1、概述
1.1 政策背景
發(fā)展風(fēng)電和光伏發(fā)電是我國能源發(fā)展的重點之一，光伏發(fā)電和風(fēng)電在經(jīng)歷快速發(fā)展的同時，也面臨著因隨機性和不可預(yù)測性導(dǎo)致的棄風(fēng)、棄光等并網(wǎng)消納問題。而大規(guī)模的儲能建設(shè)是解決可再生能源并網(wǎng)消納的重要手段之一。
2017年10月國家發(fā)改委、財政部、科學(xué)技術(shù)部、工業(yè)和信息化部、國家能源局五部門出臺《關(guān)于促進儲能技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見》指出，未來10年分兩個階段推進相關(guān)工作，第一階段實現(xiàn)儲能由研發(fā)示范向商業(yè)化初期過渡；第二階段實現(xiàn)商業(yè)化初期向規(guī)?；l(fā)展轉(zhuǎn)變。結(jié)合電力體制改革，研究推動儲能參與電力市場交易獲得合理補償?shù)恼吆徒⑴c電力市場化運營服務(wù)相配套的儲能服務(wù)補償機制。
2017年11月國家能源局印發(fā)《完善電力輔助服務(wù)補償（市場）機制工作方案》，解決峰谷差的主要抓手。
作為安全清潔高效的現(xiàn)代能源技術(shù)，儲能也在《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動計劃(2016-2030年)》、《國家創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略綱要》、《中國制造2025—能源裝備實施方案》、《國家電網(wǎng)關(guān)于促進電化學(xué)儲能健康有序發(fā)展的指導(dǎo)意見（國家電網(wǎng)辦〔2019〕176號）》、《關(guān)于加強儲能標(biāo)準(zhǔn)化工作的實施方案》的通知國能綜通科技〔2020〕3號文件等多項政策中被重點提及。相關(guān)政策清晰描繪了儲能技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展路線圖，重點技術(shù)攻關(guān)、試驗示范、推廣應(yīng)用的儲能技術(shù)裝備。
2020年5月xx能監(jiān)辦印發(fā) 《xx省電力輔助服務(wù)市場交易模擬運行規(guī)則》（湘監(jiān)能市場[2020]39號）指出：從5月15日起，xx省電力輔助服務(wù)市場開始進入模擬運行，模擬運行時間截止日2020年8月31日，模擬運行期間只進行電量結(jié)算，不進行電費結(jié)算。
儲能等輔助服務(wù)商可作為市場主體參與，且文件指出省調(diào)可優(yōu)先調(diào)用儲能電站資源。其中在深度調(diào)峰市場交易中，儲能電站按充電電量報價，報價上限為500元/MWH，且儲能電站充電電量同時執(zhí)行現(xiàn)行用電側(cè)峰谷分時電價。在緊急短時調(diào)峰交易中，滿足技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、符合市場相關(guān)條件的10MW及以上的儲能電站可參與，功率≥30MW、持續(xù)60分鐘以上的儲能電站最高報價上限600元/MWH。
1.2 技術(shù)背景
儲能是通過特定的裝置或物理介質(zhì)將不同形式的能量通過不同方式儲存起來，以便以后在需要時利用的技術(shù)。
現(xiàn)有的儲能系統(tǒng)主要分為五類：機械儲能、電氣儲能、電化學(xué)儲能、熱儲能和化學(xué)儲能，如圖1-1所示。
圖1-1 儲能技術(shù)分類
各種儲能技術(shù)的詳細(xì)介紹與比較如表1-1所示。
表1-1 儲能技術(shù)的比較
根據(jù)多種儲能技術(shù)的比較，電化學(xué)儲能技術(shù)成熟，容易疊加模塊，放大儲能規(guī)模，可以接入各種能源，更加適合本項目。
2、電化學(xué)儲能
2.1 電化學(xué)儲能在電力系統(tǒng)的作用
發(fā)展風(fēng)電和光伏發(fā)電是我國能源發(fā)展的重點之一。國家能源局新能源與可再生能源司司長朱明提出，到2020年風(fēng)電裝機要達到2.1億千瓦，力爭達到2.5億千瓦，光伏裝機力爭達到1.5億千瓦，光熱發(fā)電裝機目標(biāo)500萬千瓦。作為清潔的可再生能源，光伏發(fā)電和風(fēng)電在經(jīng)歷快速發(fā)展的同時，也面臨著因隨機性和不可預(yù)測性導(dǎo)致的棄風(fēng)、棄光等并網(wǎng)消納問題。
大規(guī)模的儲能建設(shè)被認(rèn)為是解決可再生能源并網(wǎng)消納的重要手段之一。
在用戶側(cè)，儲能可在分布式發(fā)電、微網(wǎng)及普通配網(wǎng)系統(tǒng)中憑借其能量時移的作用，來幫助用戶實現(xiàn)電費管理，并在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)其需求側(cè)響應(yīng)、電能質(zhì)量改善、應(yīng)急備用和無功補償?shù)雀郊觾r值。
在電網(wǎng)側(cè)，儲能可與火電機組捆綁參與調(diào)頻服務(wù)，解決火電調(diào)頻能力不足、煤耗高、機組設(shè)備磨損嚴(yán)重等問題，且調(diào)頻效果遠(yuǎn)好于火電機組，其最突出優(yōu)點為毫秒級響應(yīng)速度，高于火電數(shù)十倍，調(diào)節(jié)反向、調(diào)節(jié)偏差以及調(diào)節(jié)延遲等問題將不會出現(xiàn)。
在發(fā)電側(cè)，儲能用于大規(guī)模風(fēng)光的并網(wǎng)，可解決其因隨機性和不可預(yù)測性導(dǎo)致的棄風(fēng)、棄光等并網(wǎng)消納問題。其主要工作模式跟蹤計劃出力、平滑輸出等。在此領(lǐng)域，儲能系統(tǒng)的大容量、大規(guī)模建設(shè)和應(yīng)用是重點。
2.2 用戶側(cè)
2.2.1 什么是用戶側(cè)儲能
峰谷電價的大力推行為儲能套利提供可觀空間。我國目前絕大部分省市工業(yè)大戶均已實施峰谷電價制，通過降低夜間低谷期電價，提高白天高峰期電價，來鼓勵用戶分時計劃用電，從而有利于電力公司均衡供應(yīng)電力，降低生產(chǎn)成本，并避免部分發(fā)電機組頻繁啟停造成的巨大損耗等問題，保證電力系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定。儲能用于峰谷電價套利,用戶可以在電價較低的谷期利用儲能裝置存儲電能，在電高峰期使用存儲好的電能，避免直接大規(guī)模使用高價的電網(wǎng)電能，如此可以降低用戶的電力使用成本，實現(xiàn)峰谷電價套利。
根據(jù)國家電網(wǎng)數(shù)據(jù)，全國用電大省峰谷價差分布于0.4~0.9元/kWh，特別的，對于江蘇和廣東兩個用電量全國前二的省份，其峰谷價差高于0.8元/kWh，為用戶側(cè)利用儲能來套利峰谷價差提供了可觀空間。
2.2.2 用戶側(cè)儲能用途及價值實現(xiàn)
（1）峰谷電價套利
用戶側(cè)儲能多數(shù)以配合小功率光伏應(yīng)用的光儲形式存在，用戶增設(shè)儲能容量，實現(xiàn)價值的最直接方式是對峰谷電價的套利。用戶可以在負(fù)荷低谷時，以較便宜的谷電價對自有儲能電池進行充電，在負(fù)荷高峰時，將部分或全部負(fù)荷轉(zhuǎn)由自有儲能電池供電。其所能獲取的利潤可用峰電價減谷電價和儲能度電成本之和進行估算。利潤的大小取決于峰谷電價差和電池成本的大小。
（2）提高自建光伏發(fā)電的利用率
光伏發(fā)電具有周期性，只能在白天光照條件合適的時候出力。加裝儲能電池，可以將光伏的發(fā)電量存儲起來，在適時的時候使用，消除了光伏發(fā)電與居民用電時間不同步的限制，大大提高光伏發(fā)電利用率。
（3）保證電網(wǎng)運行的穩(wěn)定性
我國這兩年居民自建光伏裝機容量增長迅猛，不帶儲能的光伏發(fā)電滲透率增大，必然會影響到電網(wǎng)的穩(wěn)定性。若光伏發(fā)電出力過大，必然會在電網(wǎng)局部形成潮流倒送的現(xiàn)象，這會增大電網(wǎng)調(diào)度的難度，影響電網(wǎng)運行的安全。用戶側(cè)加裝儲能電池，可以在低壓側(cè)形成緩沖層，吸收部分出力過大的光伏發(fā)電，便于調(diào)度部門對潮流進行控制，保證電網(wǎng)運行穩(wěn)定性。
2.2.3 用戶側(cè)儲能運營模式
（1）EMC模式
由第三方投資運營,在工業(yè)用戶提供場地內(nèi)建設(shè)儲能系統(tǒng),與工業(yè)用戶業(yè)主利潤分享。
（2）EPC模式
由工業(yè)用戶自行投資運營,儲能設(shè)備或系統(tǒng)集成方負(fù)責(zé)項目建設(shè)及維護,工業(yè)用戶獲得項目收益。
2.2.4用戶側(cè)化學(xué)儲能的收益模式
現(xiàn)在我們用戶側(cè)儲能有五個應(yīng)用盈利模式：峰谷套利、需量電費管理、動態(tài)增容、電網(wǎng)輔助服務(wù)、提高新能源自用率?，F(xiàn)在提高新能源自用率基本上還是發(fā)電側(cè)，在用戶側(cè)還是比較少，但是以后肯定是方向。
（1）峰谷套利，峰谷價差我們就是低儲高放，基本上通過對比全國幾個地區(qū)典型的電價，長三角、珠三角、京津冀這些地方才有盈利的可能。
（2）需量電費管理，主要是削峰，把這個峰削掉，避免容量電費超出。容量費是針對變壓器收取得的需量電費，也叫基礎(chǔ)電費，不管用不用電，這部分電費都要固定繳納。
（3）動態(tài)增容，現(xiàn)在電網(wǎng)進行增容很麻煩，基本上很難批。
（4）電網(wǎng)輔助服務(wù)，現(xiàn)在已經(jīng)搞了不少了，一個是調(diào)峰服務(wù)、一個是調(diào)頻服務(wù)，現(xiàn)在電源側(cè)已經(jīng)搞了很多的調(diào)頻服務(wù)。調(diào)峰服務(wù)江蘇這邊國網(wǎng)地區(qū)搞了很多，南網(wǎng)地區(qū)也基本上在搞。
（5）是用戶側(cè)新能源自用率，因為自用率提高你的收益基本上提高，目前分布式還不明顯，但是以后會考慮，基本上完全市場化之后，以前的峰谷套利這些模式會全部改變，所有的儲能必須和售電公司合作才可能有新的盈利點。
2.3發(fā)電側(cè)
2.3.1電池儲能系統(tǒng)在發(fā)電側(cè)的應(yīng)用
在發(fā)電側(cè)，儲能用于大規(guī)模風(fēng)光的并網(wǎng)，可解決其因隨機性和不可預(yù)測性導(dǎo)致的棄風(fēng)、棄光等并網(wǎng)消納問題。其主要工作模式跟蹤計劃出力、平滑輸出等。在此領(lǐng)域，儲能系統(tǒng)的大容量、大規(guī)模建設(shè)和應(yīng)用是重點。
（1）平滑出力波動
由于風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電等新能源具有隨機性、間歇性、出力變化快等特點,大容量的新能源發(fā)電裝置直接并網(wǎng)會對電網(wǎng)調(diào)度運行與控制帶來較大影響,甚至直接引發(fā)一些安全穩(wěn)定事故。利用電池儲能裝置與可再生能源發(fā)電裝置聯(lián)合運行,可使隨機變化的輸出功率轉(zhuǎn)換為相對穩(wěn)定的輸出,有利于滿足并網(wǎng)的各項技術(shù)要求。
（2）跟蹤出力和經(jīng)濟調(diào)度
新能源發(fā)電系統(tǒng)的出力普遍呈現(xiàn)出極強的間歇性,且極難準(zhǔn)確預(yù)測,如何制定科學(xué)合理的日前、日內(nèi)及超短期(實時)出力計劃,在滿足調(diào)度及儲能約束的前提下保證新能源的高效輸出是該問題的關(guān)鍵所在。
在出力計劃跟蹤方面,當(dāng)前研究主要可分為日前、日內(nèi)以及實時出力計劃跟蹤3個方面。針對日前出力計劃,大量文獻分別針對有功功率計劃和無功功率計劃提出了儲能裝置對新能源發(fā)電出力的補償控制方法,取得了削峰填谷,改善潮流的良好效果。針對日內(nèi)出力計劃,主要工作集中在如何引入基于實時電價、負(fù)載需求和新能源出力等因素構(gòu)建出最優(yōu)性能指標(biāo)函數(shù),在最大程度跟蹤出力計劃的同時實現(xiàn)延長電池使用壽命等附加目標(biāo)。而針對實時出力計劃的跟蹤方案,則更多地將減少日前短期新能源出力預(yù)測誤差作為其控制目標(biāo)。
（3）參與電源的調(diào)頻與調(diào)壓
電池儲能系統(tǒng)安裝在發(fā)電側(cè)時具有四象限調(diào)節(jié)能力,能夠靈活地對有功、無功的輸入和輸出進行調(diào)整,因而對于增強發(fā)電側(cè)頻率和電壓調(diào)節(jié)能力,改善并網(wǎng)電能質(zhì)量具有重要意義。
儲能系統(tǒng)通過配合適當(dāng)?shù)某隽φ{(diào)度控制,在提高新能源接納能力,改善新能源與傳統(tǒng)電源的發(fā)電性能與并網(wǎng)經(jīng)濟性,增強發(fā)電側(cè)頻率和電壓調(diào)節(jié)能力等多方面具有重要作用。
2.3.2發(fā)電側(cè)儲能運營模式
當(dāng)發(fā)電側(cè)參與電力市場競價時，上網(wǎng)電價存在一定的波動范圍,配置的儲能在低電價時段充電在高電價時段放電,有可能給發(fā)電商帶來一定的收益,同時可以避免常規(guī)發(fā)電機組頻繁啟停,以及長時間低功耗運行所帶來的損失。儲能能否獲利取決于上述因素的綜合影響。
我國發(fā)電側(cè)一般采用標(biāo)桿電價的方式,不存在上網(wǎng)電價峰谷差,因而理論上配置儲能無法獲利。隨著可再生能源的快速發(fā)展,“三北”地區(qū)限電嚴(yán)重,尤其在火電機組需要以熱定電方式運行的取暖季。配置儲能可以將風(fēng)電和光伏所限發(fā)的電量存起來,并在其他時段輸送出去,從而減少限發(fā)損失。儲能的收益相當(dāng)于可再生能源的上網(wǎng)標(biāo)桿電價,存在一定的盈利可能性,尤其是光伏電站（對于早期建成的且電價補貼額度高的項目價值更加凸顯）。但這種應(yīng)用方式的持續(xù)性存在風(fēng)險,隨著電網(wǎng)建設(shè)和負(fù)荷發(fā)展,可能會大幅緩解或消除限電問題和給儲能投資者帶來風(fēng)險。
2.4 電網(wǎng)側(cè)
2.4.1電網(wǎng)側(cè)儲能的功能和價值
電網(wǎng)側(cè)儲能可與火電機組捆綁參與調(diào)頻服務(wù)，解決火電調(diào)頻能力不足、煤耗高、機組設(shè)備磨損嚴(yán)重等問題，且調(diào)頻效果遠(yuǎn)好于火電機組，其最突出優(yōu)點為毫秒級響應(yīng)速度，高于火電數(shù)十倍，調(diào)節(jié)反向、調(diào)節(jié)偏差以及調(diào)節(jié)延遲等問題將不會出現(xiàn)。
電網(wǎng)側(cè)儲能浪潮的興起，是電網(wǎng)運行面臨挑戰(zhàn)和儲能技術(shù)自身發(fā)展共同作用的結(jié)果。一方面，新能源的快速增長、電力負(fù)荷峰谷差持續(xù)增大、電力系統(tǒng)電力電子化特征愈發(fā)明顯、遠(yuǎn)距離輸電仍將持續(xù)、大電網(wǎng)的安全穩(wěn)定更受關(guān)注，使得傳統(tǒng)的發(fā)、輸、配電設(shè)施和技術(shù)已難以有效兼顧清潔低碳與安全高效的電網(wǎng)發(fā)展要求。而儲能在電網(wǎng)中的規(guī)?；瘧?yīng)用則可改變電能生產(chǎn)、傳輸與消費必須同步完成的傳統(tǒng)模式，一定程度上將實時電力平衡轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏科胶猓瑢⑼苿与娏ο到y(tǒng)向更加柔性、靈活的方向轉(zhuǎn)變。另一方面，抽水蓄能、鋰離子電池儲能、壓縮空氣儲能等各類儲能技術(shù)快速發(fā)展，成本持續(xù)下降，使得儲能迎來規(guī)?；虡I(yè)應(yīng)用機遇。
通過儲能與電網(wǎng)的深度融合，可極大改進偏重于電力平衡的傳統(tǒng)電網(wǎng)規(guī)劃和調(diào)度方式，可全面提升清潔能源消納能力、大電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行水平和電網(wǎng)投資運行效率，將開啟電網(wǎng)智能柔性、經(jīng)濟高效的新模式。儲能響應(yīng)速度快、調(diào)節(jié)靈活的特點，使其在調(diào)峰、調(diào)頻、緩解阻塞、替代和延緩輸配電投資、電壓支撐與無功控制、故障緊急備用等方面可發(fā)揮“四兩撥千斤”的作用。區(qū)別于獨立運行的電源側(cè)、用戶側(cè)儲能，由于電網(wǎng)側(cè)儲能接受電力調(diào)度機構(gòu)統(tǒng)一調(diào)控、參與系統(tǒng)全局優(yōu)化，必將形成儲能的系統(tǒng)性、全局性優(yōu)勢，必將產(chǎn)生以儲能全局優(yōu)化調(diào)度替代局部運行的價值，必將提升儲能的效用和投資效益。因此，電網(wǎng)側(cè)儲能的發(fā)展代表了電力儲能產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的方向。
2.4.2 電網(wǎng)側(cè)儲能的運營方式
儲能在電網(wǎng)側(cè)的作用主要是緩解輸配電系統(tǒng)升級改造,以及主動參與調(diào)頻調(diào)壓等穩(wěn)定控制等方面。輸配電系統(tǒng)在應(yīng)對負(fù)荷高峰時段或尖峰時段運行時需要投入大量的電力資產(chǎn),但這部分資產(chǎn)的利用率很低,而且新建、擴建還要面臨輸電走廊、環(huán)境等多方面因素制約。配置儲能可以減緩輸配電系統(tǒng)的升級改造,其獲利模式取決于輸配電系統(tǒng)升級改造和儲能系統(tǒng)建設(shè)與運維之間的成本對比。
儲能系統(tǒng)參與電網(wǎng)調(diào)頻調(diào)壓,可以増加調(diào)頻調(diào)壓容量和控制靈活性,有利于調(diào)度運行和系統(tǒng)穩(wěn)定。如果儲能參與自動發(fā)電控制( ACC)和自動電壓控制( AVC),可以參照常規(guī)發(fā)電機組,按照可調(diào)容量和累計運行時間獲得收益。當(dāng)然,由于儲能具有響應(yīng)速度快,爬坡能力強,可正反向調(diào)節(jié)等優(yōu)點,可以加大儲能電站的調(diào)頻調(diào)壓調(diào)用補貼。
2.5 政策與市場環(huán)境
2019年5月，國家發(fā)展改革委、國家能源局發(fā)布《輸配電定價成本監(jiān)審辦法》，規(guī)定電儲能設(shè)施的成本費用不計入輸配電成本。這一規(guī)定發(fā)布的宏觀背景是我國整個實體經(jīng)濟目前面臨較大下行壓力，政府在做宏觀政策決策時，首先希望盡可能降電價。如果把電網(wǎng)企業(yè)的電儲能投資都計入輸配電價這個口子放開，勢必會造成輸配電價上揚，給終端用戶造成一定壓力。這是政府出臺這一政策的初衷，雖然對儲能行業(yè)有一定影響，但應(yīng)該從更大的格局去看待。
雖然電力市場化改革面臨許多困難，但總體而言，在推動電力市場建設(shè)過程中，應(yīng)進一步克服體制機制的障礙，比如建立完善的輔助服務(wù)市場機制。當(dāng)前，我國各區(qū)域、各省實行的深度調(diào)峰輔助服務(wù)市場，是解決新能源消納問題的中國方案。但作為一個市場而言，深度調(diào)峰市場的總規(guī)模并不大，同時結(jié)算上只是在發(fā)電廠之間進行資金轉(zhuǎn)移，成本并未很好地傳導(dǎo)到用戶側(cè)、形成激勵用戶響應(yīng)的價格信號。
2.6 儲能問題與挑戰(zhàn)
政府層面，現(xiàn)在就是沒有一個明顯的全國的政策來支持儲能的發(fā)展。電網(wǎng)側(cè)，目前沒有采用什么標(biāo)準(zhǔn)、什么流程來做，沒有。設(shè)備廠家，對我們來說，一壽命、二成本，影響最大。我們期望它有10年的壽命，因為對我們來說，充放電次數(shù)影響大，關(guān)鍵是年份和充放電次數(shù)，現(xiàn)在都很難達到這個數(shù)。成本，都在降低，但是我們分析現(xiàn)在就在一個臨界點，希望(成本)再往下降一點，大家基本上都可以進場去投。
技術(shù)問題，還是希望把壽命循環(huán)次數(shù)能提高，就像以后我就希望儲能電池和光伏組件一樣，能有25年的壽命基本上隨便都可以投、都可以做。最后就是電力市場化之后儲能的商業(yè)模式要做出重大改變，因為電力市場化之后電價基本上是隨市場波動的，電價的負(fù)荷曲線是由售電公司掌握的，很難用以前的商業(yè)模式去衡量以后的商業(yè)模式，預(yù)計2022年我所有的商業(yè)模式就要革新，可能儲能站必須和售電公司去合作，不然沒有盈利的可能。
3 用戶側(cè)案例
3.1 案例概述
舉一個用戶側(cè)例子，假設(shè)使用長沙廠房建設(shè)削峰填谷儲能項目工程，最大功率1.00MW,每次放電3小時，每天兩次，放電深度80%，則容量為（1MW×3/80%）3.75MWh。項目配置1臺1MW/3.75MWh的集裝箱式磷酸鐵鋰電池儲能組，電池集裝箱配置兩臺500kW PCS，PCS出線經(jīng)1000kVA箱變后接入至10kV開關(guān)柜，開關(guān)柜出線接入廠區(qū)10kV電網(wǎng)完成并網(wǎng)。
3.2 儲能電池系統(tǒng)
3.2.1 電池單元
儲能是通過物理或化學(xué)手段將電、熱等形式的能量儲存起來，在出現(xiàn)用能需求時釋放的過程。目前化學(xué)儲能技術(shù)主要包括鉛酸電池、鉛炭電池、氧化還原液流電池、鈉硫電池、鐵鋰電池。表3.2-1是鉛碳電池與鋰電池比較情況：
表3.2-1鉛碳電池與鋰電池比較
本項目儲能電站對儲能系統(tǒng)需求比容量，效率輸出、循環(huán)壽命要求較高特點，綜合考慮本方案儲能電池采用1MW/3.75MWh磷酸鐵鋰電池進行設(shè)計。
3.2.2 電池管理系統(tǒng)
蓄電池作為動力來源，必須串聯(lián)使用才能達到電壓要求，而多個電池串聯(lián)使用一段時間后，電池內(nèi)阻和電壓產(chǎn)生波動，單體電池的狀態(tài)差異會逐漸顯現(xiàn)出來，不斷循環(huán)的充放電過程加劇了單體電池之間的不一致性。電池成組后，大功率充放電時，電池組發(fā)熱，在電池模塊內(nèi)形成一定的溫度梯度，使各單體電池工作時環(huán)境溫度不一致，將削弱單體電池間的一致性，降低電池組充放電能力。
為確保電池性能良好，延長電池使用壽命，必須對電池進行合理有效地管理和控制。電池管理系統(tǒng)（Battery Manage System，BMS）對電池組的使用過程進行管理，對電池組中各單體電池的狀態(tài)進行監(jiān)控，可以維持電池組中單體電池的狀態(tài)一致性，避免電池狀態(tài)差異造成電池組性能的衰減和安全性問題。
BMS通過測量，獲取電池的工作狀態(tài)，并把這種狀態(tài)顯示出來。緊急情況下，利用聲光手段來提醒使用者，使得電池工作在“合理區(qū)域”，從而延長電池的使用壽命。危險情況下，自動采取措施，避免事故的發(fā)生。另外為電池提供能量均衡功能，提高電池的“有效儲能”，進而延長放電時間。
3.2.3 電池系統(tǒng)布置
集裝箱的主要任務(wù)是將鋰電池、通訊監(jiān)控等設(shè)備有機的集成到1個標(biāo)準(zhǔn)的單元中，該標(biāo)準(zhǔn)單元擁有自己獨立的供電系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)、隔熱系統(tǒng)、阻燃系統(tǒng)、火災(zāi)報警系統(tǒng)、電氣聯(lián)鎖系統(tǒng)、機械聯(lián)鎖系統(tǒng)、安全逃生系統(tǒng)、應(yīng)急系統(tǒng)、消防系統(tǒng)等自動控制和安全保障系統(tǒng)。
3.2.4 PCS預(yù)制倉
1MW逆變設(shè)備集裝箱1套，內(nèi)含500kW輸出三相三線380V非隔離PCS 2套，單臺直流工作電壓450-850V，交流額定電壓380V [集裝箱預(yù)制含照明、隔熱、防腐蝕、消防器材、接地、散熱設(shè)計，防護等級IP54,使用壽命＞10年]2)儲能系統(tǒng)設(shè)備參數(shù)要求。
其工作原理為：通過三相橋式變換器，把儲能陣列的直流電壓變換成高頻的三相斬波電壓，通過濾波器濾波變成正弦波電流后并入電網(wǎng)。
性能特點：結(jié)構(gòu)緊湊，減少占地面積。支持多機直接并聯(lián)，可擴展性強，可實現(xiàn)1MW、1.25MW、 1.5MW、2MW、2.5MW集成一體化設(shè)計，節(jié)省系統(tǒng)成本，滿足電網(wǎng)側(cè)、發(fā)電側(cè)等場站級場景規(guī)模化應(yīng)用需求。
采用三電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，自主熱管理技術(shù)，最高效率達99.18% 。并網(wǎng)友好，具備一次調(diào)頻調(diào)壓，調(diào)峰控制、SVG功能，具備高低穿能力。
3.3電氣一次
本工程共配置容量為3.75MWh的蓄電池組1組，500kW儲能變流器2臺，1000kVA箱變1臺。
儲能單元由蓄電池-儲能變流器-交流匯流柜-變壓器構(gòu)成，3750Wh蓄電池組接入兩臺儲能變流器，PCS出線經(jīng)1000kVA箱變后接入至10kV開關(guān)柜，開關(guān)柜出線接入廠區(qū)10kV電網(wǎng)完成并網(wǎng)。
4 發(fā)電側(cè)案例
4.1 案例概述
發(fā)展風(fēng)電和光伏發(fā)電是我國能源發(fā)展的重點之一。作為清潔的可再生能源，光伏發(fā)電和風(fēng)電在經(jīng)歷快速發(fā)展的同時，也面臨著因隨機性和不可預(yù)測性導(dǎo)致的棄風(fēng)、棄光等并網(wǎng)消納問題。
以一個xx地區(qū)10MW地面光伏電站項目為例，配置相應(yīng)儲能系統(tǒng)參與調(diào)峰，假設(shè)每天都有調(diào)度，每天調(diào)度兩小時，放電深度80%，則電池容量取25MWh（10MW×2/80%=25MW），則本期項目可配置5臺2MW/5MWh的集裝箱式磷酸鐵鋰電池儲能組，每臺電池集裝箱配置一臺2MW集裝箱式儲能升壓一體機，2MW集裝箱式儲能升壓一體機出線后接入至35kV開關(guān)柜，開關(guān)柜出線接入35kV電網(wǎng)完成并網(wǎng)。
4.2 儲能電池系統(tǒng)
4.2.1 電池單元
儲能是通過物理或化學(xué)手段將電、熱等形式的能量儲存起來，在出現(xiàn)用能需求時釋放的過程。目前化學(xué)儲能技術(shù)主要包括鉛酸電池、鉛炭電池、氧化還原液流電池、鈉硫電池、鐵鋰電池。
本項目儲能電站對儲能系統(tǒng)需求比容量，效率輸出、循環(huán)壽命要求較高特點，綜合考慮本方案儲能電池采用1MW/2.75MWh磷酸鐵鋰電池進行設(shè)計。
4.2.2 電池管理系統(tǒng)
蓄電池作為動力來源，必須串聯(lián)使用才能達到電壓要求，而多個電池串聯(lián)使用一段時間后，電池內(nèi)阻和電壓產(chǎn)生波動，單體電池的狀態(tài)差異會逐漸顯現(xiàn)出來，不斷循環(huán)的充放電過程加劇了單體電池之間的不一致性。電池成組后，大功率充放電時，電池組發(fā)熱，在電池模塊內(nèi)形成一定的溫度梯度，使各單體電池工作時環(huán)境溫度不一致，將削弱單體電池間的一致性，降低電池組充放電能力。
為確保電池性能良好，延長電池使用壽命，必須對電池進行合理有效地管理和控制。電池管理系統(tǒng)（Battery Manage System，BMS）對電池組的使用過程進行管理，對電池組中各單體電池的狀態(tài)進行監(jiān)控，可以維持電池組中單體電池的狀態(tài)一致性，避免電池狀態(tài)差異造成電池組性能的衰減和安全性問題。
BMS通過測量，獲取電池的工作狀態(tài)，并把這種狀態(tài)顯示出來。緊急情況下，利用聲光手段來提醒使用者，使得電池工作在“合理區(qū)域”，從而延長電池的使用壽命。危險情況下，自動采取措施，避免事故的發(fā)生。另外為電池提供能量均衡功能，提高電池的“有效儲能”，進而延長放電時間。
4.2.3 電池系統(tǒng)布置
集裝箱的主要任務(wù)是將鋰電池、通訊監(jiān)控等設(shè)備有機的集成到1個標(biāo)準(zhǔn)的單元中，該標(biāo)準(zhǔn)單元擁有自己獨立的供電系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)、隔熱系統(tǒng)、阻燃系統(tǒng)、火災(zāi)報警系統(tǒng)、電氣聯(lián)鎖系統(tǒng)、機械聯(lián)鎖系統(tǒng)、安全逃生系統(tǒng)、應(yīng)急系統(tǒng)、消防系統(tǒng)等自動控制和安全保障系統(tǒng)。
4.2.4 集裝箱式儲能升壓一體機
2MW集裝箱式儲能升壓一體機5套，包含集成儲能變流器、升壓變壓器、環(huán)網(wǎng)柜、測控柜、集裝箱、智能就地監(jiān)測系統(tǒng)等在內(nèi)的10套MW級集裝箱式儲能升壓一體化系統(tǒng)，配合電網(wǎng)調(diào)度中心、EMS系統(tǒng)打造電網(wǎng)輸配電側(cè)智能化的、具備快速響應(yīng)能力的電力調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
其工作原理為：通過三相橋式變換器，把儲能陣列的直流電壓變換成高頻的三相斬波電壓，通過濾波器濾波變成正弦波電流后并入電網(wǎng)。
產(chǎn)品特點
節(jié)省投資
“儲”、“變”一體化部署,結(jié)構(gòu)緊、降低建設(shè)、維護成本最大可支持4合PCS直接并聯(lián),節(jié)省變壓器采購成本;PCS、變壓器共用低壓斷路器,節(jié)省設(shè)備成本。
高效發(fā)電
FCS、變壓器銅排搭接,降低系統(tǒng)損耗;高效地MPPT跟蹤功能。
功能全面
支持儲能、虛擬同步機接口；具備并網(wǎng)充放電、離網(wǎng)獨立逆變功能。
5用戶側(cè)財務(wù)評價
5.1財務(wù)評價的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)
假設(shè)用戶側(cè)儲能項目系統(tǒng)功率1MW，每天充放電各3小時，每天循環(huán)兩次，放電深度80%，電池循環(huán)次數(shù)約5000次，每年有效運行天數(shù)為350天，則總裝機容量為（1MW×3/80%=）3.75MWh，經(jīng)營期（5000/（350×2）≈7）7年。
假設(shè)儲能系統(tǒng)成本為1.85元/Wh，其中電池集裝箱成本1.07元/Wh（電池成本0.8元/Wh）、pcs雙向變流器成本0.31元/Wh、其他設(shè)備0.198元/Wh、施工和其他費用0.272元/Wh。
項目靜態(tài)投資（1.85元/Wh×3.75MWh=）693.75萬元。
5.2銷售收入及利潤
（1）峰谷價差收入
根據(jù)xx省現(xiàn)行電網(wǎng)銷售電價表（見表一）和峰谷時間電價表，本項目可采用峰尖時刻放電，谷平時刻充電的方式賺取峰谷電價差。
湘發(fā)改價商〔2019〕407號
尖峰電價（不含增值稅） 0.8937 元/kWh
高峰電價（不含增值稅） 0.7937 元/kWh
平段電價（不含增值稅） 0.6437 元/kWh
低谷電價（不含增值稅） 0.4437 元/kWh
由此可得，每天峰谷電價收入為（（0.8937-0.6437）+（0.7937-0.4437））×3×1000kW=1800元/天，則全年以運行350天計，首年峰谷價差收入為63萬元。
（2）需量電費減免
當(dāng)大工業(yè)用戶逐月繳納電費的時候,電費清單包括兩個部分。
第一是可視電量,即計量電表抄表數(shù)值,是企業(yè)當(dāng)月實際用電負(fù)荷。
第二部分是針對變壓器收取的需量電費,也叫基礎(chǔ)電費,不管你用不用電,這部分電費都是要固定繳納，針對需量電費繳納,電力公司給出兩種選擇：
一是按照變壓器容量收取,假設(shè)項目廠區(qū)是大工業(yè)用戶且裝了臺5MVA的變壓器,每月按照固定容量費20元/kVA.月（來源于表一）收取,即每月固定繳納10萬的容量費。
二是按照廠區(qū)月最大負(fù)荷收費(按需收費),假設(shè)廠區(qū)是大工業(yè)用戶且每月負(fù)荷都在2-3MW之間,最大3MW計算，xx需量費為30元/kW月（來源于表一）,則每月繳納的需量電費為9萬。
如果該用戶側(cè)以最大負(fù)荷收取需量電費，假設(shè)每月產(chǎn)生了至少1000kW的尖峰負(fù)荷,本項目通過及時響應(yīng)負(fù)荷變化從而降低用戶側(cè)最大峰值復(fù)核的方式來減免廠家繳納的需量電費。
本儲能系統(tǒng)的PCS有10%的長期過載能力。響應(yīng)峰值負(fù)荷時,能量管理系統(tǒng)可準(zhǔn)確識別尖峰負(fù)荷,并向電池發(fā)出調(diào)度,儲能系統(tǒng)可釋放至少1100kW的功率以抵消尖峰負(fù)荷沖擊。按照儲能系統(tǒng)每月削減1100kW測算,儲能系統(tǒng)每月為業(yè)主減少1100×30=33000元的容量費。運行7年共減少33000×12×7=277.2萬元的容量費。
（3）小結(jié)
儲能電站年均放電量為196.64萬kWh（平均功率×每天放電時間×年運行天數(shù)）,平均電價差（（（0.8937-0.6437）+（0.7937-0.4437））/2=）0.3元/kWh,年均峰谷電差收入約為196.64萬kWh×0.3元/kWh=59.00萬元，電站運行7年峰谷電價差收入413.00萬元。減少需量電費277.2萬元。靜態(tài)投入（3750MWh×1.85元/MWh=）693.75萬元，假設(shè)每年運維成本是靜態(tài)投入的4%，那每年的運維成本693.75×4%=27.75萬元，7年運維成本194.25萬元。
收入：413+277.2=690.2萬元
投入：693.75+194.25=888萬元
5.3總結(jié)
用戶側(cè)包含收益方式：
一、峰谷差價收入，電站運行（5000/（350×2）≈7）7年峰谷電價差收入490.37萬元。
二、需量電費管理收入，假設(shè)電站是大工業(yè)用戶，則7年可以減少277.2萬元的需量電費。
三、深度調(diào)峰收入和短時響應(yīng)調(diào)峰收入，根據(jù)xx能監(jiān)辦印發(fā) 《xx省電力輔助服務(wù)市場交易模擬運行規(guī)則》（x監(jiān)能市場[2020]39號）文件中提到：滿足技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、符合市場相關(guān)條件的10MW及以上的儲能電站參與調(diào)峰，儲能電站按最高0.5元/kWh的價格報價提供電價補助以及相應(yīng)的。
在可行情況下，上述3種收益方式可相互疊加實現(xiàn)收益最大化，但一般來說單獨的用戶側(cè)儲能只包含前兩種收益（一般用戶側(cè)儲能很少達到10MW的規(guī)模），以前述案例計算，不考慮稅收與企業(yè)所得稅，運行期間總共收益為277.2+490.37=767.57萬元。
而該項目靜態(tài)投入加上運維共投入888萬元，項目實際處于虧損狀態(tài)，不建議投資。
附表 儲能收益測算表
6、發(fā)電側(cè)財務(wù)評價
6.1財務(wù)評價基礎(chǔ)數(shù)據(jù)
根據(jù)xx能監(jiān)辦印發(fā) 《xx省電力輔助服務(wù)市場交易模擬運行規(guī)則》（湘監(jiān)能市場[2020]39號）文件中第三章深度調(diào)峰交易第十五條 第三點提到：儲能電站報價上限為500元MWh。儲能電站如按序被調(diào)用,中標(biāo)價格為該交易時段該儲能電站報價。
文件第六章緊急短時調(diào)峰交易第七十三條緊急短時調(diào)峰交易的賣方包括以下市場主體：
(一)滿足技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、符合市場相關(guān)條件的10MW及以上的儲能電站;
(二)滿足市場相關(guān)條件、已接入精準(zhǔn)切負(fù)荷系統(tǒng)、一次切負(fù)荷有功功率達10MW及以上的用戶；
第六章緊急短時調(diào)峰交易第七十七條賣方申報增減有功功率分檔設(shè)區(qū)問,各功率區(qū)間在不同的保證時間段內(nèi)分別設(shè)置報價上限：
假設(shè)儲能電站參與調(diào)峰，儲能電站報價按最高0.5元/kWh且每天都有調(diào)度，每天調(diào)度兩小時，系統(tǒng)功率10MW，電池放電深度80%，則電池容量取25MWh（10MW×2/80%=25MWh）。
假設(shè)儲能系統(tǒng)成本為1.75元/Wh，其中電池集裝箱成本1.07元/Wh（電池成本0.8元/Wh）、pcs雙向變流器成本0.265元/Wh、其他設(shè)備0.184元/Wh、施工和其他費用0.231元/Wh。
項目靜態(tài)投資（1.75元/Wh×25MWh=）4375萬元。
6.2 銷售收入及利潤
假設(shè)儲能電站收入?yún)⑴c調(diào)峰的補貼，補貼按最高0.5元/kWh算。
項目每天中午12:00到2:00充電兩小時，晚上7:00到9：00放電兩小時，根據(jù)計算，儲能系統(tǒng)成本為1.75元/Wh，其中電池集裝箱成本1.07元/Wh（電池成本0.8元/Wh），電池容量（10MW×2/80%=25MWh）25MWh共需投資（電池容量×儲能系統(tǒng)成本=25MWh×1.75元/Wh=4375萬元）4375萬元，其中磷酸鐵鋰電池集裝箱成本（1.07元/Wh×25MWh=2675萬元）2675萬元。電池循環(huán)次數(shù)約5000次，以每天充放電各一次，每年有效運行天數(shù)為350天，共可運行5000/350≈14.28年。
（1）調(diào)峰補貼收入
該儲能電站每年參與調(diào)峰（10MW×2h/天×350天=）700萬kWh，運行14.28年共參與調(diào)峰9996萬kWh。參與調(diào)峰補貼0.5元/kWh，每年獲得補貼（700萬kWh×0.5元/kWh=）350萬元，運行14.28年共獲補貼（9996萬kWh×0.5元/kWh=4998萬元）4998萬元。
（2）調(diào)峰服務(wù)費
根據(jù)xx能監(jiān)辦印發(fā) 《xx省電力輔助服務(wù)市場交易模擬運行規(guī)則》（湘監(jiān)能市場[2020]39號）文件第二十四條 為有效、合理調(diào)控深度調(diào)峰服務(wù)總費用,設(shè)置調(diào)節(jié)系數(shù)K,取值范圍0-2,市場運行初期K值暫取1,K值可根據(jù)市場運行實際情況進行調(diào)整。
深度調(diào)峰服務(wù)費計算公式：
(三) 儲能電站深度調(diào)峰服務(wù)費=K∑(交易時段儲能電站深度調(diào)峰電量×中標(biāo)價格)
其中,深度調(diào)峰電量為儲能電站按調(diào)度指令充電時實際發(fā)生的充電電量。
第二十七條 深度調(diào)峰成本分推計算公式:
某市場主體深度調(diào)峰成本分?jǐn)傎M=(交易時段內(nèi)該市場主體上網(wǎng)電量×Ki)/Σ(交易時段內(nèi)各市場主體上網(wǎng)電量×Ki)×交易時段內(nèi)全網(wǎng)深度調(diào)峰服務(wù)費。
根據(jù)上述政策可知，儲能電站深度調(diào)峰服務(wù)費=K∑(交易時段儲能電站深度調(diào)峰電量×中標(biāo)價格)，假定K值取1，即K=1。調(diào)峰服務(wù)費就是補貼。假定有十個電站參與調(diào)峰，調(diào)峰成本分?jǐn)傎M就是由這十個電站分?jǐn)?，成本分?jǐn)傎M是給省調(diào)和結(jié)算中心得人工費用，費用不多，可以忽略不計。
（3）小結(jié)
儲能電站共需要投資（1.75元/kW×25MW=4375萬元）4375萬元，每年獲得補貼（700萬kWh×0.5元/kWh=）350萬元，儲能電站運行期間14.28年共收入350萬元×14.28=4998萬元。
項目回收期4375/350=12.5年。所以第13年可收回成本。
6.3、總結(jié)
發(fā)電側(cè)案例參與深度調(diào)峰和短時響應(yīng)調(diào)峰，儲能電池壽命14.28年，不考慮稅收與企業(yè)所得稅，第13年可收回成本。補貼中標(biāo)價格不一定達到最高0.5元/kWh，調(diào)峰不一定每天都有，補貼收益的不確定性也很大。若再加上稅收與企業(yè)所得稅，在電站運行14.28年期間收不回成本，是虧損狀態(tài)。
因此不建議投資該儲能項目。
7、總結(jié)
儲能有發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)和用戶側(cè)3種，收益來源也有3種，分別是峰谷價差，需量電費（僅針對于大工業(yè)用電）及調(diào)峰調(diào)度費，3種收益可以多種疊加。
一、根據(jù)湘監(jiān)能市場【2020】39號文件，這是非常有利于光伏等發(fā)電側(cè)儲能的，相當(dāng)于深度調(diào)峰充電/緊急短時放電是增收收益（0.5元—0.6/kWh），在特殊條件下有可能疊加，該種調(diào)峰收益的不確定性也非常大，1是因為僅xx省調(diào)能夠計算服務(wù)費及成本分?jǐn)傎M；2是因為調(diào)峰跟電網(wǎng)當(dāng)時的供求關(guān)系有關(guān)，3是因為每天都需要競價且是最低價才能中標(biāo)，則中標(biāo)價格與中標(biāo)單位也是不確定的；但是可以確定的是若在光伏側(cè)或者風(fēng)電側(cè)能夠儲能并且參與調(diào)峰，是額外可以增收的，假設(shè)參10MW/25MWh的儲能參與1天2小的短時放電調(diào)峰，文件中提到10MW到20MW之間補償最高為0.5元/kWh,假定調(diào)峰中標(biāo)價格為0.5元/kWh，則一天可額外增收10MW×2小時×0.5元/kWh=10000元。
二、假定儲能在用戶側(cè)，則儲能容量需要10MW以上，且需要享受尖谷價差與緊急短時調(diào)峰（深度調(diào)峰充電價格太高，補貼不夠覆蓋充電成本）2種收益（僅峰谷價差收益，不足以有效回收成本）；假設(shè)不計入服務(wù)費及成本分?jǐn)傎M，每天充放電1次，每天都參與調(diào)峰，調(diào)峰中標(biāo)價格為0.5元/kWh，使用壽命（5000/350≈14）14年，儲能（磷酸鐵鋰）成本為1.75元/wh，則不考慮稅收與企業(yè)所得稅，需要12.5年才能回成本，若考慮稅收與企業(yè)所得稅，在電站運行14年期間收不回成本。
三、需量電費收益，這種是針對于大工業(yè)用戶且是使用最大需量結(jié)算方式與電網(wǎng)結(jié)算的，這種小概率用戶有可能出現(xiàn)峰谷價差、需量電費及調(diào)峰調(diào)度費3種收益，理論上是具備投資回報率的，但需量電費收益不確定性與調(diào)峰調(diào)度費收益一樣，不確定性也非常大。
四、文件對電網(wǎng)側(cè)的儲能是有利的，充電費用低，調(diào)峰費用高。
國內(nèi)儲能行業(yè)已處在風(fēng)口上，若想實現(xiàn)爆發(fā)性增長，從短期來看，需要扶持政策的刺激；從中長期看，技術(shù)突破方是唯一路徑。國家一直在推動儲能發(fā)展，未來必定會出更多利好政策；雖然目前儲能收益不高，但未來可期。
