電力儲能評估框架及典型應用案例引言：電力儲能可以提高電力系統中可變可再生能源（VRE）的份額，從而加速離網電氣化并間接使運輸部門脫碳。雖然它在能源轉型中發揮關鍵作用，但是儲能的系統價值通常難以進行解釋，往往這使得設計出現問題，進一步導致投資收益受損，成本流失。國際可再生能源機構（IRENA）提出儲能評估框架（ESVF），其目的在于幫助制定有效的儲能政策，以整合可再生能源發電。電力儲能的重要性電力儲能是指存儲電能并在最需要時按需釋放電能的技術。它可以通過快速可變的部署和有效的輔助服務加速能量轉換，使發電資產的盈利能力（如提高捕獲價格、獲得輔助服務收入）最大化，進而解決能源結構轉型所帶來的某些經濟性問題。儲能技術是將大量VRE集成到電力系統中的關鍵助力，也是提高電網柔性的關鍵技術，如下圖所示。flndilhtvImlh#Iwt&MpowerIfiAk^LurvflndilhtvImlh#Iwt&MpowerIfiAk^Lurv圖1傳統的柔性提供者（左）與新興的柔性提供者（右）能夠提供快速頻率響應的電力系統已在某些國家（如英國）中出現。1）幾秒到幾分鐘的儲能，能夠提供業務儲備（主要是電池，飛輪和抽水電）。2）數分鐘到數小時不等的抽水蓄能、液流電池可用于負載跟蹤和能源時移（能源套利）。3）數小時到數天，數周甚至數月可進行長期電力儲能及調度。

圖2電力儲能可以在不同的時間范圍內提供的系統服務儲能可提供的服務取決于電源系統中的連接點。輸電級連接時，電力儲能可以支持更高的VRE接入比例，參與電力市場招標以買賣電力，并在與技術能力相關的各個時間范圍內提供輔助服務。配電級連接時，儲能在提供上述所有服務的同時，還幫助本地變電站提高電能質量和可靠性。它還可以連接到其他發電設施，從而實現更準確的價格捕獲，提供電網服務的同時節省連接成本。儲能裝置也可以放在用戶端，以支持用戶增加PV本地消納，減少電費。CwwntrCiilMid事沖wigCwwntrCiilMid事沖wigIrarrilernWr圖3儲能的網格應用針對不同利益相關者，基于研究結果，IRENA報告提出了以下的儲能系統發展建議:1、儲能開發商應制作各種針對特定市場的業務模型，可以為其項目提供可行的案例。2、進行垂直整合的公用事業公司應考慮升級計劃工具，并公開咨詢其它利益相關方。使費率設計人員、計劃人員和電網運營商能夠共同努力，充分發掘儲能裝置的潛力

3、監管者應消除相關法律或管理方面的阻礙，以免影響儲能參與能源和輔助服務市場的發展4、研究機構可以開發相關工具和研究具體方法來進行電力儲能評估。儲能評估體系（ESVF）的提出旨在支持監管機構和其他利益相關方使用建模工具來評估電力系統中儲能的系統價值。ESVF分五步進行指導研究，研究中心主要圍繞以下幾點展開：a）儲能為電力系統帶來的價值；b）儲能的最佳利用方式；c）確保可盈利收入高于成本的方法。Phas^lidentnylectindiystorageservicesEo^u^pi&rlttelrat^rjtlen□IVFtEPh自甜2Nap副謝酊屮technologieswithid?ntiri?dwrvicesPhase3Analysethe^Gtcrnvaltiv咐clHlrldty址七出護站們站r閉Phas^lidentnylectindiystorageservicesEo^u^pi&rlttelrat^rjtlen□IVFtEPh自甜2Nap副謝酊屮technologieswithid?ntiri?dwrvicesPhase3Analysethe^Gtcrnvaltiv咐clHlrldty址七出護站們站r閉16■NwrnBtlHnmbintyoptionsSimuldlestorageo_peratlo<iandMXI問0血陽1UPPhase4Phas*SAssessChewlabllllyo-ftheproject圖4儲能評估框架：五個階段儲能評估體系（ESVF）的步驟階段1：識別可支持與集成VRE的電力儲能服務如前所述，在階段1就確定能支持VRE集成的所有電力儲能服務。圖5分析了各種能源服務的內容以及區別。紅色框表示在被評估框架中需要量化的部分，需要特定的建模工具進行量化分析。

W^rw映r惴i^ri呻妙Bulkgn^gyS@rvlttSAn口IIary垃rvlW^rw映r惴i^ri呻妙Bulkgn^gyS@rvlttSAn口IIary垃rvl出時Eiechksuj護ly前p的丹EIkIjvwwfgytlmc-slnlttCArtHtra^)T闊i峙ml無IonCHsgrlbutl^nlitfrd^lruciurE!Servk^DislffitaitlOTupgradectefetralJJPthmtrellatJilitsfvyPTirrwsr^reserve-IPMAild^ctiric、PTirrwsr^reserve-W騎"確?生恥丿bcmarKf-sidemdftasmait襯球耐Boskinredarceiectrlcthr戲omgeswvlce^Ihdare<jLwnt「halbl-EwrUhiinbcmarKf-sidemdftasmait圖5可量化的儲能服務階段2：存儲技術映射此階段必須建立不同存儲技術對各種應用的適用性概述。表1可供考慮的存儲技術列表Methanical羽田ftjmpcdliydntjstorageCAESFlywheelsLe-ad-acldbatterEo-t頓LAHi^h4empffralurctwll冷HmN^NICINaSFlowbatkcn&&V^nad-iuntflow2ilBrhybridflowLithium-4nb^ttari^sNMCNCALFPLTO注：CAES二壓縮空氣儲能；LFP=亞磷酸鐵鋰；LTO二鈦酸鋰；NaNiCl二氯化鎳鎳;NaS=鈉硫；NCA=鋰鎳鉆鋁；NMC=鋰鎳錳鉆；VRLA=閥控鉛酸；ZnBr=溴化鋅。階段3：系統價值分析

該階段主要進行系統級分析，計算給定電力系統中儲能系統建設所投入資產的總經濟效益。通過在高峰時段滿足需求，非高峰時段存儲低成本電力的方法，儲能可以提高電力系統的VRE容納率。這不僅節約了石油等更昂貴的高峰發電資源，降低高峰時段電價的同時，也避免出現與能源供求事件相關的潛在價格飆升。

圖7不帶儲能（上）和帶儲能（下）的電力特征變化階段4：儲能運行與累計收益模擬儲能可以一次為系統提供多個價值流，但通常以降低總系統成本或生產成本為目標進行系統級分析。此時還需模擬儲能過程對以上分析進行補充。此方法模擬儲能資產如何從能源和輔助服務市場中獲得更多收益，探究實際市場利潤最大化的方法。階段5：儲能項目的可行性分析該階段是查看單個儲能項目在不同情況下的收益，研究項目收入是否足以維持儲能項目支出，該階段主要使用項目可行性模型。項目可行性模型主要是成本效益分析，用于評估提供預定義服務的儲能項目是否具有成本效益。在考慮了項目收益和系統價值以及項目成本之后，可行性模型將可貨幣化的收益進行疊加，并將其與成本進行比較。

下圖顯示了項目可行性模型的結果示例。在此特定示例中，盡管系統收益總和超過成本，但項目收入小于成本，項目所有者出現“負收益“。圖8成本和收益分析儲能適用的情景案例隨著可再生能源的快速發展，電力系統面臨與運營和規劃有關的挑戰，此時需要更加靈活的能源系統來確保可靠、有效地整合資源。儲電系統具有快速吸收電能、存儲然后再注入電網的能力，因此將成為VRE集成的關鍵技術。面例舉8個不同情景的應用案例：案例1：業務儲備具有高非同步發電（如來自VRE）比例的電力系統，慣性更低，需要更快的資源響應來阻止由功率不平衡產生的頻率變化。這種情況下，電力儲能是非常合適的技術，可以對任何不平衡功率提供快速響應。

英國實施的增強頻率響應服務（EFR），預計在系統中部署201MW儲能裝置，來提供頻率響應。南澳大利亞已部署了100MW的特斯拉電池來提供頻率控制輔助服務（FCAS）和能源套利服務。JOIfi3MCdhdhJOIfi3MCdhdhrntulMiHHutti圖9英國的頻率響應服務案例2：負荷柔性爬坡高VRE滲透率的電力系統中，資源的可變性和不確定性不斷重塑負載曲線。當太陽能PV的滲透率很高時，負載曲線將向所謂的“鴨形曲線”靠攏，其特點是系統中的其他資源需要滿足很高的爬坡要求，而儲能技術能滿足這些斜坡要求，使得鴨形曲線變平坦。案例3：能源套利能源系統的不斷發展，要求電力系統匹配實時的供需。考慮到太陽能和風能的高度不可預測性，實時供需預測極具挑戰性。利用儲能系統來提供靈活性并提高電網效率是一種可行的解決方案。能源套利是儲能系統提供的價值流之一，人們可以在電價便宜時存儲電量，在電價昂貴時將其接入電網，從差價中獲得收益。但是，單獨進行能源套利是不夠的，因為在一天、一周或一個月內，高峰和非高峰之間的價格差異，會隨著套利的增加而減小。也就是說套利可能會隨著儲能滲透率的增長而飽和，因此需要結合電網服務來積累套利收入。案例4：VRE曲線的平滑化現在安裝的存儲系統多數是為了幫助VRE曲線實現平滑化。但是，當與其他服務堆疊在一起時，那些都將成為附加價值。此外，平滑化的VRE輸出對于獨立電網尤其重要。電網高峰用電期的輔助能源通常是污染嚴重的柴油發電機，如果使用可再生能源發電便可大幅度的降低污染，減少二氧化碳排放。案例5：傳輸與分配投資延緩VRE占比的提高會增加傳輸與分配（T&D）擁堵的風險，而儲能是避免擁堵并延緩T&D網絡投資的潛在解決方案。一些項目已經安裝并成功運行。意大利的特爾納安裝了38.4MW的鈉硫電池，用于延緩輸電投資。案例6：優化工廠投資電源系統必須具有足夠的容量來滿足峰值需求，但是高滲透率的VRE可能導致系統容量過剩，供應機制的安全性難以保證。儲能是保證供應機制安全性的一個選擇，因為它們提供了額外的電力轉化途徑。使用儲能來滿足高峰需求可以降低對調峰電站的投資，馬薩諸塞州和紐約市的研究項目已證明了這一點。案例7：在離網中實現較高的VRE占比許多農村地區和島嶼仍然嚴重依賴化石燃料，但它們的電力供應并不可靠，一天中只有數小時能使