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【论文推荐】清华大学程林等:提升电池储能系统经济性研究方法综述

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提升电池储能系统经济性研究方法综述

索克兰,程林*,许鹤麟,黄文瑞

(电力系统及大型发电设备安全控制和仿真国家重点实验室(清华大学电机系))

本文发表在《全球能源互联网》2023年第2期“能源互联网主动支撑新能源供给消纳体系”专题上,受国家重点研发计划项目(2018YFC1902200)、国家自然科学基金(52037006)资助。欢迎品读。

文章导读

随着国家提出“双碳”目标,新能源的发展已成为国家能源战略的重要组成部分。但新能源的特征对电力系统安全稳定运行带来许多挑战。因此,在新能源电力系统中引入BESS势在必行。然而,传统面向发-输-配-用的相关政策和市场机制未能有效促进BESS参与系统调度,无法根据BESS不同物理特性建立差异化的激励机制。此外,BESS投资规模大,投资成本回收周期长,在大多数场景下不具备成本回收的能力。因此,本文从不同物理特性、需求及市场机制、梯次利用电池适用性等多维度分析如何提升电池储能经济性,为BESS未来发展提供了一定的参考意义。

文章亮点

1)从电池不同物理特性、参与电力系统等方面分析了BESS经济性研究现状;

2)从国内外储能政策的提出、电力市场的运营、碳市场的交易等方面总结了BESS需求及市场机制;

3)分析了梯次利用电池适用场景与经济效益,并挖掘现有的不同BESS经济可行性估算方法,并提出其经济效益提升策略;

4)提出BESS参与电力系统存在的问题,并且提出改善建议。

主要内容

提升BESS经济性需着重考虑其物理特性、需求和市场机制、BESS的适用性和经济性研究方法4个部分。

(1)BESS由于内部化学材料不同及制造方法差异,使其能量密度、响应时间、功率密度、能量效率、倍率性能、循环寿命、成本特性、支撑响应时间等本质上有所差异,归纳如表1所示。

 表1 不同物理特性BESS的技术比较

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(2)受技术需求、市场激励机制、政策导向的影响,各国在电源侧、电网侧以及用户侧对BESS的需求及市场机制的规则各不相同。对比分析了BESS参与电网侧调频的相关市场机制,具体如表2所示。

 表2 典型国家的BESS参与调频辅助服务市场对比

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(3)根据电力系统不同场景安全可靠性的要求合理配置梯次利用BESS有助于提高其经济效益,并将不同场景、参数特征和BESS的健康状态(state of health,SOH)相结合可提高其全寿命周期的经济效益,归纳如图1所示。

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⬆ 图1  BESS的SOH分阶段利用与场景的参数特征

(4)与大多数储能类型相比,当前BESS正处于快速发展阶段,尽管已具有较好的市场机制和激励政策,但成本和安全性问题仍亟待解决。国内外已有大量关于经济性的研究,研究方法大致分为物理特性评估、单一价值或多元价值评估、系统价值评估以及平准化成本评估4种方法,其对比如表3所示。

 表3 BESS经济可行性估算方法

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表3中的4种方法可以相结合计算。首先,通过第一种方法挖掘存在最高经济效益的电池类型,分析其参与不同场景或者多种场景带来的更多价值;其次,通过系统价值评估方法计算其成本与收益;第三,结合LCOE模型计算其全生命周期最佳的度电成本,以体现需求侧和BESS运营商实现最优的经济效益;最终计算BESS参与电力系统对应场景下的净现值(net present value, NPV)、内部收益率(internal rate of return, IRR)以及盈利指数(profitability index, PI),若相关指标不理想,运营商可调整电池储能运行策略,具体如图2所示。

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⬆ 图2  BESS四种经济可行性估算方法

综述所述,提高BESS的经济效益大致可分为4个步骤:①BESS物理特性分析;②挖掘BESS的需求和市场机制;③针对未来大量废旧动力电池提出相关的解决方案,挖掘退役电池的场景适用性和经济效益;④BESS经济性研究方法是最为重要的环节,需考虑BESS全环节的相关因素进行分析,并且鼓励新型技术结合BESS参与电力系统优化调度。

本文引文信息

索克兰,程林,许鹤麟,黄文瑞. 提升电池储能系统经济性研究方法综述[J]. 全球能源互联网,2023,6(2):163-178.

SUO Kelan, CHENG Lin, XU Helin, HUANG Wenrui. A Review of Research Methods for Improving the Economy of Battery Energy Storage System[J]. Journal of Global Energy Interconnection, 2023, 6(2): 163-178 (in Chinese).

 研究团队

程林老师课题组主要从事电力系统可靠性为中心的主动配电网规划和运行、能源互联网规划设计、电力系统安全分析与广域控制、储能系统优化设计与评估等领域科研与教学工作。课题组发表论文290余篇、专著3部、教材1部、授权发明专利58项、软件著作权35项,参与编写国际标准3项、国家标准2项、中电联团标1项。获省部级科技进步一等奖2项、技术发明一等奖1项、省部级科技进步奖二等奖2项、三等奖4项。

作者简介

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索克兰

硕士

研究方向为储能经济性评估、储能性能评价、储能商业模式

E-mail:

3547852402@qq.com

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程林

教授,博士生导师

研究方向为电力系统可靠性评估、能源互联网规划设计、储能系统优化设计与评估

E-mail:

chenglin@mail.tsinghua.edu.cn

编辑:张宇

审核:周舟

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