电网侧储能电站综合评价

王元凯 ，周家华，潘 郁，金 迪，操瑞发，张 兴，杜士平

（1.国网浙江省电力有限公司宁波供电公司，浙江 宁波 315336；2.浙江优能电力设计有限公司，浙江 宁波 315100）

0 引言

储能技术的应用领域主要包括新能源并网、分布式能源及微网[1]、系统调峰、应急备用、电能质量管理[2]等。不同的储能技术所具有的技术经济优势和局限性差异很大，故其适用于相应的何种领域，需要具体分析，只有坚持技术上可行可靠、成本经济的路线，才能具有大规模商业化应用的前景。

目前，国内外学者逐渐开展了关于储能评价的相关研究。文献[3]构建了电池储能技术综合评价指标体系，针对储能技术在不同领域的具体应用进行了综合评价。文献[4]建立了电力储能蓄电池的综合评价体系，把环保性、技术性能、经济性和安全性作为评估电力储能蓄电池综合性能的4 个一级指标，每个一级指标下再各设若干二级指标。文献[5]在额定功率和额定容量已经确定的情况下，通过优化调度对储能系统经济价值进行评估。文献[6]从技术、经济、社会和环境4 个方面入手，建立风光储能电站技术经济综合评价指标体系，选择序关系法确定了综合评价指标体系的权重，并运用模糊综合评价法对指标体系进行综合评价，建立了风光储电站技术经济综合评价模型。文献[7]提出了一个通用的用于生产成本仿真的大容量储能技术分配模型，并对不同系统情境下的储能技术经济效益进行了评估。文献[8]利用年度8 760 h 潮流计算和优方法，得到有储能和无储能接入情况下的最优技术措施组合，通过对比不同措施组合的成本构成，评估储能支撑分布式光伏接入的价值。文献[9]针对储能应用的评价，从补偿效果、安全性、可靠性、经济性等方面给出了相关评价指标和评价方法。文献[10]建立了涵盖技术性、经济性和社会性的储能系统综合评估指标体系，将熵值法与灰色关联分析法相结合，结合实例对不同储能技术的综合效益进行了评估。文献[11]提出考虑多利益主体的分层储能系统综合评估指标体系，基于AHP（层次分析法）和TOPSIS（改进逼近理想解法）提出了多模型综合评估算法。文献[12]基于层次分析法，提出了技术经济指标下不同储能规模间的标度计算方法，建立了综合评估指标的数学模型。

由以上分析可知，目前对储能技术的研究多是从技术或经济效益等单层面进行评价的。本文综合考虑经济性、技术、环境影响，建立了一套适用于电网侧储能综合评价的指标体系，对各指标的定义及计算进行了详细说明，给出了综合评价流程及相适应的综合评价方法，并对宁波市某变电站电网侧储能项目进行实例评估。

1 电网侧储能综合评价指标体系

储能综合评价指标一级指标主要包括可靠性指标、能效指标、经济性指标、电网影响指标以及环境影响指标。在一级指标下又分为多个二级指标和三级指标，见图1。

可靠性指标、能效指标主要用于储能系统本身的运行评价；经济性指标、电网影响指标及环境影响指标主要应用于储能系统的价值评价。本文主要针对储能系统的价值进行评价。

1.1 经济性指标

（1）净现值NPV

式中： CI 为现金流入量；CO 为现金流出量；（CICO）t为第t 年的净现金流量；t 为现金流量发生的年份；n 为项目生命周期；r 为折现率。

图1 储能综合评价指标体系

（2）内部收益率IRR

式中： r1为所取的较低折现率；r2为所取的较高折现率；NPV（r1）为r1的净现值；NPV（r2）为r2的净现值，其值一般为负值。

（3）动态投资回收期Pt′

1.2 电网影响指标

1.2.1 对供电安全性的影响

（1）110 kV 主变N-1 通过率（α1）

式中： n1为通过N-1 的主变压器（以下简称“主变”）数量；n 为110 kV 主变数量。

（2）110 kV 线路N-1 通过率（β1）

式中： m1为通过N-1 的110 kV 线路数量；m 为110 kV 线路数量。

（3）N-1 最大负荷损失率（γ1max）

式中： ΔPmax为配电系统发生N-1 故障后，最大负荷损失值；Pmax为配电系统正常运行条件下的最大负荷。

1.2.2 对供电可靠性的影响

供电可靠性提高主要是指储能建设后，减少了变电站辖区用户的故障停电时间，储能建设前的停电持续时间可取历史平均值，储能建设后停电持续时间由历史平均停电负荷值和储能所供电量（按储能容量的50%计算）得到。

（1）系统平均停电持续时间SAIDI

式中： N 为用户数量；ti为用户i 持续停电时间。

（2）系统平均停电频率SAIFI

式中： ni为用户i 总持续停电次数。

1.2.3 对供电经济性的影响

供电经济性的提高是指储能建设后，基于负荷数据控制储能充放电策略，包括平均线损率、变压器负载率方差和线路负载率方差等指标。

（1）平均线损率ΔPavg

式中： ΔPi为线路i 的功率损耗；n 为配电系统线路数量（包括变压器等值线路）。

式中： N 为某变压器一年内负载率采样点数量，一般取8 760；βti为某变压器在采样点i 的负载率；为某变压器一年内负载率均值。

1.2.4 对最大供电能力的影响

储能系统建成后，增加了变电站供电能力，从而提高了最大供电能力。最大供电能力具体计算见文献[13]。

（1）配电系统最大供电能力ATSC

式中： ASSC为配电系统变电站供电能力；ANTC为配电系统网络转移能力。

（2）最大供电能力占比ηTSC

式中： AMSC为全联络供电能力，一定供电区域内配电网所有主变两两互联，即系统达到全联络且联络容量足够大时的最大供电能力。

1.3 环境影响指标

（1）单位容量土地占用面积ΔA

式中： A 为储能系统占用土地面积；EN为储能系统额定容量。

（2）单位容量二氧化碳减排量δCO2

式中： ΔWCO2为储能系统代替火电机组进行调峰、促进新能源消纳时，其生命周期内减少的二氧化碳排放量；EN为储能系统额定容量；λCO2为二氧化碳排放系数，2017 年全国单位火电发电量二氧化碳排放量为0.844 kg/kWh[14]；Syear为储能系统生命周期内替代常规火电机组的调峰、促进新能源消纳电量。

（3）单位容量二氧化硫减排量δSO2

式中： ΔWSO2为储能系统代替火电机组进行调峰、促进新能源消纳时，储能系统生命周期内减少的二氧化硫排放量；λSO2为二氧化硫排放系数，2017 年全国单位火电发电量二氧化硫排放量为0.000 26 kg/kWh[14]。

（4）单位容量氮氧化物减排量δNOX

式中： ΔWNOX为储能系统代替火电机组进行调峰、促进新能源消纳时，储能系统生命周期内减少的氮氧化物排放量；λNOX为氮氧化物排放系数，2017年全国单位火电发电量氮氧化物排放量0.000 25 kg/kWh[14]。

（5）单位容量烟尘减排量δ烟尘

式中： ΔW烟尘为储能系统代替火电机组进行调峰、促进新能源消纳时，储能系统生命周期内减少的烟尘排放量；λ烟尘为烟尘排放系数，2017 年全国单位火电发电量烟尘排放量0.000 06 kg/kWh[14]。

2 综合评价分类及流程

2.1 综合评价分类

储能系统的综合评价是为了评估储能的综合价值，促进储能的规划建设，可以评价单一储能规划方案的综合价值，也可以针对多个储能系统或同一储能系统的多个规划方案进行评价，还可以针对同一储能系统的多个时间断面进行评价。

储能系统的综合评价主要分为单规划方案评价、多规划方案评价及多阶段评价，本文主要研究的是单规划方案评价。

所谓单规划方案评价，即对某一储能系统规划方案进行价值评价，分析其经济性和综合价值，评价的侧重点是分析该储能建设对重过载变电站和线路的改善作用，对配电系统供电安全性、可靠性、经济性和供电能力的提升作用，需对规划方案进行评分。

2.2 综合评价流程

以下主要以储能系统的价值评价为例，说明综合评价理论的应用方法和实施步骤。

如图2 所示，储能系统综合评价实施流程包括： 现状分析、选择评价指标、确定评价指标判据、制定指标评分标准、设定指标权重、方案评价实施和评价结果分析等步骤。

图2 储能系统综合评价实施流程

（1）现状分析： 搜集电网发展规划、区域发展规划、电网设备台账及运行数据、被评价的储能系统等相关资料，分析区域特点、配电系统现状及存在的问题、负荷发展现状和分布式电源建设现状。

（2）选择评价指标： 根据被评价的储能系统特点和评价目的，考虑数据的真实性、客观性及获取的难易程度，选择适宜的评价指标体系。案例分析采用图3 所示的评价指标体系。

图3 综合评价指标体系

（3）确定评价指标判据： 在对储能系统进行综合评价的过程中，需要确定各项指标的评价判据，即指标数值的合理范围。

（4）制定指标评分标准： 评分标准是通过一定的标度体系，将各种原始数据转换成可以直接比较的规范化格式。结合实际情况，在案例分析中采用百分制进行评价。

（5）设定指标权重： 鉴于客观赋权法对原始数据和样本的要求，考虑到储能系统数据庞杂、相关原始数据难以获取的实际情况，考虑指标的重要程度和发生概率的大小，采用主观赋权法对指标进行赋权，判断矩阵见表1—7。

表1 A 与B1—B3 的判断矩阵X

表2 B1 与C1—C3 的判断矩阵Y1

表3 B2 与C4—C7 的判断矩阵Y2

表4 B3 与C8—C12 的判断矩阵Y3

表5 C4 与D1—D3 的判断矩阵Z1

表6 C5 与D4—D5 的判断矩阵Z2

表7 C6 与D6—D8 的判断矩阵Z3

（6）方案评价实施： 首先根据指标的评价判据计算指标数值，然后对照评分标准计算其得分，最后根据指标之间的逻辑关系和标权重大小，逐层向上计算，得到电网侧储能的总体评分：

评价总得分=经济性评价权重×经济性评价得分+电网影响评价权重×电网影响评价得分+环境影响评价权重×环境影响评价得分。

（7）评价结果分析： 主要分析储能建设前后的影响，重点是分析该储能建设对重过载变电站和线路的改善作用，对配电系统供电安全性、可靠性、经济性和供电能力的提升作用。

3 案例分析

3.1 储能建设现状

宁波市某变电站，主变容量为2×50 MVA，远景3×50 MVA；110 kV 进线2 回，远景3 回；10 kV 出线24 回，远景36 回，为全户内GIS 变电站。该变电站承担着区域内大量高新企业的供电任务，2018 年最高负荷55.2 MVA，最近工作日最小负荷约为31.4 MVA。

为减缓供电压力，宁波市供电公司初步规划储能功率为6 MW 的储能项目，计划投资约4 049万元。

3.2 评价指标判据

表8 给出了一般情况下各个指标的经验数值，实际应用中各个指标间有一定的相互关联性，需根据实际情况决定，仅作为实际评价指标判据的参考。

3.3 评价指标评分标准

表9 给出了综合评价指标体系中底层各项指标的评价标准。

表8 指标评价判据

3.4 评价结果分析

根据实际数据及综合评价指标体系，对储能系统建设前后分别进行综合评价。部分评价指标由于缺少数据导致评估项目没有数值，在评估中统一取75 分。另外，净现值、单位容量土地占用面积虽有数值，但是因为无法给出具体的评分标准，考虑实际情况，取60 分。经济性指标直接赋值是由于目前电网侧储能没有明确的盈利模式，即没有直接收益。

表10 给出了建设储能电站前后的综合评价比较结果。

变电站安装储能前后得分分别为88.9 和85.1，主要是储能电站目前的经济性较差，降低了总得分。安装储能系统后，在供电可靠性、经济性、供电能力方面都有了一定提升；由于储能可以促进新能源消纳，在碳排放、污染气体排放方面也带来了一定的效益。

4 结语

本文分析了储能的系统价值构成，然后提出了包括可靠性指标、能效指标、经济性指标、电网影响指标、环境影响指标在内的综合评价指标体系，并对本案例中采用的各指标的定义及计算进行详细说明，介绍了储能系统综合评价分类和评价流程。最后以宁波某储能项目为例进行案例分析，验证评价指标和方法的合理性。通过分析，电网侧储能电站目前的经济性较差，节省土地资源上并无太大优势。安装储能系统后，在供电可靠性、经济性、供电能力等方面有一定提升；在碳排放、污染气体排放方面带来了一定的效益。

表9 各项指标评价标准

表10 评价结果