秦 帆 劉 聰

（1.徐州市國有資產(chǎn)投資經(jīng)營集團有限公司 2.中國礦業(yè)大學低碳能源與動力工程學院）

0 引言

隨著能源供應體系的不斷發(fā)展， 尤其是新能源電力供應的不斷增加， 儲能在電力系統(tǒng)中的作用逐步顯示。目前， 儲能系統(tǒng)運行的商業(yè)運營模式不斷完善，部分地區(qū)開展了裝機補貼和運行補貼， 儲能系統(tǒng)除參與調峰外， 還可以進入電力現(xiàn)貨交易市場， 儲能系統(tǒng)盈利難的問題得到逐步解決。國內學者對儲能系統(tǒng)的技術路線、 運行效率、 投資測算等方面進行了較多研究， 對儲能系統(tǒng)運行的基本模式進行了探討， 建立的儲能系統(tǒng)運行經(jīng)濟性模型[1-5］， 但從商業(yè)角度對系統(tǒng)投資運營的可行性， 尤其是財務可行性分析的較少，運行的固定成本和可變成本沒有進行區(qū)分， 充放電效率對系統(tǒng)運行時長的影響沒有進行充分考慮， 缺乏全生命周期的可行性評價。本文基于峰谷電差價工況，對儲能系統(tǒng)運行的模式以及盈利性進行了研究討論，通過動態(tài)財務投資計算方法， 建立峰谷電差價模式下儲能系統(tǒng)盈利能力測算方法和模型， 得出了盈利性評估指標， 并結合實際案例， 對儲能系統(tǒng)運行的財務可行性進行評價研究。本文的研究， 對儲能系統(tǒng)投資以及運行效果評估具有參考意義。

1 儲能系統(tǒng)運行

1.1 儲能技術

當前， 國內外在用的儲能技術主要包括[6］： 抽水蓄能、 壓縮空氣儲能、 飛輪儲能、 電池儲能、 超級電容器儲能等。不同儲能系統(tǒng)的技術原理不同， 但作用基本相當， 主要是起到儲存富裕電力， 并在有需求時向電網(wǎng)或者用戶釋放電力的作用。除儲存電能外， 儲能的形式還包括儲存熱 （冷） 或氫氣等， 通過改變能量性質， 達到儲存能量的目的。

1.2 運行模式

分布式能源和儲能的應用改變了電力系統(tǒng)“發(fā)電-輸電-用電”的傳統(tǒng)利用模式， 儲能系統(tǒng)可以在發(fā)電、輸電、 用電各個環(huán)節(jié)與原有系統(tǒng)進行耦合[7］。

（1） 發(fā)電側運行

我國現(xiàn)行主流發(fā)電機組包括火力、 水力、 核能、太陽能光伏、 風電機組等。太陽能光伏、 風電等新能源機組受天氣影響大， 出力變化大， 對電網(wǎng)沖擊大。為優(yōu)先消納新能源發(fā)電， 傳統(tǒng)火電機組調峰運行的時間變長， 啟停更加頻繁， 調峰負荷深度變大， 低功耗運行損失變大， 運行的安全隱患升高。

通過配置儲能可以將風電和光伏無法上網(wǎng)的電量存起來， 并在電網(wǎng)缺負荷或者用戶側有需求時輸送出去， 從而減少損失， 提高收益。對火電等調峰機組來說， 配置儲能可以有效增加機組運行的靈活性， 提高機組深度調峰工況下運行的經(jīng)濟性和安全性。

（2） 用戶側運行

部分工商業(yè)用戶對能源供應要求較高， 為提高供電的穩(wěn)定性， 破解臨時的電力短缺問題， 有建設儲能系統(tǒng)的必要。同時， 利用電力系統(tǒng)供應的峰谷電價，配置儲能可以實現(xiàn)電價高峰期用電量消減， 從而減少電費支出， 盈利能力取決于儲能系統(tǒng)全壽命周期內度電成本與峰谷電價差的比較。

（3） 電網(wǎng)側運行

由于電網(wǎng)負荷的波動， 為了保證電力的穩(wěn)定供應， 須要投入大量的資金進行電力擴容。考慮電網(wǎng)運行的穩(wěn)定性和安全性， 配置儲能可以有效進行調頻調壓， 增加調頻調壓容量和控制靈活性。同時， 由于儲能系統(tǒng)具有響應速度快， 爬坡能力強， 可正反向調節(jié)等優(yōu)點， 儲能系統(tǒng)在輔助服務領域優(yōu)勢明顯， 能夠以ms級的速度為電網(wǎng)提供調峰調頻、 緊急支撐、 黑啟動等多種服務。

1.3 盈利模式

（1） 峰谷差運行

儲能系統(tǒng)可以在負荷低谷時， 以較低的谷電價對儲能電池進行充電， 在負荷高峰時向外供電， 實現(xiàn)峰值負荷的轉移， 從峰谷電價中獲取收益。

（2） 電力消納

光伏、 風力等新能源發(fā)電具有很強的間歇性和波動性， 通過配置儲能系統(tǒng)， 將多余光伏、 風力發(fā)電存在儲能系統(tǒng)中， 待電量不足時， 由儲能向負荷供電，最大程度上實現(xiàn)用電利益最大化。

（3） 容量管理

通過配置儲能， 工商業(yè)用戶可以利用儲能系統(tǒng)在電低谷時儲能， 在用電高峰時放電， 從而降低用戶的尖峰功率以及最大需量， 降低企業(yè)在高峰時的最大需量功率， 起到降低容量電價的作用。此外， 還有部分工商業(yè)用戶， 因為生產(chǎn)能力需求的擴大， 原申用電容量不能滿足生產(chǎn)經(jīng)營需要， 須申請增加容量。通過建設或租賃儲能系統(tǒng)， 可以幫助該類用戶在短期內滿足負荷電能需量要求， 降低擴容投資。

（4） 其他盈利途徑

儲能系統(tǒng)其他盈利途徑還包括： 需求側響應、 電力輔助服務、 電力現(xiàn)貨交易等。電力需求響應是指企業(yè)在電力用電緊張時， 主動減少外接用電， 通過使用儲能系統(tǒng)供電進行削峰， 響應供電平衡， 并由此獲得經(jīng)濟補償。電力輔助服務是指儲能系統(tǒng)參與電網(wǎng)調頻、 調峰、 調相等。電力現(xiàn)貨交易是指儲能系統(tǒng)作為獨立主體進入電力市場， 進行電力現(xiàn)貨交易。

2 儲能系統(tǒng)投資

2.1 投資模式

（1） 獨立投資

獨立投資指的是工商業(yè)用戶自費配置儲能系統(tǒng)。儲能設備可由用戶自行維護， 或由設備廠商提供運維服務。獨立投資模式適用于儲能投資收益率較高的場景。

（2） 合作投資

電力系統(tǒng)中的各個主體， 包括發(fā)電企業(yè)、 電網(wǎng)企業(yè)、 用戶以及外部投資者， 均可以參與儲能系統(tǒng)建設， 各個主體之間可以交叉合作， 共同投資建設儲能系統(tǒng)。

采用電網(wǎng)與用戶共同投資的模式可以分散用戶投資壓力和電網(wǎng)的銷售壓力， 在負荷高峰時期放電， 達到削峰填谷的目的， 進而可以延緩電網(wǎng)投資。電網(wǎng)作為儲能的運營方， 將某些時刻多余的電能存儲在分布式儲能中， 并在需要時通過電網(wǎng)線路輸送給用戶， 不僅節(jié)約了成本， 還可以賺取利潤。

（3） 共享和租賃模式

共享模式是通過自有資金或者融資， 購置儲能設備， 建設儲能系統(tǒng)， 并租賃給第三方使用的模式。通過該模式儲能系統(tǒng)建設者除讓儲能設備為自身服務外， 也可以將儲能設備租賃給第三方， 從而消除初期投資成本過大的障礙， 降低應用門檻， 促進儲能行業(yè)發(fā)展。

2.2 系統(tǒng)投資成本

儲能系統(tǒng)的投資建設成本主要包括容量成本和功率成本， 別表示為：

式中，Ip為儲能系統(tǒng)單位功率成本，Ic為儲能系統(tǒng)單位容量成本，Pe為儲能系統(tǒng)額定功率，Ee為儲能系統(tǒng)額定容量。

2.3 系統(tǒng)運行成本

儲能系統(tǒng)的運行成本可分為固定成本和可變成本。

式中，Cfc為固定成本， 包括固定人員工資、 設備場地費等；Cvc為可變成本， 主要為系統(tǒng)充電成本和維護成本。

為更直觀反映充放電對系統(tǒng)盈利性的影響， 本文的測算不考慮各項稅費以及其他人力資源等成本。該情況下， 系統(tǒng)運行成本即為運行可變成本， 可表示為：

式中，C0為年資金流出，Ps為系統(tǒng)功率，Tc為充電時間，Uc為充電單價。

3 儲能系統(tǒng)收益模型

3.1 收益指標

儲能系統(tǒng)盈利指標包括靜態(tài)指標和動態(tài)指標。靜態(tài)指標不考慮時間成本， 動態(tài)指標考慮資本時間成本， 主要包括財務凈現(xiàn)值、 內部收益率、 投資回收期等。

3.2 系統(tǒng)收益

儲能系統(tǒng)盈利渠道主要包括， 峰谷電差價運行、電力消納、 容量管理以及其他補貼等。系統(tǒng)收益為表示為：

式中，Sc為系統(tǒng)峰谷電差價運行收入，Sd為電力消納收入，Sr為容量補償對應的收入，So為補貼或其他收入。

慢充慢放工況下， 儲能系統(tǒng)充放電運行的收益為：

式中，Tf是放電時長，Uf是放電價格。

對于儲能系統(tǒng)放電時長， 根據(jù)能量守恒可求得：

式中，ηf為放電效率，ηc為充電效率。根據(jù)上式， 可得：

不計算電力消納和其他補償費用的情況下， 年資金流入等于系統(tǒng)峰谷電差價運行收益。

式中，Ci為年收入。

3.3 單位運行收益

按照夜間谷電充電一次， 日間峰電充電一次的模式， 儲能系統(tǒng)每日運行一次， 不考慮初投資的情況下， 則系統(tǒng)運行單位收益為：

3.4 全生命周期收益測算

（1） 財務凈現(xiàn)值

項目投資財務凈現(xiàn)值是指按設定的折現(xiàn)率將項目計算期內各年凈現(xiàn)金流量折現(xiàn)到建設期初的現(xiàn)值之后， 計算公式為[8］：

式中，Ci為資金流入，Co為資金流出， （Ci-Co）為第t 年的凈現(xiàn)金流量，n為計算期年數(shù)，ic是折現(xiàn)率， 表示投資者期望的最低的投資回報年復利利率。

FNPⅤ是考察項目盈利能力的絕對量指標， 它反映項目在滿足按設定折現(xiàn)率要求的盈利之外所能獲得的超額盈利的現(xiàn)值。

FNPⅤ等于或大于零， 該項目財務效益可以被接受。

（2） 財務內部收益率

財務內部收益率是指項目在整個計算期內各年凈現(xiàn)金流量現(xiàn)值累計等于零時的折現(xiàn)率， 它是考察項目盈利能力的相對量指標， 其表達式為：

將計算出來的財務內部收益率與設定的行業(yè)部門基準收益率進行比較， 當財務內部收益率大于設定的基準收益率時， 即認為項目的盈利性能夠滿足要求，該項目財務效益可以被接受。

（3） 投資回收期

動態(tài)投資回收期的計算在實際應用中根據(jù)項目的現(xiàn)金流量表， 計算方法是： 累計凈現(xiàn)金流量現(xiàn)值出現(xiàn)正值的年數(shù)-1+上一年累計凈現(xiàn)金流量現(xiàn)值的絕對值/出現(xiàn)正值年份凈現(xiàn)金流量的現(xiàn)值， 以Pt表示。

4 儲能系統(tǒng)運行財務測算模型

4.1 投資成本

容量2MWH 磷酸鐵鋰儲能系統(tǒng)， 配置功率250kW 變流器及接入設備， 系統(tǒng)容量造價1500 元/kWh， 功率造價600元/kW[9］。

根據(jù)式 （1）， 系統(tǒng)投資成本Is為315萬元。

4.2 運行成本

以江蘇省110kⅤ大工業(yè)用戶價計算， 峰電價格0.9647 元/kWh， 谷電價格0.2289 元/kWh[10］， 系統(tǒng)每天充電8h， 全年360d， 全年合計2880h， 系統(tǒng)首年充電效率95%， 每年衰減1%。

根據(jù)式（3） （4）， 可求得系統(tǒng)年運行成本Cvc為16.48萬元。

4.3 收益

根據(jù)式 （8）， 系統(tǒng)放電效率以95%計， 每年衰減1%， 可求得慢充慢放工況下， 首年系統(tǒng)峰電時放電時間為2599.2h。

依據(jù)式 （9）， 系統(tǒng)首年收益Ci為62.69 萬元， 逐年降低。

4.4 測算指標

系統(tǒng)壽命按15 年計， 結合以上計算， 投資回收期基本值按8 年計， 基準內部收益率按15%計， 折現(xiàn)率ic按12%計。

根據(jù)式 （11）， 系統(tǒng)財務凈現(xiàn)值FNPⅤ為-43.25，結果小于0。

根據(jù)式（12）， 系統(tǒng)內部收益率FIRR為8.65%，低于基準內部收益。

根據(jù)投資回收期計算方法， 投資回收期Pt為8.5年， 高于基準投資回收期。

5 結束語

綜上所述， 儲能系統(tǒng)技術多樣， 應用場景不同，包括發(fā)電側運行、 用戶側運行、 電網(wǎng)側運行。系統(tǒng)運行可以起到削峰填谷或者電力輔助調節(jié)等方面作用。儲能系統(tǒng)投資建設可分為獨立投資、 合作投資或者共享和租賃等模式。系統(tǒng)盈利的渠道主要來自峰谷差運行、 電力消納、 容量管理、 需求側響應、 電力輔助服務以及電力現(xiàn)貨交易等。

系統(tǒng)建設成本包括功率成本和容量成本， 運行成本包括可變成本和固定成本。慢充慢放工況下， 維持系統(tǒng)功率和電流恒定， 系統(tǒng)放電時間小于充電時間，存在運行損失， 且運行效率逐年降低。評價儲能系統(tǒng)全生命周期財務可行性的指標包括財務凈現(xiàn)值、 內部收益率、 投資回收期等。在峰谷差運行工況下， 通過建立系統(tǒng)運行模型， 測算得項目具備正收益， 但財務凈現(xiàn)值、 內部收益率低于基準值， 未達到投資要求。