现货市场下新能源综合电站增量收入影响因素评估

陈 立 叶 瑞 刘 翔 张敬峰 李 玲 胡 博 全 勋

（1.华能澜沧江能源销售有限公司,云南 昆明 650214；2.北京清能互联科技有限公司,北京 100084）

电力系统是现代综合能源系统的核心，也是我国碳排放的主力军，构建以新能源为主要能源的新型电力系统[1]是促进电力行业转型发展的关键举措，也是实现碳达峰、碳中和目标的重要路径。随着光伏、风电等新能源并网规模的不断扩大，新能源发电的间歇性、不稳定性等特点对电网安全稳定运行的影响愈发显著，清洁能源高水平消纳面临挑战，电力现货市场作为调节电力供求关系、促进新能源消纳、保障能源行业有序发展的有效工具，在新能源大规模并网过程中发挥着越来越重要的作用。现货市场环境下，新能源场站配置储能形成新能源综合电站，可以有效缓解新能源大规模并网对电网运行的影响，利用现货电价引导新能源综合电站削峰填谷，提升新能源综合电站收益及全网清洁能源消纳水平。

电力现货市场下“新能源+储能”已经成为能源行业的研究热点，文献[2-5]在规划算法、投资经济性等方面进行了深入研究，分析了前期规划中储能容量的确定方法；文献[6-9]重点探讨市场环境下新能源配置储能的交易优化与运行策略，通过响应市场价格等方式提升新能源场站整体收益；文献[10-12]设计了储能模块化集成的工程方案与控制策略，利用实际案例验证储能模块化集成的可行性，为大容量储能面向新能源场站推广创造条件。

以上研究工作对新能源场站投资储能具有重要的指导意义。然而，由以上研究成果可以发现，目前研究大多侧重在规划模型、运行优化、系统集成等方面，未能深入国内电力现货市场改革实际，评估分析当前现货市场环境下新能源场站配置储能的关键影响因素，为发电企业投资储能提供实际参考。鉴于此，本文通过构建现货市场环境下新能源配置储能的增量收入模型，研究现货电价波动对储能充放电行为的影响机制，并进一步分析市场环境、场站装机、储能参数等关键因素对新能源场站投资储能的影响。

1 现货市场下新能源综合电站增量收入模型

现货市场环境下，电价呈现时空特性，新能源配置储能形成新能源综合电站，缓解现货电价对新能源场站收益的影响。储能系统对新能源综合电站的经济价值体现在并网出力曲线的优化方面，通过低价时段充电、高价时段放电提升新能源场站整体收入，扣减储能系统投资成本即为新能源综合电站的增量收入。

1.1 目标函数

新能源综合电站应以现货市场下配置储能的最大增量收入为目标，进行储能充放电行为的内部优化，目标函数为：

1.2 约束条件

2 现货市场下新能源综合电站增量收入影响因素

分析新能源综合电站收益模型可知，现货市场电价、储能放电功率、储能放电时间、储能放电深度及储能转换效率等关键因素将对新能源综合电站的增量收入产生影响，下面简要介绍各关键因素对新能源综合电站增量收入的影响机制。

2.1 现货市场电价

现货市场电价一般具备时空特性，不同时间的现货电价差异较大，新能源综合电站储能的时间迁移特性，改变原始出力曲线，将电量集中在高价时段卖出，提升电站整体收入。因此，现货电价波动将为储能系统灵活调节出力曲线创造空间，现货电价波动越剧烈，储能对新能源综合电站出力曲线的优化效果越明显，新能源综合电站的增量收入也越高。

2.2 储能放电功率

储能额定放电功率主要影响储能系统响应现货电价的潜力，进而影响新能源综合电站的优化出力。储能放电时间不变的前提下，储能额定容量和成本随储能放电功率线性增加，此时储能放电功率的变化趋势与储能额定容量相同。新能源综合电站的增量收入先随储能放电功率逐渐增加，当储能放电功率能够完全满足电能量迁移的功率要求时，新能源综合电站增量收入达到最大值，之后随着放电功率的增大而逐渐减少。

随着科学技术的不断的进步，我国土建技术也进行了不断的优化和进步，但是由于我国土建技术的基础较差，再加上大量施工企业技术的施工技术落后，导致我国土建技术在施工的过程中还存在以下三方面的现状：

2.3 储能放电时间

在储能容量保持不变的前提下，缩短放电时间，提升放电功率，有助于储能系统迅速捕捉短时高电价。随着放电时间的缩短，放电功率不断增大，新能源综合电站增量收入逐渐增加。当储能的放电功率已经能够完全满足新能源综合电站的电能量迁移的功率要求时，新能源综合电站增量收入将会保持不变。

2.4 储能放电深度

储能放电深度对储能使用寿命产生影响，并通过影响新能源综合电站优化出力曲线，进而影响新能源综合电站增量收入。在一定范围内，随着储能放电深度的增加，储能系统可充放电量增多，新能源综合电站收益将呈明显上升趋势。然而超出该范围后，储能使用寿命将随放电深度增加而显著下降。

2.5 储能转换效率

储能转换效率影响充放电过程中的能量损失，充放电过程中损失的电能量对于新能源综合电站而言是一种纯粹的支出。理想状态下储能充放电过程中不应存在电能量损失，此时储能转换效率为100%，随着储能转换效率的下降，储能充放电造成的损失越来越大，新能源综合电站增量收入也因而逐渐下降。

3 模拟算例验证

3.1 基准场景

本文以山西省某50 MW光伏电站为基准，采用控制变量法验证前述关键因素对新能源综合电站增量收入的影响机制及程度，为了便于展示，算例中利用新能源综合电站增量收入和发电量计算得到度电增收，用以表示新能源综合电站增量收入。

（1）基准场景信息（见表1）。

表1 基准场景信息

（2）场站量价信息。

图1 基准场景的典型出力曲线与现货电价曲线

3.2 现货电价

现货电价影响因素众多，不同场景下现货电价区别较大。为了分析实际情况下现货电价对新能源综合电站增量收入的影响，利用控制变量法从市场环境、月份、峰谷价差三个维度模拟现货电价变化对新能源综合电站增量收入的影响，模拟结果如图2所示。

图2 现货电价变化对新能源综合电站增量收入的影响

通过对不同现货电价场景进行模拟，可以得到以下几个结论。

（1）现货电价波动越剧烈，储能投资价值越高。新能源综合电站在市场环境下增量收入差异明显，且与现货电价波动（标准差）呈现一定的正相关性，新能源场站应关注不同市场环境对储能投资的影响。

（2）大部分时间储能成本难以回收。不同月份的现货电价差异较大，储能成本高企的情况下，新能源场站投资储能在绝大多数时间难以完全回收储能成本。

（3）现货峰谷价差与储能投资价值近似呈正线性相关。现货电价曲线形状不变的前提下，现货峰谷价差与新能源综合电站增量收入近似呈正线性相关，拉大现货峰谷价差将会显著影响储能的投资价值，应积极推动现货市场进一步拉大限价范围。

3.3 储能特性

新能源综合电站可配置多种类型的储能系统，放电功率、放电时间、放电深度、转换效率会对新能源综合电站增量收入产生不同的影响，有必要通过算例模拟不同储能特性的影响结果，为新能源场站选取储能参数提供借鉴，模拟结果如图3所示。

图3 不同储能特性对新能源综合电站增量收入的影响

通过对不同储能特性的模拟，可以得到以下几个结论。

（1）新能源场站存在最优的放电功率。新能源场站装机容量和储能放电时间不变的前提下，储能投资带来的增量收入呈现先增大后减小的趋势，表明新能源场站存在一个最优的放电功率，该放电功率下的储能投资价值最高。

（2）新能源场站存在最优的放电时间。储能容量保持不变的前提下，缩短放电时间，提升放电功率，有助于储能系统迅速捕捉短时高电价，但当储能的放电功率已经能够完全满足新能源综合电站的电能量迁移要求时，新能源综合电站增量收入将会保持不变。

（3）放电深度与储能投资价值近似呈正线性相关。放电深度不仅会影响储能系统寿命，还会影响储能系统投资价值。在储能系统寿命允许范围内，适当提升储能系统放电深度，有助于提高储能系统有效放电功率，进而提高储能系统的投资价值。

（4）转换效率与储能投资价值近似呈正线性相关。充放电转换效率决定着储能系统在充放电过程中的能量损失，转换效率越高，充放电过程中的能量损失越少，现货市场中储能系统可以放出更多的电能获取更高的收入。

4 结论

本文对新能源场站在新型电力系统中所面临的问题进行了简要介绍，构建了新能源场站配置储能的新能源综合电站增量收入模型，分析现货市场电价、储能放电功率、储能放电时间、储能放电深度、储能转换效率等因素对新能源综合电站增量收入的影响。主要得出以下几点结论：（1）新能源综合电站增量收入受各地区市场环境影响较大，且现货电价波动越剧烈，新能源综合电站增量收入越高。（2）新能源场站配置储能存在最优的放电功率与放电时间，新能源场站投资储能时应尽量接近储能的最优值。（3）储能放电深度、储能转换效率与新能源综合电站增量收入近似呈正线性相关，适当提高储能放电深度和转换效率，有助于提升新能源配置储能的投资价值。（4）现货峰谷价差与新能源综合电站增量收入近似呈正线性相关，现阶段国内典型现货试点省份的新能源场站仅靠现货市场回收储能投资成本存在一定困难，有必要进一步拉大现货市场的限价范围。