1研究背景及意義

1.1 研究背景

電化學(xué)儲(chǔ)能是通過電化學(xué)反應(yīng)儲(chǔ)存電能的技術(shù),也是應(yīng)用最廣泛的新型儲(chǔ)能技術(shù)之一。與壓縮空氣儲(chǔ)能、飛輪、超級(jí)電容等其他儲(chǔ)能技術(shù)路線相比,鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)能量密度較高,響應(yīng)速度適中,適用范圍廣,且更易于量產(chǎn)、安裝和運(yùn)維,已實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用。而鈉離子電池、液流電池等電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)正在逐漸實(shí)現(xiàn)應(yīng)用突破, 目前市場(chǎng)占比很小。2023年,中國新增投運(yùn)新型儲(chǔ)能項(xiàng)目裝機(jī)規(guī)模21.5GW/46.6 GW.h,功率和能量規(guī)模同比增長(zhǎng)均超150%,三倍于2022年新增投運(yùn)規(guī)模水平,并且首次超過抽水蓄能新增投運(yùn)近四倍之多。從技術(shù)路線來看,鋰電占比進(jìn)一步提高,從2022年的94%增長(zhǎng)至2023年的97%[1]。在電力市場(chǎng)化改革背景下,全國工商業(yè)分時(shí)電價(jià)政策覆蓋率已達(dá)95%以上。國家發(fā)改委2021年發(fā)布的《關(guān)于進(jìn)一步完善分時(shí)電價(jià)機(jī)制的通知》合理拉大了峰谷電價(jià)價(jià)差,有利于引導(dǎo)用戶在電力系統(tǒng)低谷時(shí)段多用電,并為新型儲(chǔ)能發(fā)展創(chuàng)造了更大空間[2]。另外,截至2023年第三季度,全國已有23個(gè)省份出臺(tái)儲(chǔ)能參與需求側(cè)響應(yīng)實(shí)施細(xì)則,其中江蘇、廣東等地的市場(chǎng)化響應(yīng)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到3~5元.(kW.h)—1.次—1。據(jù)中國電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)統(tǒng)計(jì),工商業(yè)用戶通過儲(chǔ)能系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的平均度電成本降幅達(dá)18%~25%。江蘇2025年6月開始執(zhí)行的電價(jià)政策《省發(fā)展改革委關(guān)于優(yōu)化工商業(yè)分時(shí)電價(jià)結(jié)構(gòu)促進(jìn)新能源消納降低企業(yè)用電成本支持經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的通知》(蘇發(fā)改價(jià)格發(fā)(2025〕426號(hào))直接降低了工商業(yè)用戶的用電成本,同時(shí)縮小了峰谷價(jià)差。江蘇省的電價(jià)比由峰谷4.2:1、平谷2.4:1降低至峰谷2.5:1、平谷1.6:1,電化學(xué)儲(chǔ)能電站的收益雖大幅減少,但仍是企業(yè)降本增效的重要選項(xiàng)之一。

1.2 研究意義

在鋰電儲(chǔ)能技術(shù)成熟和峰谷電價(jià)差巨大的背景下,企業(yè)配建儲(chǔ)能電站可創(chuàng)造三重價(jià)值:

1)直接經(jīng)濟(jì)收益(以江蘇為例):峰谷套利空間約0.58元/(kw.h),平谷套利空間約0.25元/(kw.h)。需求側(cè)響應(yīng)收益3元/(kw.h)(不含響應(yīng)速度系數(shù))。

2)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)擴(kuò)容:降低變壓器峰值負(fù)載率20%~50%。

3)綠色轉(zhuǎn)型加分:助力企業(yè)ESG評(píng)級(jí)提升。

2儲(chǔ)能系統(tǒng)容量配置方法

儲(chǔ)能的主要收益方式是峰谷、峰平的價(jià)差套利[3],為實(shí)現(xiàn)收益最大化,在配置容量時(shí)應(yīng)當(dāng)確保儲(chǔ)能電池在一年內(nèi)大部分日期能滿充滿放,因此需要對(duì)企業(yè)的用電情況進(jìn)行以下幾個(gè)方面的分析:1)用電企業(yè)電費(fèi)的計(jì)價(jià)方式;2)企業(yè)在一個(gè)年度內(nèi)的分月用電規(guī)律;3)日用電負(fù)荷在峰、平、谷三個(gè)時(shí)段的規(guī)律;

4)企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營狀況和中長(zhǎng)期建設(shè)規(guī)劃[4]。

2.1電費(fèi)計(jì)價(jià)方式

工商業(yè)用電分為單一制和兩部制兩類。單一制適用于用電量小的工商戶,沒有峰谷價(jià)差,不在本文討論范圍。兩部制指電費(fèi)由基本電費(fèi)和電度電費(fèi)兩部分構(gòu)成,其中基本電費(fèi)由用戶 自選按容量電價(jià)或需量電價(jià)計(jì)費(fèi),電度電費(fèi)按實(shí)際用電量計(jì)算,峰、平、谷三個(gè)時(shí)段的電費(fèi)單價(jià)不同。當(dāng)用戶采用需量計(jì)費(fèi)時(shí),需注意儲(chǔ)能系統(tǒng)充電時(shí)在電費(fèi)計(jì)量點(diǎn)的最大功率不得超過月度的最大功率,也就是說不增加需量電費(fèi);采用容量計(jì)費(fèi)時(shí),需注意儲(chǔ)能系統(tǒng)充電時(shí)電費(fèi)計(jì)量點(diǎn)的最大功率不得超過變壓器總?cè)萘俊?

2.2 用電負(fù)荷規(guī)律對(duì)容量的限值

儲(chǔ)能系統(tǒng)在充電時(shí)作為負(fù)載,將增加變電所該時(shí)刻的總用電功率。當(dāng)企業(yè)基本電費(fèi)采用需量計(jì)費(fèi)時(shí),高峰時(shí)段用電的最大功率需明顯大于平時(shí)和谷時(shí),才具有建設(shè)儲(chǔ)能電站的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。如果企業(yè)的日最大功率出現(xiàn)在谷時(shí),儲(chǔ)能系統(tǒng)充電功率會(huì)直接產(chǎn)生基本電費(fèi),顯著降低峰谷套利的收益。因此,宜做儲(chǔ)能的日負(fù)荷曲線,形態(tài)應(yīng)當(dāng)與峰、平、谷時(shí)段電價(jià)對(duì)比圖類似。2025年江蘇省發(fā)改委發(fā)布《省發(fā)展改革委關(guān)于優(yōu)化工商業(yè)分時(shí)電價(jià)結(jié)構(gòu)促進(jìn)新能源消納降低企業(yè)用電成本支持經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的通知》(蘇發(fā)改價(jià)格發(fā)(2025〕426號(hào)),2025年6月1日起執(zhí)行的分時(shí)時(shí)段及電價(jià)如圖1、圖2所示,以春秋季節(jié)為例,為進(jìn)一步提高收益一般采用兩充兩放的方式,即谷時(shí)02:00—06:00充電,平時(shí)06:00—10:00放電,谷時(shí)10:00—14:00充電,峰時(shí)15:00—22:00放電,其余時(shí)段不充不放。

一年的日負(fù)荷數(shù)據(jù)量非常大,作為用電企業(yè)很難做到全面分析,從規(guī)劃方案的角度可以先分析年用電負(fù)荷規(guī)律,挑選有代表性的月份再做詳細(xì)分析,減少計(jì)算量。

2.2.1年用電負(fù)荷分析

分析企業(yè)年用電負(fù)荷是為了快速找到計(jì)算儲(chǔ)能容量有代表性的月份,對(duì)于間歇性生產(chǎn)的企業(yè)這項(xiàng)工作尤其重要,因?yàn)槠髽I(yè)往往會(huì)呈現(xiàn)出季節(jié)等因素造成的用電量大月和小月。以某企業(yè)分月用電量折線圖為例(圖3),可以看出2月用電量最低,8月用電量最高,可重點(diǎn)查看用電量最低月份和最高月份的日用電情況進(jìn)行容量分析,其他月份抽取少量樣本作為驗(yàn)證。月用電量情況應(yīng)當(dāng)以供電公司的《電費(fèi)核查聯(lián)》作為數(shù)據(jù)來源。

2.2.2 日用電負(fù)荷分析和容量計(jì)算模型

日用電負(fù)荷可以從企業(yè)變電所的抄表系統(tǒng)獲取,也可以到當(dāng)?shù)毓╇姽旧暾?qǐng)調(diào)取每15min的日負(fù)荷數(shù)據(jù)或從網(wǎng)上國網(wǎng)APP查詢。分析日負(fù)荷情況時(shí),需要計(jì)算和篩選以下數(shù)據(jù)以便做進(jìn)一步分析:

P峰:“峰”時(shí)段平均功率,kW;

P平:“平”時(shí)段(上午)的平均功率,kW;

P谷1:“谷”時(shí)段(凌晨)的平均功率,kW;

P谷2:“谷”時(shí)段(中午)的平均功率,kW;

W平:“平”時(shí)段(上午)可消納電量,kW.h;

W峰:“峰”時(shí)段可消納電量,kW.h;

P最大需量:《電費(fèi)核查聯(lián)》中需量電費(fèi)計(jì)算依據(jù)。

容量計(jì)算模型:

1)按凌晨的“谷”時(shí)充電,上午的“平”時(shí)放電計(jì)算儲(chǔ)能系統(tǒng)額定容量C1為:

式中:Δt1為谷時(shí)4~6 h(春秋4 h、夏冬6 h);η為儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電效率(建議取80%~90%);DODmax為最大放電深度(取95%左右)。

2)按中午的“谷”時(shí)充電,峰時(shí)放電計(jì)算儲(chǔ)能系統(tǒng)額定容量C2為:

式中:Δt2為谷時(shí)2~4 h(春秋4 h、夏冬2 h)。

3)確定容量:

每日用電情況都可以得到一組C1、C2 的計(jì)算容量,計(jì)算結(jié)果越多偏差越小。結(jié)合峰谷價(jià)差、峰平價(jià)差綜合判斷容量的最終取值。

4)實(shí)例計(jì)算:

圖2所示某企業(yè)2月和8月用電參數(shù)如表1所示。

則2月的理論需求容量:

8月的理論需求容量:

由于2月用電量較中位數(shù)偏離較遠(yuǎn),疊加中午“谷”時(shí)只有2h充電時(shí)間,因此計(jì)算容量較其余11個(gè)月明顯偏低,綜合考慮全年工況建議配置0.5MW/1MW.h儲(chǔ)能系統(tǒng),可以匹配市場(chǎng)上主流的261 kW.h儲(chǔ)能柜4臺(tái)。

2.3 中長(zhǎng)期建設(shè)規(guī)劃的影響

儲(chǔ)能系統(tǒng)的初次投資非常大,一般回收期在4~8年,而以上分析計(jì)算都是基于近一年的用電情況,因此,在做電站的規(guī)劃方案時(shí)需要綜合考慮企業(yè)中長(zhǎng)期發(fā)展趨勢(shì),如新增生產(chǎn)線擠占儲(chǔ)能系統(tǒng)的充電容量,變更基本電費(fèi)計(jì)費(fèi)方式釋放的儲(chǔ)能容量,企業(yè)產(chǎn)能調(diào)整造成用電量大幅減少,電價(jià)政策中長(zhǎng)期預(yù)測(cè)等情況。

3場(chǎng)地規(guī)劃與改造方案

儲(chǔ)能電站一般露天建設(shè),通過電纜接入變電所現(xiàn)有供配電系統(tǒng)。電站選址宜靠近變電所,周邊有道路、消防水接口,與周圍建筑的距離根據(jù)企業(yè)建筑的性質(zhì)參照相應(yīng)防火規(guī)范的要求,場(chǎng)地有一定的預(yù)留空間便于儲(chǔ)能系統(tǒng)擴(kuò)容。占地與電站的接入方式相關(guān),當(dāng)采用低壓接入時(shí),以若干臺(tái)儲(chǔ)能柜為一組成組排列,周圍留出2~3 m通道;當(dāng)采用高壓接入時(shí),除了儲(chǔ)能柜之外,還需配置一臺(tái)PCS儲(chǔ)能變流升壓一體機(jī),場(chǎng)地比低壓接入時(shí)大幾十平方米。

變電所的改造主要是考慮并網(wǎng)柜的安裝位置和連接儲(chǔ)能電站的電纜通道。并網(wǎng)柜與低壓開關(guān)柜尺寸相同,是儲(chǔ)能系統(tǒng)與供配電系統(tǒng)之間的關(guān)鍵接口設(shè)備,實(shí)現(xiàn)電能的雙向轉(zhuǎn)換。安裝位置要求可參考《20 kv及以下變電所設(shè)計(jì)規(guī)范》《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》中關(guān)于配電設(shè)備布置的相關(guān)內(nèi)容。

4經(jīng)濟(jì)分析與運(yùn)營模式

儲(chǔ)能電站的建設(shè)投入主要包括設(shè)備費(fèi)用、施工費(fèi)用和運(yùn)維費(fèi)用,以10 MW.h儲(chǔ)能電站為例,其建設(shè)費(fèi)用在1 000萬元以上。主要投資模式對(duì)比如表2所示。

儲(chǔ)能電站的收益包括峰、平、谷電價(jià)差的套利收益和需求響應(yīng)收益兩部分。投資回收期受設(shè)備性能影響較大, 由于電化學(xué)儲(chǔ)能的大規(guī)模商用主要從2023年開始,儲(chǔ)能電池的技術(shù)發(fā)展日新月異, 目前還沒有投資回收期的可靠數(shù)據(jù)。從用電企業(yè)的角度來看,由于儲(chǔ)能電站從建設(shè)到運(yùn)維的專業(yè)性非常強(qiáng),且鋰電池具有火災(zāi)爆炸的安全風(fēng)險(xiǎn),采用EMC模式較為適宜。

5相關(guān)規(guī)范和業(yè)務(wù)流程

國內(nèi)電化學(xué)儲(chǔ)能電站的建設(shè)處于起步階段,政策法規(guī)還在不斷修訂和完善,可參考的規(guī)范主要有GB51048—2014《電化學(xué)儲(chǔ)能電站設(shè)計(jì)規(guī)范》、GB/T36276—2023《電力儲(chǔ)能用鋰離子電池》、GB55037—2022《建筑防火通用規(guī)范》等。用電企業(yè)配建的儲(chǔ)能電站需要進(jìn)行備案和供電公司的設(shè)計(jì)審查、驗(yàn)收,安全“三同時(shí)”和消防驗(yàn)收由于各地政策不同需要咨詢當(dāng)?shù)氐膽?yīng)急部門。

6 結(jié)論與建議

電化學(xué)儲(chǔ)能電站可為企業(yè)創(chuàng)造顯著經(jīng)濟(jì)效益,但需注意:

1)政策敏感性:關(guān)注分時(shí)電價(jià)和時(shí)段調(diào)整的風(fēng)險(xiǎn);

2)技術(shù)選型:優(yōu)先選用循環(huán)壽命>6 000次的磷酸鐵鋰電池;

3)運(yùn)營優(yōu)化:結(jié)合AI預(yù)測(cè)算法動(dòng)態(tài)調(diào)整充放電策略。

建議用電企業(yè)優(yōu)先采用EMC模式引入投資方建設(shè)儲(chǔ)能電站,以較低的風(fēng)險(xiǎn)直接分享收益。如果企業(yè)自身有較強(qiáng)的運(yùn)維能力,可采用“EMC+自投”混合模式,首期由服務(wù)商投資,在企業(yè)熟悉運(yùn)維管理和維修保障后與投資方協(xié)商回購設(shè)備所有權(quán),實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)收益平衡。

[參考文獻(xiàn)]

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《機(jī)電信息》2025年第19期第8篇