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！I部分：框架概述。
英文原文鏈接：
https://www.irena.org/publications/2020/Mar/Electricity-Storage-Valuation-Framework-2020
I-1. 介紹
電力儲(chǔ)能是指儲(chǔ)存電量并根據(jù)需求在最需要的時(shí)候放電的技術(shù)。儲(chǔ)能過(guò)程涉及電能向其他能源形式的轉(zhuǎn)換，以及其他能源形式能源再轉(zhuǎn)化為電能的過(guò)程[1]。憑借特殊的吸收、儲(chǔ)存以及放電重新入網(wǎng)的特殊能力，電力儲(chǔ)能[2]被認(rèn)為是應(yīng)對(duì)新能源并網(wǎng)挑戰(zhàn)的關(guān)鍵解決方案。因此，電力部門對(duì)儲(chǔ)能的興趣越來(lái)越強(qiáng)，并有望在向下一代能源轉(zhuǎn)型中扮演關(guān)鍵角色。
通過(guò)支持高比例VRE并網(wǎng)，儲(chǔ)能容量加快了離網(wǎng)電氣化過(guò)程，并間接幫助了運(yùn)輸領(lǐng)域的脫碳化進(jìn)程。
根據(jù)IRENA近年的分析（IRENA，2019a），2050年，可再生能源在全球發(fā)電中的比重有望從今天的25%增長(zhǎng)到86%。VRE（主要是光伏發(fā)電、風(fēng)電）的增長(zhǎng)尤其強(qiáng)勁，將從2015年的4.5%增長(zhǎng)到2050年的60%。更重要的是，幾乎一半的光伏發(fā)電應(yīng)用可以按照分布式的方式，在包括城市和鄉(xiāng)村地區(qū)在內(nèi)的居民、商業(yè)領(lǐng)域?qū)嵤↖RENA，2019a）。
注：IRENA的路線圖情景包括了低碳技術(shù)的應(yīng)用，主要是可再生能源和能效提升，來(lái)實(shí)現(xiàn)全球能源系統(tǒng)的轉(zhuǎn)型以達(dá)到全球溫升2℃的控制目標(biāo)。該評(píng)估考慮了可再生能源的潛能的所有潛能，與各國(guó)專家共同開(kāi)展了各國(guó)的分析，然后，將這些結(jié)果整合起來(lái)獲得全球的結(jié)果。
來(lái)源：IRENA（2019a）
圖1 2050年電力生產(chǎn)、消費(fèi)和裝機(jī)容量
來(lái)源：IRENA（2019b）
圖2 傳統(tǒng)的靈活性供應(yīng)商和新興的靈活性供應(yīng)商
由于新能源技術(shù)成熟度的問(wèn)題，政策制定者、監(jiān)管方和公用事業(yè)部門在計(jì)劃、管理和運(yùn)營(yíng)電力系統(tǒng)方面遇到了很多新的挑戰(zhàn)。新能源的快速擴(kuò)散促進(jìn)了柔性能源系統(tǒng)的需求增長(zhǎng)，來(lái)保證多種資源可以安全、有效并網(wǎng)。
傳統(tǒng)上的靈活性主要依靠具有快速爬坡能力、較低最小負(fù)荷、較短啟動(dòng)時(shí)間的傳統(tǒng)熱力發(fā)電提供，比如開(kāi)式循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)。但是，為了實(shí)現(xiàn)高比例VRE發(fā)電并網(wǎng)，電網(wǎng)的所有部分都需要應(yīng)用靈活性措施來(lái)降低提供靈活性的整體成本，見(jiàn)圖2。電力儲(chǔ)能，連同其他緩解措施（比如需求響應(yīng)、柔性發(fā)電、智能輸配電網(wǎng)），可以保障高比例光伏發(fā)電、風(fēng)電并網(wǎng)（IRENA，2018a，2019b）。
但是，每種情況下的電力儲(chǔ)能應(yīng)用進(jìn)展有所差異，取決于能源部門轉(zhuǎn)型進(jìn)程、能夠提供類似能力的可選技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性，以及電力儲(chǔ)能的成本和性能[3]。
影響電力儲(chǔ)能大規(guī)模應(yīng)用的因素包括：
（1）成本和技術(shù)成熟度。儲(chǔ)能電池成本在快速下降，衰減率和能量密度等技術(shù)參數(shù)在持續(xù)改善。儲(chǔ)能電池，包括儲(chǔ)能電站和電動(dòng)汽車（EVs）的應(yīng)用正在加速。即使抽水蓄能電站仍然是目前最大的儲(chǔ)能方案，儲(chǔ)能電池仍有望在能源部門提高靈活性方面扮演關(guān)鍵角色（IRENA，2017a）。
（2）儲(chǔ)能所有者獲取經(jīng)濟(jì)收益困難。儲(chǔ)能參與方之間的利益分配機(jī)制仍需進(jìn)一步明確。這主要是因?yàn)殡娏ο到y(tǒng)高度復(fù)雜，并且需要?jiǎng)討B(tài)管理整個(gè)系統(tǒng)。每個(gè)電力系統(tǒng)有其自己的物理架構(gòu)、用電需求以及競(jìng)爭(zhēng)性市場(chǎng)環(huán)境下的電力市場(chǎng)機(jī)制和監(jiān)管框架，沒(méi)有一種單獨(dú)的方案可以適用所有案例。有必要采用先進(jìn)工具、提出合適的方法論來(lái)為政策制定者提供有效指導(dǎo)，幫助他們制定出最佳政策來(lái)實(shí)現(xiàn)參與方之間的經(jīng)濟(jì)利益合理分配（IRENA，2017a）。
本報(bào)告提出的ESVF是IRENA之前在儲(chǔ)能促進(jìn)VRE并網(wǎng)研究方面工作的延續(xù)（IRENA，2015a）[4]。ESVF用于識(shí)別儲(chǔ)能給電力系統(tǒng)參與方帶來(lái)的價(jià)值。它允許參與方分析電力儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)用的價(jià)值和挑戰(zhàn)?？蚣芸紤]以下因素：a）電力儲(chǔ)能給電網(wǎng)帶來(lái)的價(jià)值；b）儲(chǔ)能的最佳利用方式；c）儲(chǔ)能總的經(jīng)濟(jì)收益大于成本的方法，來(lái)保障系統(tǒng)落地并降低系統(tǒng)成本[5]。
ESVF首先識(shí)別電力儲(chǔ)能可以提供的服務(wù)。價(jià)值評(píng)估是通過(guò)對(duì)比有無(wú)儲(chǔ)能時(shí)的電力系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)成本來(lái)實(shí)現(xiàn)的?？蚣苓€介紹了一種可以識(shí)別并網(wǎng)價(jià)值高于成本的電力儲(chǔ)能項(xiàng)目的方法。因?yàn)槭菑恼麄€(gè)電力系統(tǒng)的角度來(lái)計(jì)算電力儲(chǔ)能的價(jià)值，但項(xiàng)目業(yè)主往往無(wú)法從項(xiàng)目本身提供的服務(wù)上獲得收益。開(kāi)發(fā)者很難證明電力儲(chǔ)能系統(tǒng)建設(shè)的經(jīng)濟(jì)性。基于ESVF，支持政策制定者根據(jù)系統(tǒng)價(jià)值制定政策，實(shí)現(xiàn)參與方之間的合理利益分配。本報(bào)告建議了一些激勵(lì)和補(bǔ)償方面的政策措施來(lái)促進(jìn)具有成本效益的儲(chǔ)能項(xiàng)目開(kāi)發(fā)?？梢曰诜治鼋Y(jié)果來(lái)考慮或采納這些政策措施。
電力儲(chǔ)能評(píng)估框架（ESVF）旨在回答以下問(wèn)題：
（1）間歇性可再生能源（VRE）能夠提供什么服務(wù)以及輔助服務(wù)？
（2）哪種儲(chǔ)能技術(shù)可以提供此類服務(wù)，相應(yīng)的成本有哪些？
（3）相對(duì)于需求響應(yīng)、更靈活的發(fā)電和更堅(jiān)強(qiáng)的輸配電網(wǎng)，儲(chǔ)能如何有效降低系統(tǒng)成本？
（4）可經(jīng)濟(jì)地提供相關(guān)服務(wù)的儲(chǔ)能系統(tǒng)如何實(shí)施才能實(shí)現(xiàn)最佳收益？通過(guò)優(yōu)化操作，在特定的市場(chǎng)環(huán)境下，儲(chǔ)能項(xiàng)目是否在經(jīng)濟(jì)性上是可行的？
（5）在儲(chǔ)能供應(yīng)商提供的價(jià)值和儲(chǔ)能業(yè)主所實(shí)現(xiàn)的價(jià)值之間，是否還有缺口？如果有，可以給政策制定者提供哪些最佳建議來(lái)彌補(bǔ)這個(gè)缺口？
（6）怎么樣通過(guò)體系化的方法進(jìn)行分析，支持政策制定者制定相應(yīng)的政策并回答上述問(wèn)題？
ESVF框架按照下面5個(gè)階段回答上述問(wèn)題（圖3）：
（1）第1階段：識(shí)別電力儲(chǔ)能支持VRE并網(wǎng)方面提供的服務(wù)。電力儲(chǔ)能提供的服務(wù)分類，一定程度上是基于IRENA前序電力儲(chǔ)能工作基礎(chǔ)上的（IRENA，2015a，2017a）。
（2）第2階段：對(duì)各種儲(chǔ)能技術(shù)在提供第1階段所識(shí)別的服務(wù)方面適用性進(jìn)行打分排名。該階段幫助分析者避免在模擬過(guò)程的起始階段做出錯(cuò)誤選擇。
（3）第3階段：與其他備選方案相比，比如提高能效、需求響應(yīng)和新建化石燃料電廠，電力儲(chǔ)能在提供所述服務(wù)上的有效性。從整個(gè)電網(wǎng)層面，電力儲(chǔ)能提供的不同服務(wù)的總價(jià)值最終按照OPEX、CAPEX的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)進(jìn)行估算。
（4）第4階段：框架分析了在第3階段模擬的市場(chǎng)環(huán)境下，儲(chǔ)能項(xiàng)目作為價(jià)格接受者的實(shí)際案例。該階段，同時(shí)考慮項(xiàng)目能夠提供的各種服務(wù)，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)收益的最大化。這主要適用于非管制市場(chǎng)環(huán)境。
（5）第5階段：儲(chǔ)能項(xiàng)目全壽期的收益決定了該項(xiàng)目最終是否是經(jīng)濟(jì)上可行的。如果不可行，怎么補(bǔ)救。該階段作為最后一個(gè)階段，輸出的是項(xiàng)目級(jí)的成本和收益分析結(jié)果。其中，成本是指建設(shè)、運(yùn)營(yíng)儲(chǔ)能項(xiàng)目的投資，收益是指項(xiàng)目級(jí)和電網(wǎng)級(jí)的收益總和。該階段，輸出結(jié)果應(yīng)是貨幣化的收益，它可能高于也可能低于項(xiàng)目的系統(tǒng)價(jià)值。
圖3 電力儲(chǔ)能評(píng)估框架：5個(gè)階段
ESVF的目的是提供一種基于詳細(xì)和復(fù)雜分析支持政策制定的手段。這種分析需要采用：a）大量數(shù)據(jù)；b）合適的優(yōu)化工具。需要使用ESVF的分析者，需要在有不同容量和成本參數(shù)內(nèi)容的模擬工具中進(jìn)行選擇，并進(jìn)行合理（比如，假設(shè)條件合理，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確）、可行（比如，不需要不合理的數(shù)據(jù)量，有合理運(yùn)行時(shí)間）的建模分析、案例研究。
I-2電力儲(chǔ)能在VRE并網(wǎng)中的作用
自20世紀(jì)前25年以來(lái)，儲(chǔ)能（主要是抽水蓄能）被用于提供廣泛的電網(wǎng)服務(wù)來(lái)支持電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)、可靠和安全運(yùn)營(yíng)。目前，全球電力儲(chǔ)能的最大來(lái)源是抽水蓄能，抽水蓄能的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性上有優(yōu)勢(shì)（IRENA，2017a）。過(guò)去一百年中，電力儲(chǔ)能行業(yè)持續(xù)演進(jìn)，并根據(jù)變化的能源和運(yùn)營(yíng)要求、技術(shù)進(jìn)步不斷調(diào)整。
除抽水蓄能之外，提供特定服務(wù)的很多電力儲(chǔ)能技術(shù)不斷出現(xiàn)，它們的成本和技術(shù)特征各異，目前的成熟度和應(yīng)用水平各有差異。這些儲(chǔ)能技術(shù)包括固態(tài)電池、液流電池、飛輪儲(chǔ)能、壓縮空氣儲(chǔ)能（CAES）。電力儲(chǔ)能可為電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)提供的多種潛在服務(wù)分為能源服務(wù)、輔助服務(wù)、延緩輸配電網(wǎng)投資、緩解阻塞以及用戶能源管理服務(wù)（Sandia National Laboratories，1993，1994，2010；EPRI and DOE，2003；CAISI，2007；DOER and MassCEC，2016；ENTSO-E，2016；EASA and EERA，2017）（見(jiàn)圖6和本報(bào)告第III部分，第III部分提供了8種電力儲(chǔ)能應(yīng)用實(shí)例）。
近年來(lái)，儲(chǔ)能發(fā)展獲得了越來(lái)越多的關(guān)注，包括前沿儲(chǔ)能技術(shù)、儲(chǔ)能成本降低（尤其是鋰電池）、自由電力市場(chǎng)和輔助服務(wù)市場(chǎng)的發(fā)展、新建輸配電網(wǎng)的挑戰(zhàn)、離網(wǎng)系統(tǒng)中光伏和風(fēng)電代替柴油發(fā)電時(shí)儲(chǔ)能的賦能作用，以及高比例VRE并網(wǎng)的解決方案需求。
在促進(jìn)VRE并網(wǎng)方面，電力儲(chǔ)能有望扮演關(guān)鍵角色（IRENA，2018a，2019b）。高比例VRE并網(wǎng)的挑戰(zhàn)來(lái)自于其固有特性。更具體的說(shuō)，太陽(yáng)能和風(fēng)能資源的波動(dòng)性和不確定性為實(shí)現(xiàn)供需平衡帶來(lái)了技術(shù)挑戰(zhàn)，反過(guò)來(lái)，又增加了系統(tǒng)靈活性的要求。不斷提高的靈活性系統(tǒng)要求需要很多措施，儲(chǔ)能是其中之一。其他措施還包括柔性發(fā)電、需求側(cè)管理、智能堅(jiān)強(qiáng)輸配電網(wǎng)以及部門耦合（比如，可再生能源制氫[6]和車輛到電網(wǎng)[V2G]靈活性）（IRENA，2018a，2019b）。如本報(bào)告其他部分詳細(xì)闡述的那樣，ESVF的目的是在考慮提供延伸服務(wù)和成本效益的前提下，將儲(chǔ)能和其他方案進(jìn)行對(duì)比。
VRE并網(wǎng)直接影響了電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商，因?yàn)樗鼧O大影響了電網(wǎng)服務(wù)以及每種服務(wù)的時(shí)效和運(yùn)行策略。VRE的影響可以按照從亞秒級(jí)（比如，當(dāng)云層遮擋了小型電力系統(tǒng)中的光伏發(fā)電板）到年級(jí)（比如，輸電線路從開(kāi)發(fā)到交付的時(shí)間）的響應(yīng)時(shí)間等級(jí)進(jìn)行劃分。儲(chǔ)能技術(shù)的具體應(yīng)用需要考慮合理的技術(shù)特征、名義響應(yīng)時(shí)間、電力容量和能量容量（Denholm et al., 2010）以及同步慣性。后者對(duì)于VRE并網(wǎng)非常重要，因?yàn)樵谖床扇『侠泶胧┑那闆r下，高比例的VRE發(fā)電會(huì)影響系統(tǒng)穩(wěn)定性。
在最小的響應(yīng)時(shí)間等級(jí)（亞秒級(jí)）層面上，特定的儲(chǔ)能技術(shù)，比如抽水蓄能，可以提供慣性并提供甩負(fù)荷情況下的第一道保護(hù)，降低電網(wǎng)對(duì)熱力發(fā)電調(diào)頻的依賴。從亞秒級(jí)到秒級(jí)，電力儲(chǔ)能（大部分是電池，但在一些應(yīng)用中還有飛輪）能夠提供快速頻率響應(yīng)，這也是目前一些電力系統(tǒng)正在實(shí)施的方案。在秒級(jí)到分鐘級(jí)的層面，儲(chǔ)能主要用于提供調(diào)頻備用（主要是電池、飛輪和抽水蓄能）。在分鐘級(jí)到小時(shí)級(jí)上，抽水蓄能、CAES和液流電池可用于負(fù)荷跟隨和能源移時(shí)利用。在小時(shí)級(jí)到天級(jí)、星期級(jí)甚至月級(jí)以上，電力儲(chǔ)能可以長(zhǎng)期儲(chǔ)存電量[7]，這在VRE并網(wǎng)時(shí)是必要的（圖4）。
圖4 不同響應(yīng)等級(jí)下電力儲(chǔ)能可提供的系統(tǒng)服務(wù)
尤其是，當(dāng)ESVF用于比對(duì)電力儲(chǔ)能與其他靈活性方案在系統(tǒng)級(jí)（框架的第3部分）的成本和收益時(shí)，ESVF的完整執(zhí)行過(guò)程（第1階段到第5階段）提供了面向特定電力儲(chǔ)能的視角。換句話說(shuō)，ESVF不是用于為電力儲(chǔ)能的替代方案提供政策建議的。
電力儲(chǔ)能提供的服務(wù)取決于與電網(wǎng)的相互連接情況。例如，連接在輸電網(wǎng)上時(shí)，電力儲(chǔ)能可以支持不斷增長(zhǎng)的VRE（如前所述）并網(wǎng)，尤其是在競(jìng)買競(jìng)賣的電力市場(chǎng)。同時(shí)，可以在不同的響應(yīng)時(shí)間等級(jí)上根據(jù)其技術(shù)能力提供輔助服務(wù)。當(dāng)電力儲(chǔ)能連接于配電網(wǎng)時(shí)，可以提供所有上述服務(wù)。此外，還可在就地變電站提供供電容量和可靠性服務(wù)，延緩配電網(wǎng)擴(kuò)容投資，支持分布式可再生能源并網(wǎng)。電力儲(chǔ)能還可連接于其他發(fā)電設(shè)施，幫助獲得高電價(jià)、提供電網(wǎng)服務(wù)、節(jié)約并網(wǎng)成本。最后，電力儲(chǔ)能可用于電表接入點(diǎn)后（圖5），支持用戶提高光伏發(fā)電消納，從而降低電費(fèi)支出（需要分時(shí)計(jì)價(jià)的需求側(cè)管理機(jī)制），提高電能質(zhì)量和用電可靠性。潛在地，還支持通過(guò)聚合服務(wù)商來(lái)參與能源管理、電力批發(fā)和輔助服務(wù)市場(chǎng)(EPRI and US DOE，2013；RMI，2015；IRENA，IEA，REN32，2018）。
圖5 電力儲(chǔ)能在電網(wǎng)中的應(yīng)用
物理位置、運(yùn)營(yíng)模式（與發(fā)電機(jī)結(jié)合或者獨(dú)立運(yùn)行）、電力儲(chǔ)能所處的監(jiān)管環(huán)境和市場(chǎng)架構(gòu)，會(huì)極大影響所需要分析的內(nèi)容來(lái)估算系統(tǒng)級(jí)和項(xiàng)目級(jí)的收益。第3階段會(huì)詳細(xì)介紹這些需要考慮的內(nèi)容。例如，電力儲(chǔ)能可以獨(dú)立運(yùn)行，也可以與發(fā)電設(shè)施（如光伏發(fā)電廠、風(fēng)力發(fā)電廠）聯(lián)合運(yùn)行。在儲(chǔ)能與光伏發(fā)電廠聯(lián)合部署而不是獨(dú)立運(yùn)行時(shí)，這實(shí)際上是一種“混合發(fā)電廠”資產(chǎn)[8]。
電力儲(chǔ)能可以通過(guò)提供電網(wǎng)服務(wù)減輕VRE波動(dòng)性和不確定性的影響。例如，CAISO描述了儲(chǔ)能是如何競(jìng)價(jià)參與輔助服務(wù)的，包括提供調(diào)頻、提供備用來(lái)治理VRE的不確定帶來(lái)的頻率偏差，或者提供負(fù)荷跟隨服務(wù)來(lái)彌補(bǔ)實(shí)時(shí)負(fù)荷和調(diào)度指令之間的偏差。當(dāng)有風(fēng)時(shí)（風(fēng)力在夜晚會(huì)更高但此時(shí)電價(jià)低，一般是這樣但并非全部如此），儲(chǔ)能進(jìn)行充電并在尖峰時(shí)段放電來(lái)獲得最大收益，這樣儲(chǔ)能就實(shí)現(xiàn)了VRE發(fā)電的移時(shí)利用。類似的，儲(chǔ)能還有可能提高VRE的可靠容量，支持VRE參與容量市場(chǎng)，延緩傳統(tǒng)容量擴(kuò)容需求。
電力儲(chǔ)能還可降低因預(yù)測(cè)偏差帶來(lái)的出力波動(dòng)性，改善電能質(zhì)量，從而支持VRE并網(wǎng)。例如，電力儲(chǔ)能可以降低因爬坡超限、不平衡（無(wú)法向電力市場(chǎng)提供競(jìng)買的電量）給電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商帶來(lái)的罰款，潛在地節(jié)約了成本。此外，在合理的機(jī)制下，VRE/儲(chǔ)能業(yè)主可以通過(guò)提供區(qū)域控制帶來(lái)系統(tǒng)級(jí)的收益（Sandia National Laboratories，2010）。尤其是，儲(chǔ)能可以安裝在整個(gè)垂直整合系統(tǒng)中價(jià)值最大的地方[9]。但在自由市場(chǎng)中，可能會(huì)有給發(fā)電商和消費(fèi)者安裝儲(chǔ)能的激勵(lì)或補(bǔ)貼來(lái)幫助他們獲得最大收益，但這并不會(huì)轉(zhuǎn)化成系統(tǒng)的最大價(jià)值。特定環(huán)境下（比如，南澳洲和夏威夷），會(huì)有光儲(chǔ)結(jié)合的競(jìng)拍方式來(lái)支持“系統(tǒng)友好”的VRE項(xiàng)目實(shí)施。
最后，當(dāng)采用運(yùn)行組合優(yōu)化來(lái)提供多種服務(wù)時(shí)[10]，電力儲(chǔ)能可以獲得最大項(xiàng)目?jī)r(jià)值。很多研究基于電力市場(chǎng)的數(shù)據(jù)證實(shí)，僅提供一種服務(wù)（比如，套利）的電力儲(chǔ)能項(xiàng)目是無(wú)法收回投資的。但是，當(dāng)它提供額外的服務(wù)時(shí)，如套利之外的一系列輔助服務(wù)，這些服務(wù)可以提供現(xiàn)金收益，從而挺高了盈利能力（Nikolakakis and Fthenakis，2018；Drury，Denholm andSioshansi，2011；Sioshansi ei al.，2009；Salles et al.，2017；Teng et al.，2015；Zakeri and Syri，2016）。ESVF強(qiáng)調(diào)了儲(chǔ)能優(yōu)化運(yùn)行的必要性，通過(guò)疊加多種服務(wù)的收益來(lái)評(píng)估最佳價(jià)值。
I-3方法論
ESVF為決策者識(shí)別儲(chǔ)能為VRE比例不斷提升的電網(wǎng)帶來(lái)的價(jià)值提供了指導(dǎo)，探索各種可能的應(yīng)用和機(jī)制來(lái)支持儲(chǔ)能項(xiàng)目的可行性。尤其是，ESVF在評(píng)價(jià)儲(chǔ)能給電網(wǎng)帶來(lái)的價(jià)值方面最有效。通過(guò)確定以下內(nèi)容：a）降低系統(tǒng)總成本的額外儲(chǔ)能最佳容量；b）現(xiàn)有監(jiān)管框架和一系列的可能應(yīng)用下儲(chǔ)能項(xiàng)目的可行性；c）可能促進(jìn)儲(chǔ)能應(yīng)用的監(jiān)管措施，它允許對(duì)比儲(chǔ)能的實(shí)施成本，使其不超過(guò)系統(tǒng)級(jí)的收益。
ESVF開(kāi)始于第1階段，在特定背景（比如，國(guó)家、計(jì)劃、監(jiān)管框架）下識(shí)別儲(chǔ)能可以提供的與VRE并網(wǎng)相關(guān)的服務(wù)。這些服務(wù)可以組合在一起以提高項(xiàng)目可行性。然后，描繪最適用的技術(shù)全景圖，根據(jù)適用性給出一個(gè)暫定的排名（第2階段）。第2階段旨在防止分析人員在模擬分析一開(kāi)始就選擇了不適用的儲(chǔ)能技術(shù)。這兩個(gè)階段可以在一個(gè)簡(jiǎn)單分析環(huán)境（比如，電子表格）下進(jìn)行，但是接下來(lái)的階段需要能夠進(jìn)行優(yōu)化分析的模擬工具。
第3階段需要調(diào)度電力系統(tǒng)來(lái)評(píng)估儲(chǔ)能的價(jià)值。最小成本投資分析階段還會(huì)進(jìn)一步補(bǔ)充，以對(duì)比儲(chǔ)能和其他方案。一旦儲(chǔ)能的最佳容量以及其他靈活性措施確定了，第3階段的數(shù)據(jù)集（比如，電價(jià)）就可以用在第4階段來(lái)模擬儲(chǔ)能系統(tǒng)。這個(gè)階段，采用第3階段的輸出結(jié)果作為輸入并重新優(yōu)化儲(chǔ)能調(diào)度來(lái)獲得儲(chǔ)能所提供服務(wù)的最大收益。該階段將重點(diǎn)從系統(tǒng)級(jí)轉(zhuǎn)移到了儲(chǔ)能項(xiàng)目本身。最后，在第5階段，這些收益會(huì)與第3階段得到的系統(tǒng)價(jià)值進(jìn)行對(duì)比。在最后這個(gè)階段，通過(guò)系統(tǒng)成本與經(jīng)濟(jì)收益之間的差值來(lái)評(píng)估項(xiàng)目可行性。對(duì)比可選的監(jiān)管措施，解決這個(gè)由新技術(shù)引起的資金缺口。當(dāng)面向這些新技術(shù)的市場(chǎng)機(jī)制設(shè)計(jì)好之后，這些措施就不需要了。下文給出了這個(gè)階段的更詳細(xì)討論。
圖6 電力儲(chǔ)能服務(wù)以及它們與可再生能源發(fā)電并網(wǎng)的關(guān)聯(lián)
第1階段：識(shí)別電力儲(chǔ)能可支持VRE并網(wǎng)的服務(wù)
框架的第1階段是識(shí)別電力儲(chǔ)能可以支持VRE并網(wǎng)的相關(guān)服務(wù)。根據(jù)電力儲(chǔ)能支持電網(wǎng)服務(wù)的能力對(duì)其進(jìn)行分類，得到圖6的服務(wù)清單。服務(wù)包括放電、提供可靠容量、延緩?fù)顿Y需求、支持用戶能源管理和直接支持VRE并網(wǎng)（EASAC，2017；EPRI and US DOE，2013；Southern CaliforniaEdison，2013；EASA and EERA，2017）。
根據(jù)圖6中的服務(wù)內(nèi)容，以下內(nèi)容被認(rèn)為可以直接或間接為VRE并網(wǎng)提供支持（雖然其價(jià)值在不同國(guó)家的定義是不同的，取決于電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施和市場(chǎng)設(shè)計(jì)）：大量的能量移時(shí)利用、能源供應(yīng)能力、快速頻率響應(yīng)、一次調(diào)頻[11]和二次調(diào)頻，頻率調(diào)整、延緩輸配電網(wǎng)升級(jí)、延緩容量投資、零售端移時(shí)利用、電力可靠性（包括通過(guò)無(wú)功注入提供電壓支持，可能的黑啟動(dòng)服務(wù)）。例如，“電表后”儲(chǔ)能可以同時(shí)支持分布式電源并網(wǎng)、自發(fā)自用用戶積極參與全面能源管理。但是，為了實(shí)現(xiàn)其最大價(jià)值，分布式能源系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商需要扮演更積極的角色，消費(fèi)者需要有能力參與多種能源市場(chǎng)。這需要一些機(jī)制支持，如聚合商的機(jī)制（IRENA，2019a）。
如第2節(jié)所述，電力儲(chǔ)能可以在提供主要服務(wù)的同時(shí)，提供輔助服務(wù)。電力儲(chǔ)能促進(jìn)VRE并網(wǎng)的作用可能是間接的。例如，在孤立的抽水蓄能單元提供能源套利（低價(jià)買電、高價(jià)賣電）時(shí)，快速負(fù)荷跟隨、頻率響應(yīng)也可以降低VRE棄電。類似，CAES和VRE組合，在作為混合發(fā)電廠（比如，通過(guò)提供可靠容量、能源套利和爬坡控制）獲取最大收益時(shí)，也可以間接延緩調(diào)峰容量增長(zhǎng)需求，降低輔助服務(wù)的需求。
服務(wù)的識(shí)別是一次性[12]的工作，用于定義儲(chǔ)能所能提供的服務(wù)類型和明細(xì)。這樣，就可以開(kāi)發(fā)用于評(píng)估儲(chǔ)能成本效益的方法論。第3階段和第4階段可能需要多次進(jìn)行來(lái)提取價(jià)值內(nèi)容。進(jìn)一步，相當(dāng)一部分的儲(chǔ)能價(jià)值有望來(lái)自延緩其他投資方面，比如調(diào)峰電廠或輸配電網(wǎng)（T&D）投資，尤其是用電需求持續(xù)增長(zhǎng)的電力系統(tǒng)，或者是VRE發(fā)電比重較高的情況。
第4階段的解釋中，詳細(xì)討論了這些因素。ESVF允許多種價(jià)值流的可行性評(píng)估。第4階段詳細(xì)描述的電力儲(chǔ)能提供的服務(wù)，進(jìn)行了案例分類。每種案例下，電力儲(chǔ)能可以提供多種服務(wù)組合。每種服務(wù)必須與其他服務(wù)兼容，避免重復(fù)計(jì)算價(jià)值。為了落地一個(gè)項(xiàng)目，往往要先考慮儲(chǔ)能的一項(xiàng)主要功能，其他功能作為輔助功能。例如，電力儲(chǔ)能可以用于能源套利，但這部分資產(chǎn)也可以保留一部分容量來(lái)提供其他形式的服務(wù)，比如二次調(diào)頻。服務(wù)的提供和分配是第4階段優(yōu)化的內(nèi)容。
第2階段：為識(shí)別的服務(wù)繪制儲(chǔ)能技術(shù)全景圖
對(duì)前一階段識(shí)別的儲(chǔ)能服務(wù)，本階段進(jìn)一步補(bǔ)充常用儲(chǔ)能方案的全面技術(shù)和經(jīng)濟(jì)分析，來(lái)確定每種服務(wù)適用的儲(chǔ)能技術(shù)。這一階段，根據(jù)其在具體應(yīng)用中的相關(guān)度分配權(quán)重系數(shù)，形成的矩陣用于評(píng)估特定技術(shù)在特定應(yīng)用中的適用程度。這一階段，根據(jù)它們提供第1階段所述服務(wù)的優(yōu)先度，最終輸出儲(chǔ)能技術(shù)的排名。
根據(jù)IRENA報(bào)告（IRENA，2017a），用于評(píng)估電力儲(chǔ)能技術(shù)的關(guān)鍵的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見(jiàn)表1。
表1 電力儲(chǔ)能適用性評(píng)估的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)
注：AC=alternating current；kW=kilowatt；kWh=kilowatt hour；Wh/kg=watt hour per kilogram；Wh/L=watt per litre。
第3階段：對(duì)比分析電力儲(chǔ)能相對(duì)其他可選方案的系統(tǒng)價(jià)值
ESVF的一個(gè)目標(biāo)是評(píng)估電力儲(chǔ)能相對(duì)其他靈活性措施的優(yōu)勢(shì)。一般，這會(huì)在第3階段進(jìn)行。雖然電力儲(chǔ)能是實(shí)現(xiàn)能源系統(tǒng)脫碳化的關(guān)鍵技術(shù)，但是在一些特定情況下，相對(duì)其他措施，電力儲(chǔ)能可能沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng)力。在第3階段，會(huì)從提供所識(shí)別服務(wù)的有效性、相對(duì)于其他措施的經(jīng)濟(jì)性兩個(gè)方面評(píng)估電力儲(chǔ)能的價(jià)值。例如，可選的技術(shù)可能是需求響應(yīng)、靈活性發(fā)電等靈活性來(lái)源，或者是輸電網(wǎng)升級(jí)（后者可能需要一個(gè)綜合評(píng)估輸電和發(fā)電的模型）。這些對(duì)比是通過(guò)最小成本擴(kuò)容優(yōu)化和發(fā)電成本模擬實(shí)現(xiàn)的。
基于合適的優(yōu)化工具和相關(guān)輸入，擴(kuò)容優(yōu)化被電力部門廣泛使用來(lái)識(shí)別長(zhǎng)期最小成本實(shí)施路線。分析的目標(biāo)是，在技術(shù)和適用政策范圍內(nèi)，識(shí)別能夠滿足電力需求（當(dāng)前及未來(lái)）的最小成本投資方案。
擴(kuò)容軟件估算運(yùn)營(yíng)成本時(shí)，常常無(wú)法進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算（比如，日內(nèi)市場(chǎng)的小時(shí)內(nèi)運(yùn)行模擬以及小時(shí)內(nèi)的調(diào)度）。因?yàn)檫@個(gè)原因，需要綜合利用擴(kuò)容模擬軟件和與發(fā)電成本模擬軟件，來(lái)精確估算電力系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)成本。發(fā)電成本優(yōu)化采用數(shù)值方法，來(lái)模擬采用一個(gè)小時(shí)甚至更短的時(shí)間為步長(zhǎng)的發(fā)電系統(tǒng)的機(jī)組組合、經(jīng)濟(jì)調(diào)度。
投資優(yōu)化需要考慮很多現(xiàn)實(shí)世界的限制條件，如政策目標(biāo)（比如，二氧化碳減排目標(biāo)）、燃料可用性、系統(tǒng)可靠性（比如，系統(tǒng)的任何物理結(jié)構(gòu)變化不能降低系統(tǒng)可靠性）。電力系統(tǒng)優(yōu)化的基礎(chǔ)在IRENA報(bào)告（IRENA，2018a）中有詳細(xì)的討論。此外，IRENA已經(jīng)開(kāi)發(fā)了開(kāi)源工具IRENA Flex Tool，可以提供聚焦于系統(tǒng)可靠性的擴(kuò)容和發(fā)電成本優(yōu)化模擬。IRENA Flex Tool還能將電力儲(chǔ)能與其他靈活性措施進(jìn)行對(duì)比，比如電動(dòng)汽車、電熱鍋爐、熱泵和制氫（IRENA，2018b）。
ESVF評(píng)估儲(chǔ)能系統(tǒng)價(jià)值的方法包括以下步驟：
第1步：為了識(shí)別最優(yōu)投資，電力儲(chǔ)能要與其他可選技術(shù)（比如，提高能效、需求響應(yīng)、新建輸電和調(diào)峰電廠）按照最小成本擴(kuò)容優(yōu)化的方式一起考慮。為了精確估算價(jià)值、確定最優(yōu)容量以及儲(chǔ)能在研究時(shí)期（一年到若干年）內(nèi)的成本，需要進(jìn)行發(fā)電成本模擬[13]。
第2步：在可選項(xiàng)（包括第1步中提到的選項(xiàng)）中去除儲(chǔ)能，重復(fù)第1步。擴(kuò)容分析提供了服務(wù)于電網(wǎng)需求的可選方案集合。發(fā)電成本模擬用于精確估算運(yùn)營(yíng)成本。
第3步：在研究期內(nèi)，對(duì)第1步和第2步的系統(tǒng)總成本進(jìn)行對(duì)比。第3階段只會(huì)實(shí)施對(duì)系統(tǒng)有益的儲(chǔ)能方案。增加電力儲(chǔ)能后，與“老技術(shù)”對(duì)比發(fā)現(xiàn)的差值部分就是儲(chǔ)能給系統(tǒng)帶來(lái)的收益。
通常，主要的收益可以用上述方法估算。收益主要來(lái)自減少OPEX、CAPEX，見(jiàn)表2。
（1）通過(guò)緩解可選項(xiàng)的需求（包括調(diào)峰容量、需求響應(yīng)和輸電基礎(chǔ)設(shè)施投資）節(jié)約CAPEX。CAPEX節(jié)約通過(guò)對(duì)比有無(wú)儲(chǔ)能的擴(kuò)容優(yōu)化結(jié)果來(lái)獲取。
（2）節(jié)約OPEX。降低的OPEX可以采用發(fā)電成本模型來(lái)估算。典型的發(fā)電成本模型可以對(duì)OPEX各部分分開(kāi)來(lái)估算，即燃料成本（包括啟動(dòng)成本）、可變運(yùn)營(yíng)維護(hù)（O&M）成本、VRE棄電成本（取決于市場(chǎng)環(huán)境），如果適用的話，還有污染物排放成本[14]。在高比例VRE情景下，主要的成本節(jié)約來(lái)自于燃料節(jié)約。表2對(duì)不同的儲(chǔ)能收益進(jìn)行了OPEX、CAPEX分類。
表2 第3階段計(jì)算的電力儲(chǔ)能收益
電力儲(chǔ)能的應(yīng)用可以額外帶來(lái)間接的系統(tǒng)、社會(huì)成本總體節(jié)約。這些可能與系統(tǒng)可靠性（比如，儲(chǔ)能為系統(tǒng)提供慣性）甚至系統(tǒng)安全性（比如，在自然資源匱乏的國(guó)家，儲(chǔ)能支持可再生能源發(fā)電時(shí)的系統(tǒng)獨(dú)立性）相關(guān)。這些因素難以量化。詳細(xì)的電力儲(chǔ)能量化效益討論、其他與建模復(fù)雜性有關(guān)的因素以及規(guī)劃前景見(jiàn)第II部分。
第4階段：模擬系統(tǒng)運(yùn)行和疊加收入
在儲(chǔ)能項(xiàng)目作為價(jià)格接受者以及第3階段模擬獲得系統(tǒng)邊際電價(jià)的基礎(chǔ)上，框架的第4階段模擬分析了項(xiàng)目的實(shí)際運(yùn)行。這一階段，通過(guò)提供多種服務(wù)，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能項(xiàng)目收入最大化。實(shí)際上，大量的儲(chǔ)能參與能源市場(chǎng)會(huì)影響電價(jià)。因此，第4階段的結(jié)果代表了用于獲得第3階段系統(tǒng)邊際電價(jià)情景之上的邊際項(xiàng)目。
這個(gè)階段是評(píng)估特定市場(chǎng)環(huán)境下的電力儲(chǔ)能給業(yè)主帶來(lái)的收入流。項(xiàng)目級(jí)的收益和成本很大程度上取決于關(guān)系到系統(tǒng)收益的市場(chǎng)和監(jiān)管環(huán)境。為了開(kāi)展此類評(píng)估，再次應(yīng)用模擬調(diào)度軟件（比如，發(fā)電成本軟件）進(jìn)行分析。但該分析的目標(biāo)與之前不同，該模型是用于獲得第3階段確定的特定電力儲(chǔ)能項(xiàng)目的最大化收益，而不是獲得最小化系統(tǒng)成本。
之前的步驟中，電力儲(chǔ)能充電的再調(diào)度取決于整個(gè)系統(tǒng)的需求。這里，項(xiàng)目決策是基于其本身經(jīng)濟(jì)收益的。在垂直整合環(huán)境中，這兩個(gè)目標(biāo)是一致的。在自由電力市場(chǎng)里，這兩個(gè)目標(biāo)看起來(lái)是不同的，區(qū)別的焦點(diǎn)在私有的儲(chǔ)能系統(tǒng)參與電力批發(fā)市場(chǎng)上。
這一階段的模型忽略了系統(tǒng)其他的基礎(chǔ)設(shè)施，只關(guān)注儲(chǔ)能項(xiàng)目本身。簡(jiǎn)言之，模型假設(shè)其余的系統(tǒng)的表現(xiàn)不變，因?yàn)閱蝹€(gè)項(xiàng)目無(wú)法影響系統(tǒng)的關(guān)鍵變量。這些變量的例子包括：a）市場(chǎng)電價(jià)；b）提供不同電網(wǎng)服務(wù)的價(jià)格；c）凈負(fù)荷曲線形狀；d）可靠性指標(biāo)；e）所有其他發(fā)電資源的調(diào)度，包括VRE。該方法（或模型）稱為價(jià)格接受者模型。重新調(diào)度整個(gè)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)承諾的最大化收益是有挑戰(zhàn)性的，因?yàn)椴煌馁Y產(chǎn)池會(huì)采用不同的收益最大化算法[15]。
對(duì)未來(lái)規(guī)劃的選擇會(huì)影響項(xiàng)目級(jí)的收益。這是因?yàn)楫?dāng)電力系統(tǒng)中存在電力儲(chǔ)能時(shí)，它會(huì)有助于削減峰谷電價(jià)差（因?yàn)殡娏?chǔ)能將低電價(jià)時(shí)段的電力轉(zhuǎn)移到了高電價(jià)時(shí)段）。儲(chǔ)能用的越多，平滑的效果越好[16]（Drury，Denholm andSioshansi，2011；Nikolakakis andFthenakis，2018），這會(huì)影響其參與電力市場(chǎng)的盈利能力。類似地，提供備用的價(jià)格取決于備用需求以及可用備用容量，而這些又依賴可用的儲(chǔ)能容量。提供備用的價(jià)格會(huì)隨著儲(chǔ)能的增加而降低[17]。
采用“老技術(shù)”案例作為輸入可洞察儲(chǔ)能應(yīng)用早期的價(jià)值評(píng)估。假設(shè)該情況長(zhǎng)期存在（比如，既不會(huì)大規(guī)模建設(shè)儲(chǔ)能，系統(tǒng)的物理架構(gòu)也不會(huì)改變），該結(jié)果代表項(xiàng)目的可行性。因此，如果建設(shè)更多的儲(chǔ)能，項(xiàng)目的長(zhǎng)遠(yuǎn)可行性是不確定的，因?yàn)榇祟愂杖霑?huì)下降（比如，安裝了VRE）。假設(shè)本框架之前階段確定的儲(chǔ)能容量就是實(shí)際希望建造的容量，那么本階段的結(jié)果是精確的。
用于模擬項(xiàng)目及收入的模型需要包括一些儲(chǔ)能可以在電力市場(chǎng)提供的典型服務(wù)。案例包括：
（1）能源套利。這是指在低電價(jià)時(shí)充電并在高電價(jià)時(shí)放電來(lái)獲得收益。根據(jù)其技術(shù)特征，儲(chǔ)能設(shè)備可以參與日前市場(chǎng)或日內(nèi)市場(chǎng)，或者兩個(gè)都參加。這種大量的能源轉(zhuǎn)移服務(wù)通常具有容量大、放電時(shí)間長(zhǎng)的特點(diǎn)（比如，抽水蓄能和CAES），可以降低峰谷電價(jià)差（因?yàn)閮?chǔ)能將低成本電價(jià)移時(shí)到了高峰時(shí)段）。為了模擬電價(jià)差套利的收益，需要系統(tǒng)范圍的電價(jià)時(shí)間序列來(lái)表示第3階段前述步驟識(shí)別的混合發(fā)電運(yùn)行情況。當(dāng)電價(jià)接受者模型假設(shè)電價(jià)預(yù)測(cè)是準(zhǔn)確的時(shí)候，存在高估能源套利價(jià)值的風(fēng)險(xiǎn)?，F(xiàn)代算法允許電價(jià)不確定度的存在，可以提高結(jié)果準(zhǔn)確性（Krishnamurthy et al.，2018；Salles et al.，2017）。
最后，在不與VRE結(jié)合時(shí)，電力儲(chǔ)能可以利用其他發(fā)電資源進(jìn)行充電。然而，在高比例VRE電力系統(tǒng)下，VRE發(fā)電份額高的時(shí)段電價(jià)通常比較便宜，儲(chǔ)能基本上主要用來(lái)平滑凈負(fù)荷。VRE發(fā)電份額低時(shí)（也可能在VRE比例高一些的情況下），用于能源套利的儲(chǔ)能有助于提高廉價(jià)燃煤電廠的容量因子以及它們?cè)诙喾N發(fā)電中的份額。這是因?yàn)?，燃煤電廠的靈活性不足的特點(diǎn)可以由儲(chǔ)能來(lái)補(bǔ)償。
（2）提供輔助服務(wù)。包括一系列運(yùn)行服務(wù)，其主要作用是保障電網(wǎng)在以下情況下的可靠運(yùn)行：a）正常運(yùn)行工況；b）事故工況。全球?qū)τ谳o助服務(wù)的術(shù)語(yǔ)定義、服務(wù)類型千差萬(wàn)別。例如，美國(guó)、歐洲對(duì)輔助服務(wù)相關(guān)的定義分別見(jiàn)NREL（2013）、Holttinen等人（2012）研究成果[18]。輔助服務(wù)的付費(fèi)可以基于購(gòu)買的容量、購(gòu)買的電量或者兩種都有，視情況而定。其他服務(wù)的付費(fèi)需要輸入模型[19]。
輔助服務(wù)通常包括頻率調(diào)整、黑啟動(dòng)和電壓支持。黑啟動(dòng)和電壓支持不能通過(guò)調(diào)度工具精確模擬，因此不能采用ESVF進(jìn)行評(píng)估。電力儲(chǔ)能可以同時(shí)提供多種服務(wù)。例如，儲(chǔ)能同時(shí)提供能源套利、運(yùn)行備用時(shí)，潛在地減少了高電價(jià)時(shí)段可用于套利的容量。但是，模擬儲(chǔ)能在輔助服務(wù)市場(chǎng)的實(shí)際利用是很有挑戰(zhàn)性的。
利用第3階段的系統(tǒng)邊際電價(jià)，可以優(yōu)化儲(chǔ)能提供的多種服務(wù)來(lái)實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目收入最大化。通過(guò)優(yōu)化，儲(chǔ)能項(xiàng)目的小時(shí)間（或小時(shí)內(nèi)）調(diào)度創(chuàng)造的各種收入流是可觀的。圖7顯示了儲(chǔ)能有望提供的服務(wù)類型。圖中，6MWh儲(chǔ)能設(shè)施用于將VRE發(fā)電從11-14時(shí)轉(zhuǎn)移到18-21時(shí)。
注：SOC（state of charge）是荷電狀態(tài)。
圖7 第4階段的輸出示意
第5階段：評(píng)估儲(chǔ)能項(xiàng)目的可行性：系統(tǒng)價(jià)值vs現(xiàn)金收入
儲(chǔ)能的系統(tǒng)范圍收益只能是在項(xiàng)目可行的情況下實(shí)現(xiàn)。此時(shí)意味著有足夠的收入流來(lái)激勵(lì)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)者或業(yè)主進(jìn)行投資。不幸的是，一些系統(tǒng)的收益無(wú)法貨幣化，或者項(xiàng)目業(yè)主無(wú)法直接獲取。因此，在很多情況下，沒(méi)有足夠的激勵(lì)支持項(xiàng)目開(kāi)發(fā)者繼續(xù)推進(jìn)。
將第3階段的系統(tǒng)收益與項(xiàng)目業(yè)主通過(guò)第4階段優(yōu)化的一系列服務(wù)獲得潛在的收入流進(jìn)行對(duì)比，會(huì)得到清晰的解答。第3階段模擬得到的電價(jià)在此處用于計(jì)算儲(chǔ)能項(xiàng)目的收入流。
分析結(jié)果代表了儲(chǔ)能項(xiàng)目業(yè)主可獲得的收入流和系統(tǒng)價(jià)值。如果業(yè)主可獲得的收入流不足以覆蓋項(xiàng)目成本，但是系統(tǒng)收益超出了成本，參與方可以采用這個(gè)分析結(jié)果去識(shí)別最有利的利用方式，采取措施來(lái)激勵(lì)項(xiàng)目落地。
最后階段的結(jié)果是項(xiàng)目級(jí)成本和收益分析。成本是指建設(shè)和運(yùn)營(yíng)特定儲(chǔ)能項(xiàng)目的成本，收益是指系統(tǒng)級(jí)和項(xiàng)目級(jí)收益兩方面。
收益分成了可貨幣化、不可貨幣化兩類。如果總收益超過(guò)成本，但是貨幣化收益少于成本，因而，項(xiàng)目開(kāi)發(fā)者沒(méi)有足夠的經(jīng)濟(jì)動(dòng)力去建設(shè)該項(xiàng)目，即使該項(xiàng)目的效益成本比超過(guò)了1。這時(shí)，需要政策干預(yù)來(lái)提高社會(huì)公益投入。
圖8顯示了一個(gè)項(xiàng)目可行性模型的結(jié)果。在這個(gè)案例中，系統(tǒng)收益超過(guò)成本，貨幣化收益小于成本，對(duì)于項(xiàng)目業(yè)主來(lái)說(shuō)，該項(xiàng)目在經(jīng)濟(jì)上是不可行的。成本和貨幣化收益之間的差額是儲(chǔ)能的高成本或者其他不利的市場(chǎng)機(jī)制造成的。
圖8 第5階段的輸出結(jié)果示意
I-4建議
4.1對(duì)儲(chǔ)能參與方的建議
必須開(kāi)發(fā)一種既能補(bǔ)償儲(chǔ)能供應(yīng)商所提供服務(wù)，又滿足政策要求的機(jī)制?？梢詫?shí)施多種政策措施來(lái)提供適度而不過(guò)度的補(bǔ)償，來(lái)保障電力儲(chǔ)能項(xiàng)目的實(shí)施（RMI，2015）。政策建議可能與監(jiān)管方、垂直整合商、研究機(jī)構(gòu)和下文的電力儲(chǔ)能開(kāi)發(fā)者有關(guān)。
對(duì)于電力儲(chǔ)能開(kāi)發(fā)者
正如IRENA最近的電力儲(chǔ)能成本報(bào)告（IRENA，2017a）中所述，2030年電池儲(chǔ)能的建設(shè)成本將下降50%到60%。電力儲(chǔ)能開(kāi)發(fā)者應(yīng)開(kāi)發(fā)一系列的面向特定市場(chǎng)的商業(yè)模型，比如面向能源服務(wù)聚合商的商業(yè)模型。正如IRENA報(bào)告《Innovation landscape brief on aggregators》（2019c）中強(qiáng)調(diào)的，聚合商能夠運(yùn)行多樣化的分布式電源，包括儲(chǔ)能，建立類似于傳統(tǒng)發(fā)電的可觀容量。這允許他們參與不同的市場(chǎng)獲得現(xiàn)金流，這是單個(gè)、小規(guī)模儲(chǔ)能項(xiàng)目無(wú)法企及的。合作，尤其是與監(jiān)管方和公用事業(yè)的合作，對(duì)于儲(chǔ)能為系統(tǒng)創(chuàng)造收益非常關(guān)鍵，也可以從中發(fā)現(xiàn)哪種商業(yè)模型有助于加速電力儲(chǔ)能的應(yīng)用。
對(duì)于垂直整合商
垂直整合商可能希望升級(jí)它們的規(guī)劃工具、提供開(kāi)放的參與方咨詢服務(wù)，以支持費(fèi)率設(shè)計(jì)者、規(guī)劃方和電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商協(xié)作來(lái)發(fā)揮儲(chǔ)能的最大潛能。其他建議還包括，對(duì)整合資源計(jì)劃中的儲(chǔ)能模擬進(jìn)行升級(jí)和擴(kuò)展、升級(jí)采購(gòu)過(guò)程或者服以及開(kāi)發(fā)新的電力儲(chǔ)能所有權(quán)模型（ESA，2017）。
全球大多數(shù)的系統(tǒng)都是垂直整合的架構(gòu)。相對(duì)于復(fù)雜的非管制環(huán)境，這種架構(gòu)下，獲取儲(chǔ)能的最大潛能的方式更簡(jiǎn)單直接。復(fù)雜的非管制環(huán)境下的主要關(guān)注是儲(chǔ)能資產(chǎn)的所有權(quán)架構(gòu)和資金缺口。在同一個(gè)實(shí)體機(jī)構(gòu)同時(shí)擁有發(fā)電、儲(chǔ)能和電網(wǎng)資產(chǎn)的環(huán)境下，這時(shí)實(shí)體機(jī)構(gòu)可以獲取儲(chǔ)能的最大價(jià)值。
對(duì)于監(jiān)管方
對(duì)監(jiān)管方的關(guān)鍵建議是，消除電力儲(chǔ)能參與能源、容量和輔助服務(wù)市場(chǎng)的阻礙（見(jiàn)FERC，2018）。例如，提供備用的時(shí)長(zhǎng)要求，對(duì)于很多儲(chǔ)能系統(tǒng)來(lái)說(shuō)可能太長(zhǎng)了。還有參與輔助服務(wù)市場(chǎng)的最小容量要求，對(duì)于很多儲(chǔ)能系統(tǒng)來(lái)說(shuō)可能太大了。一個(gè)可能的措施是設(shè)計(jì)一個(gè)新產(chǎn)品支持儲(chǔ)能參與市場(chǎng)來(lái)獲得最大價(jià)值。
另一個(gè)措施是明確將儲(chǔ)能納入輔助服務(wù)市場(chǎng)，消除技術(shù)性歧視。儲(chǔ)能的一個(gè)重要特征是它通過(guò)多種服務(wù)疊加收益的能力。但是，很多情況下，監(jiān)管框架不允許儲(chǔ)能這么做（比如，加利福尼亞15-03-011法案的18-01-003決議允許疊加輸電網(wǎng)可靠性和發(fā)電服務(wù)收益）。
監(jiān)管方可以采取的更進(jìn)一步的措施是創(chuàng)造一個(gè)能支持儲(chǔ)能獲取最大價(jià)值的市場(chǎng)，比如PJM為快速頻率響應(yīng)實(shí)施的基于績(jī)效的監(jiān)管方案。參閱本報(bào)告的第III部分獲取快速頻率響應(yīng)的更多信息和案例。另一個(gè)可能的建議是要求聚合商、輸配電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商采用最小成本和標(biāo)準(zhǔn)的方法論，對(duì)比儲(chǔ)能和現(xiàn)行技術(shù)的提供服務(wù)能力。這需要應(yīng)用到所有規(guī)劃過(guò)程，包括配網(wǎng)規(guī)劃、輸電網(wǎng)規(guī)劃和發(fā)電資源規(guī)劃。
儲(chǔ)能的監(jiān)管框架展示了儲(chǔ)能用于需求側(cè)、發(fā)電側(cè)以及參與方是否允許持有儲(chǔ)能資產(chǎn)方面的根本性差異。
對(duì)于“電表后”儲(chǔ)能，需要開(kāi)展細(xì)致的審查來(lái)確定消費(fèi)者怎樣才能回收儲(chǔ)能投資，但是價(jià)格信號(hào)的缺失常常使得“電表后”儲(chǔ)能不可行（詳細(xì)信息參見(jiàn)第III部分）。
監(jiān)管創(chuàng)新對(duì)于采用儲(chǔ)能的高比例VRE應(yīng)用非常重要。一個(gè)特殊的例子是日本。不同于輸電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商直接采購(gòu)輔助服務(wù)，一些服務(wù)商要求大型光伏項(xiàng)目采用電池儲(chǔ)能來(lái)滿足電網(wǎng)頻率要求。一個(gè)案例是位于日本北部北海道Tomakomal 的38MW光伏發(fā)電項(xiàng)目。該光伏發(fā)電場(chǎng)于2017年建設(shè)了20MW/10MWh的儲(chǔ)能系統(tǒng)來(lái)滿足當(dāng)?shù)啬茉捶?wù)商北海道電力公司的頻率要求（IRENA，2019b）。
對(duì)于研究機(jī)構(gòu)
對(duì)于研究機(jī)構(gòu)的一個(gè)關(guān)鍵建議是開(kāi)發(fā)和驗(yàn)證合適的工具及詳細(xì)的方法來(lái)開(kāi)展本報(bào)告中所述的評(píng)估（尤其是第II部分）。例如，提高工具的時(shí)間分辨率（比如，小時(shí)間、小時(shí)內(nèi)）、保存和維護(hù)年表，，或者捕獲到儲(chǔ)能價(jià)值是如何隨著儲(chǔ)能容量的增加而減少的。更重要的是，模擬未來(lái)規(guī)劃和潛在的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)影響，為政策制定者和監(jiān)管方?jīng)Q策過(guò)程提供支持。
4.2支持有成本效益儲(chǔ)能項(xiàng)目應(yīng)用的政策和監(jiān)管條例
有兩種方式來(lái)提高儲(chǔ)能項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)可行性：a）采用多種政策激勵(lì)補(bǔ)償項(xiàng)目開(kāi)發(fā)者，彌補(bǔ)經(jīng)濟(jì)可行性上的資金缺口；b）改善現(xiàn)有市場(chǎng)機(jī)制，增加儲(chǔ)能可獲得的現(xiàn)金收入。
政策激勵(lì)：彌補(bǔ)經(jīng)濟(jì)可行性的政策激勵(lì)與其他用于早期激勵(lì)VRE應(yīng)用的措施相似，包括：
（1）上網(wǎng)電價(jià)補(bǔ)貼（FITs）：為了鼓勵(lì)VRE項(xiàng)目的推廣，許多政府參照批發(fā)電力市場(chǎng)電價(jià)，對(duì)每kWh的固定補(bǔ)貼鼓勵(lì)可再生能源發(fā)電。VRE和儲(chǔ)能結(jié)合產(chǎn)生的發(fā)電執(zhí)行固定補(bǔ)貼方式，或者采用feed-in rate，使有儲(chǔ)能的VRE獲得的收益高于單獨(dú)VRE發(fā)電。
（2）溢價(jià)補(bǔ)貼（FIPs）。這種機(jī)制下，VRE和儲(chǔ)能結(jié)合的發(fā)電量向現(xiàn)貨市場(chǎng)出售，發(fā)電方獲得高于市場(chǎng)電價(jià)的補(bǔ)貼。FIP可以是固定的（獨(dú)立于市場(chǎng)電價(jià)），也可以是浮動(dòng)的（根據(jù)市場(chǎng)電價(jià)浮動(dòng)），要能夠反映出除了能源服務(wù)之外的服務(wù)產(chǎn)生的價(jià)值。
（3）容量付費(fèi)。定期向項(xiàng)目業(yè)主付費(fèi)，使項(xiàng)目獲得可預(yù)測(cè)的收入流以支持項(xiàng)目的可行性，尤其是在輔助服務(wù)價(jià)格波動(dòng)較大導(dǎo)致項(xiàng)目可行性進(jìn)一步變差的情況。例如，加利福尼亞公用事業(yè)委員會(huì)要求服務(wù)商按月購(gòu)買容量[20]。但是，這依賴于所設(shè)計(jì)的容量機(jī)制。由于降低了價(jià)格的波動(dòng)性和提供靈活性的報(bào)酬，這可能不利于儲(chǔ)能項(xiàng)目。
（4）撥款。撥款用于降低儲(chǔ)能資產(chǎn)的資金成本。撥款可以安裝儲(chǔ)能資金成本的一定比例設(shè)計(jì)。返還資金，比如加利福尼亞的自發(fā)電激勵(lì)項(xiàng)目（SGIP），主要用于“電表后”儲(chǔ)能，是一種廣泛使用的撥款方式。
（5）削峰激勵(lì)。為了降低尖峰負(fù)荷，一些轄區(qū)發(fā)布了需求響應(yīng)計(jì)劃來(lái)鼓勵(lì)減低負(fù)荷。儲(chǔ)能可用于降低尖峰時(shí)段的負(fù)荷，項(xiàng)目業(yè)主不僅僅獲得削峰收入。當(dāng)消費(fèi)者納稅與最大負(fù)荷需求關(guān)聯(lián)時(shí)，儲(chǔ)能可以降低納稅中的容量相關(guān)的稅率。
（6）投資稅收減免（ITCs）。如果充電大部分來(lái)自VRE，項(xiàng)目可按照ITCs運(yùn)作。很多ITC政策設(shè)置了VRE充電比例的閾值，高于這個(gè)閾值，項(xiàng)目可享受ITCs。例如，如果VRE占儲(chǔ)能充電比例的閾值是80%，高于80%時(shí)，項(xiàng)目可享受ITCs。ITC政策是指只采用VRE對(duì)儲(chǔ)能充電時(shí)，減免金額占CAPEX的比例。如果VRE充電占比小于100%，但大于閾值，根據(jù)VRE充電占比來(lái)確定ITCs減免額度。ITC政策通常持續(xù)很多年。這是一項(xiàng)面向直接連接VRE的儲(chǔ)能的美國(guó)特有監(jiān)管措施。其他地方可能不適宜直接照搬該政策，因?yàn)檫@可能帶來(lái)過(guò)度激勵(lì)。
（7）加速折舊。這項(xiàng)政策措施允許儲(chǔ)能資產(chǎn)采用較高的折舊率來(lái)獲得稅收優(yōu)惠。很多類似的政策都定義了折舊率，或者其他類似加倍折舊、修訂的加倍成本回收系統(tǒng)等方式。
市場(chǎng)機(jī)制：現(xiàn)有的電力市場(chǎng)環(huán)境一般是按平衡供需來(lái)設(shè)計(jì)的，發(fā)電商和負(fù)荷方是分離的實(shí)體。在電力儲(chǔ)能中，發(fā)電和用電的角色重疊，儲(chǔ)能很難融入這種市場(chǎng)框架內(nèi)，除非可以在不同的時(shí)間按照不同的角色來(lái)處理。具體來(lái)說(shuō)，充電的時(shí)候是負(fù)荷方，放電的時(shí)候是發(fā)電方。因此，在很多電力市場(chǎng)中，仍然存在影響電力儲(chǔ)能價(jià)值最大利用的監(jiān)管和市場(chǎng)障礙（Gissey，Dodds，and Radcliffe，2018；Sandia National Laboratories，2013）。
由于地區(qū)之間市場(chǎng)機(jī)制和參與規(guī)則的差異，很難找到一種普遍適用的方案。修改規(guī)則來(lái)允許電力儲(chǔ)能完全參與電力市場(chǎng)并獲得系統(tǒng)收益是非常關(guān)鍵的，可以保證儲(chǔ)能項(xiàng)目獲得充足的現(xiàn)金流。
2018年2月，美國(guó)聯(lián)邦能源管委會(huì)（FERC）要求其下轄的區(qū)域電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商修改稅率，建立能夠考慮電力儲(chǔ)能物理和運(yùn)行特性的機(jī)制來(lái)促進(jìn)儲(chǔ)能參與電力市場(chǎng)。FERC的841號(hào)令（FERC，2018）設(shè)定了這些機(jī)制的要求：
FERC要求：
（1）允許儲(chǔ)能提供所有技術(shù)上可以提供的容量、能量和輔助服務(wù)。
（2）儲(chǔ)能能夠設(shè)定批發(fā)市場(chǎng)出清價(jià)格。
（3）儲(chǔ)能要有合理的物理和運(yùn)行特性。
（4）儲(chǔ)能能夠管理自身的充電狀態(tài)。
目前，F(xiàn)ERC監(jiān)管下的電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商正在通過(guò)修改市場(chǎng)規(guī)則來(lái)滿足FERC條令要求，截止日期是2019年12月。在歐盟，電力市場(chǎng)設(shè)計(jì)指令官方認(rèn)可了用于促進(jìn)VRE并網(wǎng)的電力儲(chǔ)能地位，新指令在2019年5月正式生效。指令的修訂旨在減少儲(chǔ)能應(yīng)用的障礙，它強(qiáng)制性規(guī)定了采購(gòu)平衡服務(wù)的非歧視性和競(jìng)爭(zhēng)性要求，以及電網(wǎng)評(píng)估、充電相關(guān)的公平規(guī)則（European Commission，2019；Norton Rose Fulbright，2019）。
I-5結(jié)論
為什么儲(chǔ)能評(píng)估很重要
電力儲(chǔ)能技術(shù)是支持高比例VRE并網(wǎng)的關(guān)鍵。通過(guò)快速的大規(guī)模應(yīng)用和有效提供輔助服務(wù)，儲(chǔ)能可以加速能源轉(zhuǎn)型。VRE發(fā)電越來(lái)越多地采用了與儲(chǔ)能相結(jié)合的應(yīng)用方式來(lái)獲得發(fā)電資產(chǎn)的最大收益（比如，提高捕獲價(jià)格、評(píng)估輔助服務(wù)收入）。消費(fèi)者也在安裝“電表后”儲(chǔ)能來(lái)降低用電成本，這常常與屋頂光伏結(jié)合使用。如果將此類資產(chǎn)聚合起來(lái)，就可以向電網(wǎng)提供有價(jià)值的額外服務(wù)。
電力儲(chǔ)能正在被許多參與方應(yīng)用于電網(wǎng)的所有環(huán)節(jié)。ESVF的目的是支持監(jiān)管方和參與方采用模擬工具來(lái)評(píng)估電力儲(chǔ)能給電網(wǎng)帶來(lái)的價(jià)值，評(píng)估儲(chǔ)能項(xiàng)目的現(xiàn)金流。評(píng)估結(jié)果可用于幫助政策制定者了解是否存在資金“缺口”并制定合適的框架來(lái)保障儲(chǔ)能在電網(wǎng)中的有效應(yīng)用。
第I部分關(guān)于ESVF的概述主要是幫助電網(wǎng)決策者、監(jiān)管方和電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商理解怎么去評(píng)估和支持儲(chǔ)能在電網(wǎng)中的應(yīng)用。
第II部分介紹了ESVF方法的具體細(xì)節(jié)，包括開(kāi)展分析的方法論、需要的模擬工具類型、各階段之間的信息流、推薦的模擬架構(gòu)、怎么樣一步步地計(jì)算收益以及每個(gè)階段需要的輸入輸出。
第II部分可用于技術(shù)人員審查框架的邏輯，然后在合適的電力系統(tǒng)模擬工具的幫助下，采用該框架進(jìn)行電力儲(chǔ)能項(xiàng)目的成本效益分析。
注：
[1]抽水蓄能是將水泵送到高海拔水池，并在需要發(fā)電時(shí)將水釋放，帶動(dòng)水輪機(jī)發(fā)電。其他儲(chǔ)能技術(shù)的例子包括電池、飛輪和壓縮空氣儲(chǔ)能（CAES）。
[2]本報(bào)告中是指所有能夠儲(chǔ)存并重新放電的儲(chǔ)能技術(shù)（比如，電池、飛輪、抽水蓄能、CAES等）。
[3]在非管制市場(chǎng)，因監(jiān)管框架和電力市場(chǎng)沒(méi)能對(duì)儲(chǔ)能補(bǔ)償進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整，也會(huì)給儲(chǔ)能為系統(tǒng)提供價(jià)值上帶來(lái)障礙。
[4]見(jiàn)框圖1。
[5]電力系統(tǒng)的總系統(tǒng)成本是指物理基礎(chǔ)設(shè)施成本和研究期內(nèi)的電力系統(tǒng)運(yùn)行成本，通常分為運(yùn)行成本支出（OPEX）和資本成本支出（CAPEX）。OPEX的主要部分是發(fā)電的燃料成本。CAPEX的主要部分是研究期內(nèi)的年化投資成本。
[6]框架只關(guān)注電力儲(chǔ)能方案。其他方案如制氫、熱泵和電鍋爐（儲(chǔ)熱）不在本報(bào)告范圍。
[7]盡管本框架是關(guān)于電力儲(chǔ)能的，電力制氫、電力制熱也可能是提供長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能的方案。氫氣是一種可大規(guī)模儲(chǔ)存并可重新轉(zhuǎn)化成電力的方案（盡管效率不高）。
[8]ESVF用于評(píng)估電力儲(chǔ)能只作為獨(dú)立電廠時(shí)的價(jià)值。
[9]實(shí)際上，服務(wù)商并不總是以最大系統(tǒng)收益的方式運(yùn)行。這是技術(shù)保守性、監(jiān)管過(guò)時(shí)和缺乏合理的規(guī)劃容量等引起的。
[10]除了通過(guò)多種服務(wù)疊加收益外，還有一種“雙向參與”價(jià)值，它適用于“電表后”儲(chǔ)能并可以為“電表后”儲(chǔ)能帶來(lái)電網(wǎng)服務(wù)、個(gè)體服務(wù)的價(jià)值（比如，為安裝儲(chǔ)能的家庭）。
[11]在全球不同地區(qū)，該輔助服務(wù)采用的術(shù)語(yǔ)不同。
[12]隨著新技術(shù)和服務(wù)的發(fā)展，未來(lái)所描繪的技術(shù)全景圖會(huì)發(fā)生變化。但是，對(duì)于特定的項(xiàng)目，該評(píng)估只需要在儲(chǔ)能評(píng)估的開(kāi)始階段做一次。
[13]即使儲(chǔ)能相對(duì)其他選項(xiàng)無(wú)優(yōu)勢(shì)，這不意味著儲(chǔ)能對(duì)系統(tǒng)沒(méi)有價(jià)值。這只意味著其他方案可以更小的成本提供所需服務(wù)。此外，即使儲(chǔ)能不用于系統(tǒng)級(jí)擴(kuò)容，它的項(xiàng)目級(jí)價(jià)值也能是正的（比如，在有合理的市場(chǎng)架構(gòu)支持儲(chǔ)能應(yīng)用時(shí)）。但此時(shí)，根據(jù)系統(tǒng)范圍價(jià)值來(lái)探索支持儲(chǔ)能應(yīng)用的政策可能無(wú)濟(jì)于事。
[14]其他類型的社會(huì)成本，比如特定污染物帶來(lái)的健康影響，也要在分析中進(jìn)行考慮。
[15]這是因?yàn)閮?yōu)化的目標(biāo)函數(shù)是技術(shù)約束條件（比如，供需平衡、啟動(dòng)時(shí)間約束、爬升約束等）下的最大儲(chǔ)能收益。如果整個(gè)系統(tǒng)都在上述目標(biāo)下來(lái)進(jìn)行發(fā)電成本模擬，所有系統(tǒng)資產(chǎn)需要根據(jù)最大化儲(chǔ)能項(xiàng)目收益的目標(biāo)進(jìn)行調(diào)度，而不是根據(jù)最大化系統(tǒng)價(jià)值的目標(biāo)進(jìn)行調(diào)度。但是，這不代表真實(shí)運(yùn)行情況。
[16]這是僅進(jìn)行能源套利不是可行的儲(chǔ)能長(zhǎng)期收入流的主要原因之一。隨著儲(chǔ)能容量增長(zhǎng)，套利的盈利能力下降。
[17]需要的備用水平還取決于太陽(yáng)能和風(fēng)電等VRE資源給系統(tǒng)帶來(lái)的波動(dòng)性。太陽(yáng)能和風(fēng)電越多，需要的運(yùn)行備用越多，帶來(lái)備用需求的增長(zhǎng)。
[18]注19：本報(bào)告采用歐洲國(guó)家的術(shù)語(yǔ)。
[19]注20：例如，愛(ài)爾蘭的輔助服務(wù)付費(fèi)見(jiàn)：www.eirgridgroup.com/site-files/library/EirGrid/Ancillary-Services-Statement-of-Payments-and-Charges-2017-2018.pdf
[20]此類合約的最新規(guī)則參見(jiàn)CPUC于2018年11月21日發(fā)布的“Proposed Decision Refining the Resource Adequacy Program”，也叫做資源充裕性合約。
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
