1研究背景及意義

1.1 研究背景

電化學儲能是通過電化學反應儲存電能的技術,也是應用最廣泛的新型儲能技術之一。與壓縮空氣儲能、飛輪、超級電容等其他儲能技術路線相比,鋰離子電池儲能系統(tǒng)能量密度較高,響應速度適中,適用范圍廣,且更易于量產、安裝和運維,已實現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)應用。而鈉離子電池、液流電池等電化學儲能技術正在逐漸實現(xiàn)應用突破, 目前市場占比很小。2023年,中國新增投運新型儲能項目裝機規(guī)模21.5GW/46.6 GW.h,功率和能量規(guī)模同比增長均超150%,三倍于2022年新增投運規(guī)模水平,并且首次超過抽水蓄能新增投運近四倍之多。從技術路線來看,鋰電占比進一步提高,從2022年的94%增長至2023年的97%[1]。在電力市場化改革背景下,全國工商業(yè)分時電價政策覆蓋率已達95%以上。國家發(fā)改委2021年發(fā)布的《關于進一步完善分時電價機制的通知》合理拉大了峰谷電價價差,有利于引導用戶在電力系統(tǒng)低谷時段多用電,并為新型儲能發(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個省份出臺儲能參與需求側響應實施細則,其中江蘇、廣東等地的市場化響應補償標準達到3~5元.(kW.h)—1.次—1。據中國電力企業(yè)聯(lián)合會統(tǒng)計,工商業(yè)用戶通過儲能系統(tǒng)實現(xiàn)的平均度電成本降幅達18%~25%。江蘇2025年6月開始執(zhí)行的電價政策《省發(fā)展改革委關于優(yōu)化工商業(yè)分時電價結構促進新能源消納降低企業(yè)用電成本支持經濟社會發(fā)展的通知》(蘇發(fā)改價格發(fā)(2025〕426號)直接降低了工商業(yè)用戶的用電成本,同時縮小了峰谷價差。江蘇省的電價比由峰谷4.2:1、平谷2.4:1降低至峰谷2.5:1、平谷1.6:1,電化學儲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之一。

1.2 研究意義

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

1)直接經濟收益(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)。需求側響應收益3元/(kw.h)(不含響應速度系數)。

2)實現(xiàn)動態(tài)擴容:降低變壓器峰值負載率20%~50%。

3)綠色轉型加分:助力企業(yè)ESG評級提升。

2儲能系統(tǒng)容量配置方法

儲能的主要收益方式是峰谷、峰平的價差套利[3],為實現(xiàn)收益最大化,在配置容量時應當確保儲能電池在一年內大部分日期能滿充滿放,因此需要對企業(yè)的用電情況進行以下幾個方面的分析:1)用電企業(yè)電費的計價方式;2)企業(yè)在一個年度內的分月用電規(guī)律;3)日用電負荷在峰、平、谷三個時段的規(guī)律;

4)企業(yè)的生產經營狀況和中長期建設規(guī)劃[4]。

2.1電費計價方式

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,沒有峰谷價差,不在本文討論范圍。兩部制指電費由基本電費和電度電費兩部分構成,其中基本電費由用戶 自選按容量電價或需量電價計費,電度電費按實際用電量計算,峰、平、谷三個時段的電費單價不同。當用戶采用需量計費時,需注意儲能系統(tǒng)充電時在電費計量點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;采用容量計費時,需注意儲能系統(tǒng)充電時電費計量點的最大功率不得超過變壓器總容量。

2.2 用電負荷規(guī)律對容量的限值

儲能系統(tǒng)在充電時作為負載,將增加變電所該時刻的總用電功率。當企業(yè)基本電費采用需量計費時,高峰時段用電的最大功率需明顯大于平時和谷時,才具有建設儲能電站的經濟價值。如果企業(yè)的日最大功率出現(xiàn)在谷時,儲能系統(tǒng)充電功率會直接產生基本電費,顯著降低峰谷套利的收益。因此,宜做儲能的日負荷曲線,形態(tài)應當與峰、平、谷時段電價對比圖類似。2025年江蘇省發(fā)改委發(fā)布《省發(fā)展改革委關于優(yōu)化工商業(yè)分時電價結構促進新能源消納降低企業(yè)用電成本支持經濟社會發(fā)展的通知》(蘇發(fā)改價格發(fā)(2025〕426號),2025年6月1日起執(zhí)行的分時時段及電價如圖1、圖2所示,以春秋季節(jié)為例,為進一步提高收益一般采用兩充兩放的方式,即谷時02:00—06:00充電,平時06:00—10:00放電,谷時10:00—14:00充電,峰時15:00—22:00放電,其余時段不充不放。

一年的日負荷數據量非常大,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荷規(guī)律,挑選有代表性的月份再做詳細分析,減少計算量。

2.2.1年用電負荷分析

分析企業(yè)年用電負荷是為了快速找到計算儲能容量有代表性的月份,對于間歇性生產的企業(yè)這項工作尤其重要,因為企業(yè)往往會呈現(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,可重點查看用電量最低月份和最高月份的日用電情況進行容量分析,其他月份抽取少量樣本作為驗證。月用電量情況應當以供電公司的《電費核查聯(lián)》作為數據來源。

2.2.2 日用電負荷分析和容量計算模型

日用電負荷可以從企業(yè)變電所的抄表系統(tǒng)獲取,也可以到當地供電公司申請調取每15min的日負荷數據或從網上國網APP查詢。分析日負荷情況時,需要計算和篩選以下數據以便做進一步分析:

P峰:“峰”時段平均功率,kW;

P平:“平”時段(上午)的平均功率,kW;

P谷1:“谷”時段(凌晨)的平均功率,kW;

P谷2:“谷”時段(中午)的平均功率,kW;

W平:“平”時段(上午)可消納電量,kW.h;

W峰:“峰”時段可消納電量,kW.h;

P最大需量:《電費核查聯(lián)》中需量電費計算依據。

容量計算模型:

1)按凌晨的“谷”時充電,上午的“平”時放電計算儲能系統(tǒng)額定容量C1為:

式中:Δt1為谷時4~6 h(春秋4 h、夏冬6 h);η為儲能系統(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”時充電,峰時放電計算儲能系統(tǒng)額定容量C2為:

式中:Δt2為谷時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 的計算容量,計算結果越多偏差越小。結合峰谷價差、峰平價差綜合判斷容量的最終取值。

4)實例計算:

圖2所示某企業(yè)2月和8月用電參數如表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月用電量較中位數偏離較遠,疊加中午“谷”時只有2h充電時間,因此計算容量較其余11個月明顯偏低,綜合考慮全年工況建議配置0.5MW/1MW.h儲能系統(tǒng),可以匹配市場上主流的261 kW.h儲能柜4臺。

2.3 中長期建設規(guī)劃的影響

儲能系統(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)劃方案時需要綜合考慮企業(yè)中長期發(fā)展趨勢,如新增生產線擠占儲能系統(tǒng)的充電容量,變更基本電費計費方式釋放的儲能容量,企業(yè)產能調整造成用電量大幅減少,電價政策中長期預測等情況。

3場地規(guī)劃與改造方案

儲能電站一般露天建設,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企業(yè)建筑的性質參照相應防火規(guī)范的要求,場地有一定的預留空間便于儲能系統(tǒng)擴容。占地與電站的接入方式相關,當采用低壓接入時,以若干臺儲能柜為一組成組排列,周圍留出2~3 m通道;當采用高壓接入時,除了儲能柜之外,還需配置一臺PCS儲能變流升壓一體機,場地比低壓接入時大幾十平方米。

變電所的改造主要是考慮并網柜的安裝位置和連接儲能電站的電纜通道。并網柜與低壓開關柜尺寸相同,是儲能系統(tǒng)與供配電系統(tǒng)之間的關鍵接口設備,實現(xiàn)電能的雙向轉換。安裝位置要求可參考《20 kv及以下變電所設計規(guī)范》《低壓配電設計規(guī)范》中關于配電設備布置的相關內容。

4經濟分析與運營模式

儲能電站的建設投入主要包括設備費用、施工費用和運維費用,以10 MW.h儲能電站為例,其建設費用在1 000萬元以上。主要投資模式對比如表2所示。

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

5相關規(guī)范和業(yè)務流程

國內電化學儲能電站的建設處于起步階段,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《電化學儲能電站設計規(guī)范》、GB/T36276—2023《電力儲能用鋰離子電池》、GB55037—2022《建筑防火通用規(guī)范》等。用電企業(yè)配建的儲能電站需要進行備案和供電公司的設計審查、驗收,安全“三同時”和消防驗收由于各地政策不同需要咨詢當地的應急部門。

6 結論與建議

電化學儲能電站可為企業(yè)創(chuàng)造顯著經濟效益,但需注意:

1)政策敏感性:關注分時電價和時段調整的風險;

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

3)運營優(yōu)化:結合AI預測算法動態(tài)調整充放電策略。

建議用電企業(yè)優(yōu)先采用EMC模式引入投資方建設儲能電站,以較低的風險直接分享收益。如果企業(yè)自身有較強的運維能力,可采用“EMC+自投”混合模式,首期由服務商投資,在企業(yè)熟悉運維管理和維修保障后與投資方協(xié)商回購設備所有權,實現(xiàn)風險收益平衡。

[參考文獻]

[1] 中國能源研究會儲能專委會,中關村儲能產業(yè)技術聯(lián)盟(CNESA).儲能產業(yè)研究白皮書2024(摘要版)[R],2024.

[2] 國家發(fā)展改革委.國家發(fā)展改革委關于進一步完善分時電價機制的通知:發(fā)改價格〔2021〕1093號[A].

[3]王書鋒.考慮用戶側用電需求的電力系統(tǒng)儲能電站容量規(guī)劃方法[J].電力設備管理,2025(1):253-255.

[4]周昌平,葉任時,劉智超.工商業(yè)儲能多場景優(yōu)化配置與經濟效益動態(tài)評估[J].電氣應用,2025,44(1):43-50.

《機電信息》2025年第19期第8篇