深度文章 | 共享模式市场机制下售电公司储能优化配置及投资效益分析-北极星售电网

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摘要：以售电公司购电成本最小为目标，提出了一种市场机制下基于全寿命周期理论的售电公司储能优化配置及投资效益分析方法。综合考虑了中长期合约市场、日前集中竞价市场、实时市场、可中断负荷以及储能设备等因素建立售电公司多时间尺度购电模型；建立储能的全寿命周期成本模型，采用一种追踪用户负荷波动和电价波动的充放电策略；运用等效循环寿命法计算储能运行寿命，以此为基础得出其投资回收周期，评估投资效果，得出市场机制下售电公司储能的容量配置方法与投资策略；运用共享经济理念提出多个售电公司共享储能的优化配置模型，并基于售电公司贡献度进行利益分配。算例分析首先对比了 4 种蓄电池的配置结果，验证了售电侧储能配置的可行性；分析了日前市场购电比例和电价波动幅度对储能配置的影响；最后对比了售电公司单独配置储能及多个售电公司共享储能的经济性。

（来源：电网技术作者：刘继春，陈雪，向月）

0 引言

新一轮电力改革核心在于打破电网垄断的局面，在发电侧和售电侧之间引入竞争，电网将步入售电放开的新时代，大批售电公司涌入电力市场[1]。电力市场发展初期，售电公司购电类型较为单一，时间尺度主要集中在中长期市场交易和现货市场交易，较少利用可中断负荷和储能等手段降低偏差考核风险，提升经济效益。储能是电能与其他能源进行灵活转换、综合利用的关键设备，破解了能源生产和消费的不同步问题。

储能技术的快速发展以及现阶段实行的峰谷价机制为储能系统在售电侧提供经济效益创造可能，提出售电侧有效的储能优化配置和运行控制策略，分析其投资效果和可行性是推进储能商业化应用的关键。文献[2]中考虑中长期市场、现货市场、可再生能源和储能等多种因素建立了多时间尺度购电模型，并建立了差异化售电合同，但是仅考虑了定量租赁储能的方式，未进行储能系统的配置和投资分析；文献[3-4]在售电公司的调度过程中考虑了分布式电源和可中断负荷，同时考虑了运行的经济性和安全性，建立了以售电公司日前市场经济效益最大为目标的优化调度模型，但是未考虑多时间尺度购电以及储能装置在优化过程中的可行性；文献[5-6] 基于全寿命周期理论建立了储能的成本模型，提供了储能成本的分析方法，但是未对储能的优化配置和运行控制进行分析；文献[7]分析了用户侧储能电池的各项效益，并分析了多种电价机制下储能投资运营的经济可行性，得到了全寿命周期内用户侧蓄电池的投资优化策略；文献[8]分别分析了能量市场、辅助服务市场、补贴最大和碳排放量最小 4 种应用场景下分布式储能的利用价值，但是未考虑储能实际运行寿命对其经济效益的影响；文献[9]针对社区综合能源系统，建立了考虑共享储能、热电联供装置和光伏发电设备的协同优化模型，提出了一种基于用户每日能耗量的费用分配方法，但是对于共享储能建立的模型较简单，未提出区别于用户单独配置储能的优化模型；文献[10]提出了一种采用共享储能电池和可变电价机制的方法实现光伏发电在低压配电网中的高渗透，但是未对共享储能在用户侧的经济效益进行全面挖掘；文献[11]提出一种将共享储能作为需求响应工具，使用户不仅能利用较低的能源批发价格，同时可以为低压配电网络提供资助，但是未对共享储能的成本分配和效益分配详细分析；文献[12]提出了云储能的概念，分析了云储能商业模式的各项要素，以此为基础分析了云储能所面临的投资规划和定价问题，文章主要是基于云储能这一共享储能类型，进行发展道路的分析，未涉及具体成本建模和效益建模。

综上所述，现有关于储能配置的研究主要集中于储能各项成本和效益的分析，且应用主体多为电网公司和用户社区，未能考虑将储能归于售电公司资产进行投资运营，或未能全面考虑市场机制下售电公司多市场购电、偏差考核、调用可中断负荷等诸多因素对储能容量配置的影响，尚未提出合理、可行的售电侧储能配置与投资效益分析方法，也缺乏共享经济理念在售电侧配置储能的应用。

针对上述不足，本文以售电公司购电成本最小为目标，基于全寿命周期理论提出了一种市场机制下售电公司储能优化配置及投资效益分析方法。首先全面考虑中长期合约市场、日前集中竞价市场、实时市场、可中断负荷以及储能设备等因素，建立了售电公司多时间尺度购电模型，并基于全寿命周期成本分析方法建立储能系统成本模型，采用等效循环寿命法测算储能运行寿命，在此基础上分析储能系统投资回收周期，评估储能在售电侧的投资效果，最终得出市场机制下售电公司储能的容量配置方法与投资策略，采用一种追踪用户负荷波动和电价波动的充放电策略优化充放电过程；此外还结合共享经济发展趋势提出了多个售电公司共享储能的优化配置模型，并基于售电公司贡献度进行利益分配；算例分析以蓄电池为储能代表，对比了 4 种蓄电池的优化配置结果及投资效益，并分析了日前市场购电比例和电价波动对储能配置的影响，最后对比了售电公司单独配置储能和多个售电公司共享储能的经济性。

1 售电公司多时间尺度购电模型

在当前新一轮电力改革背景下的电力市场中，售电公司的购电过程主要包括首先在中长期合约市场中购买电能，用以满足所代理用户的大部分电能需求，随后在日前市场中参与集中竞价以满足剩余电能需求，同时可以通过储能的充放电行为应对日前市场的电价波动。由于负荷预测值与实际值之间总是存在偏差，在中长期市场和日前市场结束后，售电公司可以通过调用可中断负荷缩小电量的正偏差，储能的充电行为和放电行为则分别用于缩小电量的负偏差和正偏差，剩余电量差值则需要在实时市场购买上下调服务来满足，最终满足所有用户的电能需求[13]。

1.1 中长期市场购电在本文建立的售电公司购电模型中，将中长期电力合约的标的规定为峰时段、平时段和谷时段 3 个时段的电能，采用分时电价的方式进行结算。根据 K 均值聚类(K-Means)算法进行场景聚类，得到 n 个典型场景及各场景概率，设置决策时段数为 T，则场景 r 下售电公司中长期市场购电成本为

2 储能投资效益建模

2.1 基于全寿命周期成本理论的储能经济效益模型全寿命周期成本指在整个系统的寿命周期内发生的或可能发生的一切直接的、间接的、派生的或非派生的费用的总和[6]。储能的全寿命周期成本包括初始投资成本、辅助设施成本、运维成本、更新成本、报废处理成本和剩余残值。由于当前储能成本较高，本文仅考虑储能设备寿命周期内的初始投资成本和运行维护成本。

1）初始安装成本。初始安装成本是指储能系统投建初期一次性投入的固定资金，通常用于主要设备的购置等，其由储能系统的功率部分和容量部分共同决定[19]。可表示为

3 售电公司储能优化配置模型

3.1 储能优化配置模型建立

储能在售电公司侧的应用价值在于通过储能充放电转移负荷，减少由于电力市场、天气影响、负荷预测误差等因素造成的售电公司的购电风险，尽量减少其被考核电量，降低考核成本，同时储能在低电价时段充电可以降低售电公司购电成本，从而达到提升售电公司经济效益的目的。本文将优化目标设置为售电公司年购电成本最小，目标函数的组成部分为：中长期市场购电成本、日前市场购电成本、可中断负荷补偿成本、实时市场上下调费用和储能全寿命周期效益，具体表示如下：