出。研究團(tuán)隊(duì)估計(jì)，到2030年，德里和孟買的分布式儲能系統(tǒng)部署數(shù)量將超過班加羅爾和加爾各答，因?yàn)轭A(yù)計(jì)德里和孟買的平均和高峰電力需求增長率會更高，這會導(dǎo)致城市饋線更加擁塞。
這個(gè)問題將在下一節(jié)中討論，研究團(tuán)隊(duì)使用對印度四個(gè)特大城市的分布式儲能系統(tǒng)(DLS)分析結(jié)果，來研究分布式儲能系統(tǒng)(DLS)如何影響成本優(yōu)化的輸電資源規(guī)劃，包括對發(fā)電、傳輸和電網(wǎng)規(guī)模儲能的投資。具體來說，分布式儲能系統(tǒng)(DLS)分析用于計(jì)算修改后的區(qū)域需求概況。這種修改后的配置文件，稱為“分布式儲能系統(tǒng)(DLS)需求情景”，分析城市配電饋線中分布式儲能系統(tǒng)(DLS)資產(chǎn)的非峰值充電和峰值放電。
電網(wǎng)延遲的分布式儲能系統(tǒng)：美國和印度的比較
印度在分布式儲能系統(tǒng)（DLS)投資和電網(wǎng)升級之間的選擇受到的影響遠(yuǎn)高于美國和歐洲，其原因是更低的成本、長期資本的有限可用性以及分布式儲能系統(tǒng)（DLS)技術(shù)可以相對容易地適應(yīng)城市環(huán)境中。此外，預(yù)計(jì)美國的峰值電力需求增長不會像無法可靠獲得電力和國家那樣強(qiáng)勁增長。雖然交通運(yùn)輸行業(yè)致力實(shí)現(xiàn)電氣化，預(yù)計(jì)美國的用電量將會增長，但這種增長與配電電網(wǎng)的容量有關(guān)。
此外，預(yù)計(jì)對電動汽車充電的需求將比對空調(diào)制冷的需求更靈活，因此冷卻需求預(yù)計(jì)將在電網(wǎng)擁塞問題中發(fā)揮更大的作用。在美國市場等環(huán)境中，儲能系統(tǒng)可以作為一項(xiàng)輔助服務(wù)，以提高電網(wǎng)彈性和供電質(zhì)量，并通過套利擴(kuò)展屋頂光伏的部署。而部署分布式儲能的用例表明，新興市場和發(fā)展中經(jīng)濟(jì)體（EMDE）在基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃和資本分配中的作用比在發(fā)達(dá)國家更為重要。在這些國家，在配電電網(wǎng)中部署儲能系統(tǒng)的成本可能低于包括美國在內(nèi)的發(fā)達(dá)地區(qū)的成本，在這些國家和地區(qū)，較低的融資成本將有利于電網(wǎng)升級。
（未完待續(xù)）
