摘要
近年來，國家持續(xù)出臺政策支持新型儲能發(fā)展，新型儲能進(jìn)入發(fā)展快車道。作為重要的應(yīng)用形式，電網(wǎng)功能替代性儲能可在電力系統(tǒng)中發(fā)揮替代或延緩電網(wǎng)輸變電設(shè)施建設(shè)等作用，國家政策明確支持電網(wǎng)功能替代性儲能發(fā)展，提出探索納入輸配電價疏導(dǎo)成本。目前電網(wǎng)功能替代性儲能處于探索起步階段，相關(guān)政策管理機(jī)制尚不成熟。厘清電網(wǎng)功能替代性儲能的界定范圍，提出電網(wǎng)功能替代性儲能替代效果評估方法，并開展典型案例分析論證，提出在電力市場發(fā)展不同階段下電網(wǎng)功能替代性儲能的成本疏導(dǎo)機(jī)制，并形成有關(guān)政策建議，推動電網(wǎng)功能替代性儲能有序發(fā)展和高效利用。
1 電網(wǎng)功能替代性儲能的界定
1.1 技術(shù)作用和應(yīng)用場景
新型儲能是構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的重要技術(shù)和基礎(chǔ)裝備，是實現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)的重要支撐，是戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展重點。儲能具有發(fā)電、系統(tǒng)調(diào)節(jié)、電網(wǎng)等多方面功能，且可以實現(xiàn)多時段、多功能復(fù)用。發(fā)電功能包括平抑新能源出力波動、跟蹤出力曲線和輔助無電地區(qū)供電；系統(tǒng)調(diào)節(jié)功能包括調(diào)峰平衡、頂峰調(diào)節(jié)、調(diào)頻和調(diào)壓；電網(wǎng)功能包括輸配電容量替代和供電質(zhì)量提升。
電網(wǎng)功能替代性儲能是指以實現(xiàn)電網(wǎng)功能為主的儲能。需要注意的是，電網(wǎng)功能替代性儲能與以接入位置來定義的電網(wǎng)側(cè)儲能概念不同，電網(wǎng)功能替代性儲能都是電網(wǎng)側(cè)儲能，但不是所有電網(wǎng)側(cè)儲能都是電網(wǎng)功能替代性儲能。電網(wǎng)功能替代性儲能應(yīng)作為電網(wǎng)建設(shè)、實現(xiàn)電網(wǎng)功能的一種技術(shù)選擇，視為電網(wǎng)重要電氣元件，納入電網(wǎng)規(guī)劃，與其他電網(wǎng)輸配電設(shè)施進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)性方案比選后，論證建設(shè)可行性。
分層級梳理形成電網(wǎng)功能替代性儲能應(yīng)用場景，可分成輸配電容量替代和供電質(zhì)量提升兩大類，如表1所示。1）輸配電容量替代，主要指變電容量和輸配電容量的替代，解決站址和走廊資源緊張、臨時性負(fù)荷明顯災(zāi)害應(yīng)急供電等問題；2）供電質(zhì)量提升，主要指實現(xiàn)電壓支撐和提升電網(wǎng)供電可靠性等，包括在電網(wǎng)末端、配電網(wǎng)薄弱、新能源高滲透率接入等地區(qū)或重大場合保電情況，通過配置儲能，提升電壓支撐能力和電網(wǎng)供電質(zhì)量。
1.2 準(zhǔn)入條件
電網(wǎng)功能替代性儲能項目的準(zhǔn)入主要指在前期核準(zhǔn)備案階段明確相關(guān)的條件和標(biāo)準(zhǔn)，作為界定的依據(jù)。電網(wǎng)功能替代性儲能準(zhǔn)入條件需從政策標(biāo)準(zhǔn)、應(yīng)用場景、技術(shù)類型等方面，結(jié)合準(zhǔn)入評估體系指標(biāo)進(jìn)行判斷。總體準(zhǔn)入原則應(yīng)包括：1）項目應(yīng)符合國家和地方政策以及相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求；2）項目應(yīng)以替代電網(wǎng)功能為主；3）項目技術(shù)類型應(yīng)綜合考慮發(fā)展階段、技術(shù)安全性等因素。
可以建立電網(wǎng)功能替代性儲能準(zhǔn)入評估指標(biāo)體系，作為準(zhǔn)入?yún)⒖?，但不同?yīng)用場景下準(zhǔn)入評估指標(biāo)設(shè)置的權(quán)重應(yīng)有所不同。評估指標(biāo)包括功率與最大負(fù)荷之比、能量與用電量之比、電壓偏差合格率、緩解設(shè)備重過載比例、縮短用戶停電時間、響應(yīng)速度等，如表2所示。
2 電網(wǎng)功能替代性儲能替代效果評估方法
2.1 替代效果評估方法
針對季節(jié)性或臨時性負(fù)荷增長、站址資源緊張、農(nóng)村電網(wǎng)大量接入分布式新能源等典型情況，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)性比較，若達(dá)到同等供電效果情況下，儲能投資全壽命周期成本小于電網(wǎng)建設(shè)成本、改造升級成本，可考慮利用新型儲能解決局部地區(qū)的輸配電容量或供電質(zhì)量問題，替代或延緩輸配電投資。
評判電網(wǎng)功能替代性儲能項目是否可行需要分析電網(wǎng)功能替代性儲能的替代效益，考慮到儲能、電網(wǎng)設(shè)施項目的壽命周期不同，因此采用費用年值進(jìn)行對比，評判電網(wǎng)功能替代性儲能方案是否可行。
本文提出了替代性評估指數(shù)作為評判指標(biāo)，計算式為
式中：Irep 為替代性評估指數(shù)； CG 為被替代的電網(wǎng)投資節(jié)省的費用年值； CES 為采用替代性儲能的方案費用年值。當(dāng) Irep 大于1時，替代性儲能的方案可認(rèn)為初步可行。
評判替代性儲能的方案效果可通過替代性儲能的年替代效益評估，計算式為
式中： Brep 為替代性儲能方案的年替代效益。
按照電網(wǎng)功能替代性儲能典型場景，對各類方案的費用年值進(jìn)行分析如下。
1）季節(jié)性、臨時性負(fù)荷增長。
當(dāng)某地區(qū)由于炒茶、旅游等季節(jié)性產(chǎn)業(yè)負(fù)荷增加，或有臨時性重大活動帶動負(fù)荷臨時性增加，可考慮采用儲能解決臨時過載問題，替代該區(qū)域配電網(wǎng)升級改造方案。
該場景下，被替代的電網(wǎng)投資節(jié)省的費用年值為
式中：CES,cap 為含替代性儲能的替代性方案項目初始投資費用年值； CES,om 為替代性方案項目運維費用年值； CPES,cap 為替代性方案的初始資金成本； Tcom 為儲能項目壽命周期；圖片為儲能項目周期的資金回收系數(shù)； m 為儲能項目設(shè)備每年復(fù)用的頻次（考慮到不同地域的季節(jié)性或臨時性負(fù)荷出現(xiàn)的月份可以區(qū)別開，尤其當(dāng)采用移動式儲能項目的時候，可以提高復(fù)用頻次）。
2）站址和走廊資源緊張、薄弱電網(wǎng)地區(qū)接入大量新能源。
假設(shè)某地區(qū)配電網(wǎng)升級改造受限于站址和走廊資源，或短期內(nèi)負(fù)荷增長較快但預(yù)測中長期負(fù)荷趨于飽和甚至下降，或者薄弱電網(wǎng)地區(qū)大量接入分布式新能源引起設(shè)備過載或電壓越限問題，可以采用配置儲能項目暫時延緩電網(wǎng)的升級改造。
該場景下，因延緩電網(wǎng)升級改造的電網(wǎng)投資節(jié)省的費用年值為
2.2 典型案例分析
1）季節(jié)性、臨時性負(fù)荷增長場景案例分析。
以制茶業(yè)興盛的黃山地區(qū)某茶區(qū)供電線路為例，線路負(fù)荷具有明顯的季節(jié)性變化特點，某10 kV線路具有1.2 MW供電能力，全年負(fù)荷超出1.2 MW的時間集中在4月中下旬，持續(xù)時間13天，每日超負(fù)荷約2 h15 min，全年超負(fù)荷時長一般不超過30 h。
線路改造方案為：滿足超出的0.2 MW負(fù)荷供電，按照擴(kuò)能1條2 km 10 kV線路、擴(kuò)容2臺配電變壓器設(shè)計，線路負(fù)載設(shè)計方案按10年增長至變壓器85%負(fù)載率考慮，配電網(wǎng)年運維費用按照初始投資的1%考慮，項目建設(shè)靜態(tài)總投資約122萬元。
電網(wǎng)功能替代性儲能方案為：滿足超出的0.2 MW負(fù)荷供電，按照儲能每天滿負(fù)荷放電2.5 h，滿足日高峰負(fù)荷時長，需要配置儲能容量500 kW·h，功率200 kW，轉(zhuǎn)換效率90%，移動式儲能車造價一臺為50萬元，使用壽命按照10年考慮，年運維費用按照初始投資的0.5%考慮，項目建設(shè)靜態(tài)總投資約206萬元。
案例結(jié)論分析：2種方案都按照20年進(jìn)行費用年值測算對比，基準(zhǔn)貼現(xiàn)率取4.5%，線路擴(kuò)容改造設(shè)計生命周期內(nèi)費用年值為9萬元，替代性儲能項目系統(tǒng)費用年值為14萬元。案例結(jié)果顯示，對于季節(jié)性、臨時性用電負(fù)荷地區(qū)供電，僅考慮每年應(yīng)對季節(jié)性負(fù)荷的單一應(yīng)用場景下，采用替代性儲能項目方案經(jīng)濟(jì)性通常不如線路改造。當(dāng)儲能多使用場景使用時，儲能替代相同規(guī)模電網(wǎng)工程的個數(shù)大于2個，投資替代性儲能項目便具備經(jīng)濟(jì)性。當(dāng)將替代性儲能項目做成移動式儲能車形式時，可應(yīng)用于多種場景以代替電網(wǎng)工程投資，比如季節(jié)性負(fù)荷+春節(jié)返鄉(xiāng)+保電+應(yīng)急供電+魚塘增氧等。
2）站址和走廊資源緊張場景案例分析。
以某市10 kV電壓等級延緩電網(wǎng)投資建設(shè)項目為例，當(dāng)某城市線路因日尖峰短時負(fù)荷過載需進(jìn)行區(qū)域電網(wǎng)補強(qiáng)，但受線路廊道資源緊張等因素制約，無法及時投運電網(wǎng)工程以保障負(fù)荷供應(yīng)時，考慮先投運儲能設(shè)備作為過渡延緩效用。假設(shè)每日線路負(fù)荷超出1.2 MW的持續(xù)時間為1 h，最大負(fù)荷日負(fù)荷為1.4 MW，超過線路輸送能力0.2 MW。近期為保障用戶用電需求，優(yōu)先選擇儲能設(shè)備作為保障性電源，應(yīng)用3年后，最大負(fù)荷約達(dá)到線路輸電容量50%時，通過新建電網(wǎng)工程進(jìn)行電力保障。尖峰負(fù)荷發(fā)展按照年均增長率0.1 MW、時長增長0.5 h考慮。
線路改造方案：當(dāng)前須解決峰值0.2 MW負(fù)荷，按照擴(kuò)能1條2 km 10 kV電纜、擴(kuò)容2臺配電變壓器計算，配電網(wǎng)年運維費用按照初始投資的1%考慮，項目建設(shè)靜態(tài)投資約226萬元。
電網(wǎng)功能替代性儲能方案（延緩方案）：考慮采用儲能設(shè)備解決3年內(nèi)波動負(fù)荷問題，當(dāng)前需解決峰值0.2 MW負(fù)荷，為滿足不斷增大的日高峰負(fù)荷時長，考慮配置儲能容量200 kW·h（考慮了30%的預(yù)測偏差容量需求），功率100 kW，轉(zhuǎn)換效率90%，年運維費用按照初始投資的0.5%考慮，項目建設(shè)初始投資約31.5萬元。
案例結(jié)論分析：原始線路改造方案中電網(wǎng)改造升級投資費用年值33萬元，延緩周期內(nèi)采用儲能設(shè)備方案費用年值4萬元，延緩方案中電網(wǎng)改造升級投資費用年值26萬元。案例結(jié)果顯示，對于站址和走廊資源緊張地區(qū)供電，采用儲能方案通常比線路改造方案具有技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行性。隨著延緩年限的增大，所需配置的儲能容量同比增大，將增大儲能初期投資從而降低了儲能方案的經(jīng)濟(jì)性。
3）農(nóng)村電網(wǎng)大量接入分布式新能源場景案例分析。
選擇河北某村低壓配電網(wǎng)為案例，該村共有4臺公用配變，主變?nèi)萘繛椋?×100+200）kV·A；共有居民160余戶，允許安裝的總裝機(jī)容量為306 kW。該配電網(wǎng)算例下分布式光伏接入滲透率比較高，達(dá)到135%。
電網(wǎng)改造和安裝儲能都是電網(wǎng)提高分布式新能源接納能力的備選技術(shù)措施，具體改造方案需要以總成本最小為目標(biāo)優(yōu)化確定，這需要對配電網(wǎng)開展穩(wěn)態(tài)分析和運行策略優(yōu)化。采用國網(wǎng)能源院自主設(shè)計開發(fā)的配電系統(tǒng)分析和優(yōu)化軟件（DSAP）開展量化分析，如果不進(jìn)行電網(wǎng)改造和建設(shè)儲能，全年8760 h中有764 h存在電壓越限或反向設(shè)備過載問題，時段占比為8.7%，需要對分布式光伏發(fā)電出力進(jìn)行限制，限制電量占比為10.04%。
考慮電網(wǎng)改造和安裝儲能2種措施，不允許限電，開展不同方案的成本投入對比研究，分析結(jié)果如表3所示。
案例結(jié)果顯示，對于農(nóng)村電網(wǎng)大量接入分布式新能源，建設(shè)儲能可以減少電網(wǎng)改造成本。在實際應(yīng)用中需要對儲能位置、容量以及電網(wǎng)改造策略進(jìn)行協(xié)同優(yōu)化，不同方案下成本相差較大。從經(jīng)濟(jì)性上考慮，儲能選擇時偏向小容量、短時間。
綜合以上典型案例分析，由于中國電力整體處于中速增長階段，配電網(wǎng)設(shè)施服役年數(shù)一般在20～30年，按照滿足相同規(guī)模、同等時長負(fù)荷供電需求來看，儲能需要更換2次才能達(dá)到配電網(wǎng)建設(shè)的效果，投資成本較高，因此，新建或擴(kuò)建輸配電設(shè)施仍然是解決負(fù)荷供電的主要手段，現(xiàn)階段電網(wǎng)功能替代性儲能技術(shù)經(jīng)濟(jì)性水平還難以廣泛取代輸變電設(shè)施，但在一些特殊場景下，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證可具有一定可行性。
3 電網(wǎng)功能替代性儲能成本疏導(dǎo)機(jī)制
電網(wǎng)功能替代性儲能的成本疏導(dǎo)機(jī)制整體還處于探索研究階段。
從國外來看，美國和歐洲對包括電網(wǎng)功能替代性儲能在內(nèi)的電網(wǎng)側(cè)儲能的身份認(rèn)定和監(jiān)管政策還不明晰，成本疏導(dǎo)機(jī)制還在實踐探索階段。歐洲電網(wǎng)側(cè)儲能成本疏導(dǎo)機(jī)制可劃分為3大類：電網(wǎng)運營商擁有資產(chǎn)并獲得成本定價補償；電網(wǎng)運營商擁有資產(chǎn)并獲得成本定價和電力市場雙重補償；第三方擁有資產(chǎn)并獲得成本定價和電力市場雙重補償。美國加州獨立系統(tǒng)運營商CAISO初步設(shè)定了3種電網(wǎng)側(cè)儲能成本疏導(dǎo)機(jī)制：通過輸電電費獲得固定的回報；通過輸電電費獲得相對較少的回報，但允許通過電力市場獲取額外的回報；通過輸電電費及電力市場兩個渠道獲取費用，但通過電力市場獲取的回報需要儲能系統(tǒng)所有者和納稅人進(jìn)行分成。
從中國來看，《關(guān)于加快推動新型儲能發(fā)展的指導(dǎo)意見》首次提出“研究探索將電網(wǎng)替代性儲能設(shè)施成本收益納入輸配電價回收”。《“十四五”新型儲能發(fā)展實施方案》提出“科學(xué)評估新型儲能輸變電設(shè)施投資替代效益，探索將電網(wǎng)替代性儲能設(shè)施成本收益納入輸配電價回收”。
結(jié)合國外采用的成本疏導(dǎo)機(jī)制實踐探索以及中國國情，考慮到電網(wǎng)主業(yè)購買儲能服務(wù)面臨價格標(biāo)準(zhǔn)難以公允界定、電網(wǎng)功能替代性儲能需要與電網(wǎng)設(shè)施統(tǒng)一規(guī)劃等問題，電網(wǎng)功能替代性儲能現(xiàn)階段應(yīng)暫僅由電網(wǎng)主業(yè)負(fù)責(zé)投資建設(shè)。成本疏導(dǎo)機(jī)制可以按照電力市場發(fā)展的不同階段，采用全額納入輸配電價機(jī)制、優(yōu)先市場獲益并由輸配電價補齊機(jī)制、輸配電價給予固定額度之后參與市場獲益機(jī)制，基本概念見圖1。經(jīng)過綜合比選，建議現(xiàn)階段采用全額納入輸配電價回收，不參與電力市場進(jìn)行獲益，但需要實行“嚴(yán)準(zhǔn)入、強(qiáng)監(jiān)管”。
4 建議
電網(wǎng)功能替代性儲能在新型電力系統(tǒng)構(gòu)建中將發(fā)揮重要作用，對于該類項目的界定、規(guī)劃、價格機(jī)制、監(jiān)管、過程管理、示范建設(shè)等方面需要全方位進(jìn)行規(guī)范，做到物盡其用，發(fā)揮最佳經(jīng)濟(jì)社會效益。就電網(wǎng)功能替代性儲能規(guī)范發(fā)展，提出相關(guān)政策建議。
1）明確界定范圍和準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)，制定頂層實施方案。從國家政策層面明確電網(wǎng)功能替代性儲能的定義、應(yīng)用場景、投資建設(shè)主體責(zé)任、各環(huán)節(jié)審核責(zé)任主體。按照安全第一、穩(wěn)妥推進(jìn)、依法合規(guī)、效率效益的原則，制定電網(wǎng)功能替代性儲能推進(jìn)實施方案。
2）將電網(wǎng)功能替代性儲能視為電網(wǎng)重要電氣元件，納入電網(wǎng)規(guī)劃，并與能源電力規(guī)劃銜接。以提升電網(wǎng)輸配電容量和供電質(zhì)量為目標(biāo)，統(tǒng)籌安排電網(wǎng)功能替代性儲能發(fā)展規(guī)模、建設(shè)布局、投產(chǎn)時序，納入電網(wǎng)規(guī)劃后，經(jīng)履行認(rèn)定程序后納入地方能源電力規(guī)劃。
3）加快電網(wǎng)功能替代性儲能價格政策落地，將電網(wǎng)功能替代性儲能成本納入輸配電價回收。將電網(wǎng)功能替代性儲能納入輸配電價核價范圍，計入有效資產(chǎn)，制定認(rèn)定標(biāo)準(zhǔn)和認(rèn)定程序，開展投資替代效益評估。
4）強(qiáng)化電網(wǎng)功能替代性儲能準(zhǔn)入評估和后評價機(jī)制，驗證替代效益。從安全效益、經(jīng)濟(jì)效益、社會效益等角度進(jìn)行綜合衡量，進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃和綜合方案比選論證。通過項目實際運行狀態(tài)數(shù)據(jù)分析，開展實施效果評估，支撐核定成本評估。
5）建立健全電網(wǎng)功能替代性儲能管理體系，明確各方責(zé)任界面。由電網(wǎng)主業(yè)負(fù)責(zé)投資建設(shè)電網(wǎng)功能替代性儲能項目，經(jīng)履行認(rèn)定程序并獲準(zhǔn)通過納入輸配電價回收成本后，將其納入電網(wǎng)基建投資計劃，按照電網(wǎng)基建項目進(jìn)行管理，加強(qiáng)統(tǒng)一運維、統(tǒng)一調(diào)度管理，強(qiáng)化全過程安全管理。
6）穩(wěn)妥開展電網(wǎng)功能替代性儲能示范應(yīng)用。在能夠通過輸配電價疏導(dǎo)的條件下，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，因地制宜在站址和走廊資源緊張地區(qū)、電網(wǎng)末端、配電網(wǎng)薄弱及新能源高滲透率接入等地區(qū)開展試點建設(shè)。在市場建設(shè)成熟階段，開展多收益模式機(jī)制試點示范。
注：本文內(nèi)容呈現(xiàn)略有調(diào)整，如需要請查看原文。
