陳豪，張偉華，石磊，李曉江，王開讓，鞏宇

國內(nèi)外用戶側(cè)光儲系統(tǒng)發(fā)展應用研究

陳豪1，張偉華2，石磊2，李曉江2，王開讓1，鞏宇1

（1．華北電力科學研究院有限責任公司，北京市 海淀區(qū) 100045；2．北京高新技術創(chuàng)業(yè)投資有限公司，北京市 朝陽區(qū) 100022）

隨著分布式光伏越來越多地接入電網(wǎng)，光儲系統(tǒng)作為提高系統(tǒng)穩(wěn)定性、減少用戶用電成本的有效手段，已成為新能源應用的重要發(fā)展方向。首先研究了歐美、日本等發(fā)達國家用戶側(cè)光儲系統(tǒng)應用現(xiàn)狀，并在此基礎上總結了國外用戶側(cè)光儲系統(tǒng)發(fā)展的重要條件和技術路線。然后，介紹了國內(nèi)商業(yè)用戶、工業(yè)用戶和居民用戶光儲項目，分析了國內(nèi)用戶側(cè)光儲系統(tǒng)發(fā)展所面臨的難題和困境。最后，根據(jù)國外應用經(jīng)驗，結合國內(nèi)電動汽車充電樁迅速發(fā)展的現(xiàn)狀，提出了發(fā)展建議，對國內(nèi)用戶側(cè)光儲項目的健康發(fā)展具有一定的借鑒意義。

用戶側(cè)；光儲系統(tǒng)；分布式光伏；電價補貼；輔助服務市場

0 引言

隨著全球分布式光伏越來越多地接入電網(wǎng)，滲透率越來越高，分布式光伏對電網(wǎng)的影響越來越受到各國能源主管部門的關注[1-5]。而光儲系統(tǒng)作為提高系統(tǒng)穩(wěn)定性、減少用戶用電成本的有效手段，已成為各國能源戰(zhàn)略的重要發(fā)展方向。以德國為首的歐美發(fā)達國家，為滿足分布式光伏迅速發(fā)展的需要，不但出臺了大量用于用戶側(cè)光儲項目的補貼政策，而且還大力發(fā)展電力輔助服務市場，為光儲用戶開辟新的高利潤盈利通道[6-10]。這些舉措在推動用戶側(cè)光儲技術發(fā)展和應用的同時，也為新能源技術的發(fā)展擴寬了道路，為全球能源革命注入了新的活力，使得德國等歐美發(fā)達國家成為分布式發(fā)電技術發(fā)展的典范[11-14]。

與歐美等發(fā)達國家用戶側(cè)光儲的發(fā)展情況相比，我國由于分布式光伏滲透率低、缺少光儲補貼政策以及電力市場不完善等原因，一直難以激發(fā)用戶安裝光儲系統(tǒng)的積極性。雖然光伏、儲能成本大幅度下降，光伏上網(wǎng)電價補貼也在持續(xù)降低，但由于市場需求不強烈，且經(jīng)濟性不明顯，使得用戶側(cè)光儲項目在國內(nèi)很少，需要解決的瓶頸問題也較多。在這種情況下，亟需對國內(nèi)外應用情況進行梳理，總結國外發(fā)展經(jīng)驗，結合國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀，提出適合的技術路線，為國內(nèi)用戶側(cè)光儲項目的發(fā)展指明方向。

鑒于此，本文研究了德國、澳大利亞、美國、日本等發(fā)達國家用戶側(cè)光儲系統(tǒng)的應用現(xiàn)狀，總結了國外用戶側(cè)光儲系統(tǒng)發(fā)展的重要條件和技術路線，分析了國內(nèi)用戶側(cè)光儲系統(tǒng)發(fā)展所面臨的難題和困境，并提出推動國內(nèi)用戶側(cè)光儲項目發(fā)展的建議。

1 國外用戶側(cè)光儲系統(tǒng)應用現(xiàn)狀

作為降低用戶電費支出、提高供電可靠性、減少環(huán)境污染的有效手段，工業(yè)園區(qū)、商業(yè)區(qū)、居民用戶、校園、島嶼等用戶側(cè)光儲系統(tǒng)已成為全球能源應用重要的發(fā)展方向。無論是在美國、澳大利亞等開放電力市場國家，還是在東南亞、加勒比海等海島分布廣泛地區(qū)，分布式光儲系統(tǒng)都得到了廣泛應用。特別是隨著德國、澳大利亞、美國等歐美發(fā)達國家分布式光伏在電力系統(tǒng)中的滲透率不斷提高，用戶側(cè)光儲系統(tǒng)作為分布式光伏的“升級版”，由于其在自發(fā)自用和系統(tǒng)穩(wěn)定方面的積極作用，得到了上述國家的大力支持和廣泛推廣，并將原來以售電為主的盈利模式逐漸轉(zhuǎn)換為以提供利潤更豐厚的輔助服務為主的盈利模式，從而實現(xiàn)了用戶和電力公司的雙贏。

1.1 各國應用現(xiàn)狀

1.1.1 德國

德國是全球分布式光伏發(fā)展最迅速的國家，由于放棄核電，使光伏等新能源發(fā)電技術在德國得到了大規(guī)模應用，2018年光伏累計裝機達到44.3GW，其中90%為屋頂光伏，分布式光伏對電網(wǎng)的滲透率甚至達到30%[15]。在大規(guī)模分布式光伏接入電網(wǎng)的同時，電網(wǎng)也不可避免地出現(xiàn)了系統(tǒng)穩(wěn)定問題。為緩解分布式光伏對電網(wǎng)的沖擊，早在2013年5月，德國就出臺了光儲補貼政策，由德國復興信貸銀行對用戶側(cè)光儲項目進行低息貸款和現(xiàn)金補貼，鼓勵在已有和即將安裝光伏的用戶加裝儲能。最初現(xiàn)金補貼比例甚至達到了設備安裝費用的30%，而且還要求光儲運營商必須將60%的發(fā)電量送入電網(wǎng)，使得運營商有機會通過現(xiàn)金補貼上網(wǎng)電量，從而獲取豐厚的利潤，進一步促進了光儲系統(tǒng)在用戶側(cè)的大量安裝。

截至2018年，德國安裝了385MW用戶側(cè)儲能，用戶側(cè)光儲系統(tǒng)占分布式光伏的比例更是達到了77%，到2019年用戶側(cè)光儲系統(tǒng)又增加了 5萬套。雖然光伏規(guī)模的不斷擴大使光伏上網(wǎng)補貼從2017年7月1日起逐年下降，德國復興信貸銀行也于2016年10月終止了用戶側(cè)光儲補貼政策，但由于分布式光伏已規(guī)?；尤腚娋W(wǎng)，儲能系統(tǒng)成本又在快速下降，加之其他儲能補貼政策也在陸續(xù)出臺，使得德國的用戶側(cè)光儲能市場在光儲補貼取消的情況下依然會繼續(xù)向前發(fā)展。而且由于用戶側(cè)零售電價的不斷攀升，過去以上網(wǎng)發(fā)電為主的盈利模式也必然向自發(fā)自用、余量上網(wǎng)的方向發(fā)展。目前，德國仍然是歐洲最成熟和最活躍的分布式光儲市場，也是用戶側(cè)光儲商業(yè)模式發(fā)展最先進和最成功的國家。

1.1.2 澳大利亞

由于光照資源豐富、電網(wǎng)電價高，澳大利亞的光伏發(fā)電，特別是用戶側(cè)光伏發(fā)展迅速，大量用戶安裝了光伏系統(tǒng)。截至2017年，澳大利亞用戶側(cè)光伏總裝機數(shù)量超過了180萬套，僅2017年，澳大利亞就新增了1095MW用戶側(cè)光伏，占全年新增光伏裝機容量的82%。與德國類似，大量用戶側(cè)光伏的接入使得澳大利亞電網(wǎng)也存在不可忽視的系統(tǒng)穩(wěn)定問題，2016年9月發(fā)生的南澳州大范圍停電事故，更使得儲能等有助于提升系統(tǒng)穩(wěn)定性的技術措施成為該國能源領域關注的焦點。為此，各州政府相繼發(fā)布了光儲補貼計劃，使得澳大利亞成為除德國外用戶側(cè)光儲市場發(fā)展最快的國家。2018年澳大利亞政府出臺了“電池儲能安裝激勵計劃”，該政策除了補貼居民用戶和商業(yè)用戶，更鼓勵用戶側(cè)光儲系統(tǒng)進入電力市場提供輔助服務，使得用戶能牟取更高的利潤，進一步提高了用戶安裝光儲系統(tǒng)的積極性。

目前，澳大利亞光儲系統(tǒng)主要集中在居民用戶和商業(yè)園區(qū)，與集中式電站相比，用戶側(cè)光儲占據(jù)了絕對的市場優(yōu)勢。繼2015年安裝了500套用戶側(cè)光儲系統(tǒng)后，2016年又安裝了6750套，2017年更是達到了20 000套，而在2019年由于州政府提供了1.47億美元的補貼以及低息貸款，更有接近7萬戶家庭安裝戶用光儲系統(tǒng)[16]。隨著儲能成本和上網(wǎng)售電電價的下降，澳大利亞用戶側(cè)光儲系統(tǒng)的安裝量還會繼續(xù)增加，預計未來安裝量會實現(xiàn)3~4倍的增長，目前澳大利亞已成為繼德國之后的全球第二大用戶側(cè)光儲市場。

1.1.3 美國

除德國、澳大利亞，美國為了在提高光伏等新能源發(fā)電占比的同時保證電網(wǎng)穩(wěn)定運行，也推出了自己的光儲補貼政策。美國早在2011年，在用于鼓勵用戶側(cè)分布式發(fā)電的自發(fā)電激勵計劃中，就提出對于加裝了儲能的用戶給予2美元/W的設備安裝補貼。夏威夷由于其豐富的光伏資源，一直力圖通過資金激勵計劃支持光伏與儲能的結合，2017年1月州政府還明確出臺了推動光儲系統(tǒng)安裝應用的支持政策。加利福尼亞作為全美國用戶側(cè)光儲系統(tǒng)安裝最多的州，規(guī)定對于并網(wǎng)用戶在達到特定日循環(huán)要求的情況下，可以享受加州自發(fā)電激勵計劃(SGIP)的安裝補貼，該補貼能夠節(jié)省用戶50%的安裝費用。

另外，一些非補貼性政策，例如為了鼓勵綠色能源投資而出臺的聯(lián)邦投資稅減免政策(investment tax credit，ITC)，即對于與光伏一同安裝的儲能，當儲能系統(tǒng)中存儲的電量有75%以上來自于光伏發(fā)電時，便可減免設備成本30%的賦稅。同時，與之配套的儲能投資稅收減免法案也激勵美國的能源投資商將儲能應用到光伏項目開發(fā)中[17]，在一定程度上也起到了加速用戶側(cè)光儲項目發(fā)展的作用。

1.1.4 日本

日本作為世界第五大能源消費國，由于棄核導致的電力供應緊張，迫使光伏等新能源發(fā)電形式在日本迅猛發(fā)展，但同時又受到國土面積小、山地占比高、用電需求量大等客觀條件的制約，使得該國近幾年屋頂光伏的發(fā)展呈明顯的上升趨勢。與此同時，日本也在積極出臺激勵措施來鼓勵用戶采用儲能系統(tǒng)，以緩解大量涌入的分布式光伏帶來的系統(tǒng)穩(wěn)定問題。例如日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省計劃出資約9830萬美元為裝設儲能的居民和商業(yè)用戶提供66%的費用補貼，同時還計劃為工業(yè)園區(qū)用戶撥款7.79億美元[17]，以鼓勵工業(yè)用戶將光伏和儲能結合應用，以提高能源利用效率，這些政策的推出使得該國用戶側(cè)光儲項目數(shù)量不斷增多。另外，日本光伏上網(wǎng)補貼電價的持續(xù)降低和售電價格的不斷提升，也將促使用戶不斷提高光伏發(fā)電自發(fā)自用水平，使得儲能對于提升用戶經(jīng)濟效益的作用越來越顯著。

1.1.5 意大利

作為歐洲光照條件最好的國家，由于對國外進口能源高度依存，使得意大利高度重視光伏等新能源的發(fā)展，并在2008—2013年間為新能源撒下大筆歐元。而作為歐洲居民用電電價最高的國家之一，高達0.25歐元/(kW×h)的居民電價也使得用戶側(cè)光儲項目表現(xiàn)出良好的經(jīng)濟性，事實上，意大利居民戶用光儲項目已經(jīng)實現(xiàn)了6~8a的投資回報期。為了推動用戶側(cè)光儲應用，2018年意大利政府出臺了居民戶用光儲系統(tǒng)的補貼政策，主要針對20kW以下居民戶用光儲系統(tǒng)，補貼力度高達50%[18]。而在2018年倫巴第大區(qū)推出的700萬歐元的光儲返利方案，則將最高50%的補償力度覆蓋至20kW以上工商業(yè)用戶。目前，意大利屋頂光伏安裝規(guī)模已超過50萬套，如此大規(guī)模的用戶側(cè)光伏，加上相應的光儲補貼政策，使得 意大利正逐步成為新的頗具吸引力的用戶側(cè)光儲市場。

1.1.6 瑞典

效仿德國戶用光儲補貼計劃，瑞典能源部2016年推出了總計為1.75億瑞典克朗(約1960萬美元)的用戶側(cè)光儲補貼計劃，用以提高國內(nèi)光伏利用水平，提升電網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定性，并推動該國2040年100%可再生能源發(fā)電目標的實現(xiàn)[19]。該計劃于2016年11月開始實施，2019年12月結束，其中2016年的預算為2500萬瑞典克朗， 2017—2019年每年約為5000萬瑞典克朗，以補貼支持與戶用光伏配套安裝的儲能系統(tǒng)，每戶的補貼金額可達50000瑞典克朗，最高可占光儲系統(tǒng)成本的60%。雖然此前瑞典光伏裝機相對其他歐洲國家較為緩慢，但隨著政府財政支持力度的不斷加大，其光伏裝機也得到了越來越快的發(fā)展，而用戶側(cè)光儲補貼政策的出臺，不但會進一步促進光伏產(chǎn)業(yè)在瑞典的快速發(fā)展，也會使用戶側(cè)光儲成為新的經(jīng)濟增長點，并帶動瑞典新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展到新的高度。

1.2 發(fā)展情況分析

1.2.1 發(fā)展技術路線

根據(jù)對上述國家光儲系統(tǒng)發(fā)展情況的分析，可將國外用戶側(cè)光儲系統(tǒng)發(fā)展路線歸結為圖1。

圖1 國外用戶側(cè)光儲系統(tǒng)發(fā)展路線圖

隨著光伏技術發(fā)展，光伏成本的不斷下降和光伏上網(wǎng)補貼政策的引導，必然會刺激用戶側(cè)分布式光伏的大規(guī)模安裝。但隨著分布式光伏滲透率的不斷提高，必然會帶來相應的系統(tǒng)穩(wěn)定問題，而且光伏補貼的不斷下降也會引起用戶上網(wǎng)的積極性降低，從而使得用戶越來越傾向于光伏發(fā)電的自發(fā)自用和就地消納。在電網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定和 用戶自發(fā)自用的需求下，政府如適時出臺儲能或光儲補貼政策，加上儲能系統(tǒng)成本的降低，必然會激勵已經(jīng)安裝光伏或?qū)⒁惭b光伏的用戶加裝儲能，從而達到既滿足用戶自發(fā)自用又提高系統(tǒng)穩(wěn)定性的效果。如果用戶側(cè)光儲系統(tǒng)還能參與調(diào)峰、調(diào)頻、需求側(cè)響應等電力輔助服務，并在其中獲取豐厚利益，必然會進一步帶動用戶側(cè)光儲系統(tǒng)發(fā)展，并將用戶電網(wǎng)售電牟利的單一經(jīng)營模式改變?yōu)殡娋W(wǎng)售電和電力輔助服務相結合的綜合經(jīng)營模式。

1.2.2 外部環(huán)境條件

綜上對國外光儲系統(tǒng)發(fā)展情況的論述，可以看出無論是光儲系統(tǒng)已經(jīng)得到大力推廣的德國、澳大利亞，還是光儲項目迅速增多的美國、日本、意大利、瑞典等國家，用戶側(cè)光儲系統(tǒng)欲得到快速發(fā)展，都至少應具備以下3個重要條件：

1）電網(wǎng)面臨系統(tǒng)穩(wěn)定問題。當電網(wǎng)由于各種分布式新能源滲透率過高而面臨系統(tǒng)穩(wěn)定問題時，從電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的角度出發(fā)提出要求，用戶側(cè)配合分布式新能源安裝儲能就會成為一種客觀需要，以減少分布式光伏對電網(wǎng)的沖擊。

2）政府出臺儲能或光儲補貼政策。由于光儲系統(tǒng)發(fā)展初期用戶很難從市場獲利，且儲能也會因為發(fā)展初期應用規(guī)模小而難以降低系統(tǒng)成本，這些都會導致用戶安裝儲能的意愿很低，使得光儲系統(tǒng)在用戶側(cè)無法得到推廣。這種情況下，適當?shù)难a貼政策對于用戶安裝光儲系統(tǒng)意愿具有重要的引導作用。如果能在電網(wǎng)穩(wěn)定性不斷下降、光伏上網(wǎng)補貼日益減少、用戶用電成本不斷上升等諸多問題日益突出時推出光儲補貼政策，則能夠更快提升用戶安裝光儲系統(tǒng)的意愿，加速光儲系統(tǒng)在用戶側(cè)推廣應用的進程。

3）不斷完善的電力輔助服務市場。由于光儲系統(tǒng)中的儲能不產(chǎn)生電能，而只提供更高品質(zhì)的電能，且投資造價和使用成本較高，使得用戶在傳統(tǒng)的發(fā)售電模式下難以牟取與之匹配的經(jīng)濟利益。而電力輔助服務市場恰恰提供了這樣的盈利機會，需求側(cè)響應需要的正是光儲系統(tǒng)所能提供的高品質(zhì)電能，調(diào)峰市場需要的也是光儲系統(tǒng)對尖峰負荷快速有效的調(diào)節(jié)能力。同時，也只有提供這種高附加值的服務才能使用戶有機會牟取更豐厚的利潤，從而提高用戶安裝光儲系統(tǒng)的積極性，并進一步加速光儲系統(tǒng)的推廣應用。

2 國內(nèi)用戶側(cè)光儲系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 總體情況分析

與歐美等發(fā)達國家分布式光伏大量接入電網(wǎng)、光伏滲透率高的情況相比，我國的分布式光伏滲透率低，而對于受建筑功能和計費結算方式限制的戶用光伏，其數(shù)量就更少，這與德國、澳大利亞等以戶用光伏為主的情況差別更大。而且，國內(nèi)電網(wǎng)較國外電網(wǎng)要堅強得多，還有大量火電和水電機組作為旋轉(zhuǎn)備用，雖然也有大量新能源接入電網(wǎng)，但新能源對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響不像國外那么突出，分布式光伏的影響則更小，從而進一步減少了在用戶側(cè)加裝儲能以提高系統(tǒng)穩(wěn)定性的必要性。同時，與國外政府持續(xù)出臺儲能或光儲的補貼政策相比，國內(nèi)一直缺少相應的激勵政策，從而難以激發(fā)用戶安裝光儲系統(tǒng)的積極性，成為制約國內(nèi)用戶側(cè)光儲項目的又一重要因素。另外，與歐美國家電力市場日益開放和完善的情況不同，國內(nèi)電力市場還處于培育期，調(diào)峰、調(diào)頻、需求側(cè)響應等諸多電力輔助服務的方式還處于探索階段，國內(nèi)電力輔助服務市場的不完善也阻斷了用戶側(cè)光儲項目獲取豐厚利潤的重要途徑，使得其發(fā)展進一步受到制約。因此對于國內(nèi)用戶側(cè)光儲系統(tǒng)的發(fā)展，無論是市場客觀需求，還是用戶主觀能動性，都與國外的情況存在很大差異。特別是經(jīng)濟性不明顯的問題，使得用戶側(cè)光儲項目在國內(nèi)光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展了幾十年之后依然很少，欲在國內(nèi)推廣用戶側(cè)光儲項目需要破解的瓶頸難題依然很多。

目前，國內(nèi)的用戶側(cè)光儲項目主要集中在能取得光伏上網(wǎng)電價補貼且峰谷電價差大的工商業(yè)用戶，主要的盈利模式為光伏園區(qū)折扣電價售電、余量上網(wǎng)以及儲能利用峰谷電價差獲取，盈利對電網(wǎng)電價的依賴度很高，這與國外用戶側(cè)光儲系統(tǒng)自發(fā)自用和提供電力輔助服務為主的盈利模式有較大不同。應該說，將光伏上網(wǎng)電價補貼、大的峰谷電價差以及工商業(yè)用戶等作為安裝光儲系統(tǒng)的必要條件，這些要求還是很苛刻的，具備這些條件的安裝地區(qū)也相對較少，這也進一步增加了用戶側(cè)光儲系統(tǒng)推廣的難度。雖然如此，在峰谷電價差大且負荷重的地區(qū)，例如北京、浙江、廣州等經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)，由于用電形式和用電需求的多樣化，還是有部分用戶側(cè)光儲項目在這 些地方的工業(yè)園區(qū)、商業(yè)區(qū)以及校園微網(wǎng)中投運。

2.2 投運項目介紹

2.2.1 北京大鐘寺藍景麗家光儲項目

2017投運的北京大鐘寺藍景麗家光儲系統(tǒng)為商業(yè)園區(qū)項目，其光伏為901.8kW單晶硅光伏系統(tǒng)，儲能為500kW/2 500kW×h鉛炭電池儲能系統(tǒng)，用戶負荷5000kW。其光伏項目享受國、市、區(qū)三級政府補貼，國家補貼0.42元/(kW×h)，北京市補貼0.3元/(kW×h)，海淀區(qū)一次性補貼0.3元/ (kW×h)，其中北京市補貼期限不超過5a，海淀區(qū)補貼總額不超過100萬元。項目所在地峰谷電價差為1.01元，尖峰谷電價差為1.41元。可以看出，大鐘寺藍景麗家高的電價補貼和大的峰谷電價差為用戶側(cè)光儲項目的實施提供了很好的外部條件。

藍景麗家光儲項目采用的合同能源管理的方式，在投資商利用光伏系統(tǒng)售電獲利和儲能系統(tǒng)峰谷電價套利的同時，也為用戶節(jié)省了電費。根據(jù)用戶的統(tǒng)計，該光儲項目每年為用戶節(jié)省的電費在40萬~50萬元。同時，由于大鐘寺藍景麗家地處北京市北三環(huán)，是北京市商業(yè)核心地帶，為重負荷區(qū)，線路走廊擁擠，而經(jīng)營規(guī)模的擴大、數(shù)據(jù)中心的建設以及電動汽車充電樁的接入使得用戶一直面臨供電容量不足的窘境。而該光儲項目正好解決了區(qū)外輸電線路難以擴容改造、用戶用電量逐年增大導致的變壓器容量不足的痛點問題，從而使得該項目具有良好的經(jīng)濟性。經(jīng)過2年多運營，該項目已收回約70%的成本，還解決了企業(yè)未來發(fā)展用電不足問題，為用戶解決了后顧之憂，經(jīng)濟和社會示范效應都很顯著。

2.2.2 杭州富陽中恒電氣有限公司光儲項目

2017年投運的杭州富陽中恒電氣有限公司用戶側(cè)光儲系統(tǒng)為工業(yè)園區(qū)項目，其光伏系統(tǒng)容量為606kW，儲能為250kW/300kW×h鉛炭電池儲能系統(tǒng)，用戶負荷為400kW廠區(qū)供電和 134kW交直流充電樁用電[20]。項目所在地峰谷電價差為0.52元，峰平電價差為0.21元，尖峰谷電價差為0.83元，尖峰平電價差為0.51元，可以看出富陽中恒光儲項目所在地的峰谷電價差低于大鐘寺藍景麗家。

該項目運行控制方式為光儲解耦運行，光伏系統(tǒng)運營方式為園區(qū)供電、余量上網(wǎng)，截至2018年3月25日，光伏系統(tǒng)累計發(fā)電量約33.3萬kW×h，園區(qū)供電電量27.4萬kW×h，余量上網(wǎng)電量5.9萬kW×h，自發(fā)自用電量占比82.3%。儲能系統(tǒng)運營方式為峰谷電價差和峰平電價差套利，每天采用兩充兩放的充放電策略。另外，由于儲能系統(tǒng)采用鉛炭電池，能量狀態(tài)運行區(qū)間為40%~100%。儲能系統(tǒng)自2016年10月18日正式投入運行，到2018年3月28日，不到一年半的時間，累計充電電量為10.4萬kW×h，累計放電量為7.3萬kW×h。該光儲系統(tǒng)經(jīng)過2年多的運行，有效降低了用戶的基本電費。

2.2.3 寧波新晶都酒店光儲項目

與北京大鐘寺藍景麗家光儲項目類似，2019年4月投運的寧波新晶都酒店用戶側(cè)光儲系統(tǒng)也為一般商業(yè)項目，項目光伏系統(tǒng)容量為90kW，儲能系統(tǒng)容量為250kW/500kW×h，項目總投資150萬元，項目所在地峰谷電價差與杭州富陽中恒電氣有限公司相同[20]。與杭州富陽中恒光儲項目相同，項目運行控制方式為光儲解耦運行，其光伏系統(tǒng)運營方式為園區(qū)供電、余量上網(wǎng)，儲能系統(tǒng)運營方式為峰谷電價差套利。項目投運后，每年能為酒店節(jié)省約5萬元電費，同時也能達到環(huán)保、高效用電和節(jié)能的目的。

2.2.4 云南玉溪居民戶用光儲項目

2018年投運的云南玉溪光儲系統(tǒng)為居民戶用光儲項目，項目光伏系統(tǒng)容量為60kW，儲能系統(tǒng)為20kW/20.6kW×h鋰電池儲能系統(tǒng)，用戶負荷為20戶居民用電[21]。由于是居民用電，項目所在地無電價差，因此項目運營方式與工商業(yè)園區(qū)有很大差別。具體來說，云南玉溪為光照條件好的地區(qū)，對于基于居民屋頂構建的用戶側(cè)微電網(wǎng)，日間光伏發(fā)電功率較大，但負荷較小，夜間無光照，但負荷較大，即光伏發(fā)電與用戶用電呈反調(diào)峰特性。因此，光儲運行控制方式為白天儲能系統(tǒng)充入光伏發(fā)電電量，保證光伏發(fā)電電量的就地消納，晚上儲能系統(tǒng)則放出白天充入的電量為居民供電，也就是說儲能系統(tǒng)的主要作用就是促進光伏發(fā)電的就地消納。

由于該項目租用了居民屋頂?shù)葓龅?，為償還場地租賃費用，項目采用了每月無償提供 100kW×h免費電量的方式進行抵扣，而不是根據(jù)發(fā)電電量與用戶進行電費結算。之所以如此，主要是因為要區(qū)分光伏供電電量、儲能供電電量和電網(wǎng)供電電量較復雜，難以進行有效計量，這也從一定程度上反映出居民戶用光儲項目不但受制造成本、補貼政策、電網(wǎng)電價等大環(huán)境影響，也受到計量、交易、結算等具體技術細節(jié)的制約，這與歐美等國家戶用光儲系統(tǒng)迅速發(fā)展的現(xiàn)狀形成了鮮明的對比，可以說國內(nèi)戶用光儲系統(tǒng)發(fā)展環(huán)境較工商業(yè)用戶還要艱難，欲向前發(fā)展需要克服的困難更多。

2.3 發(fā)展趨勢分析

2.3.1 面臨問題

從對國內(nèi)用戶側(cè)光儲項目的介紹可以看出，無論是發(fā)展環(huán)境還是運營模式，國內(nèi)外都存在很大差異。與國外分布式光伏滲透率高、分布式光伏對電網(wǎng)穩(wěn)定性影響大、儲能或光儲補貼政策較為積極、電力市場相對開放和完善的情況相比，國內(nèi)的分布式光伏滲透率較低，分布式光伏對電網(wǎng)穩(wěn)定性影響小，缺乏儲能或光儲補貼政策，電力輔助服務市場還處于培育期[22-23]。

上述發(fā)展環(huán)境使得國內(nèi)用戶側(cè)光儲項目經(jīng)營模式與國外自發(fā)自用和提供電力輔助服務為主的模式有很大不同，主要的盈利模式為光伏園區(qū)折扣電價售電、余量上網(wǎng)以及儲能利用峰谷電價差獲利。由于無法從輔助服務市場牟取高附加值的利潤，且儲能系統(tǒng)成本還較高，使得國內(nèi)的經(jīng)營模式經(jīng)濟性不明顯，用戶安裝光儲系統(tǒng)的意愿較低，用戶側(cè)光儲項目較少?？梢哉f，國內(nèi)用戶側(cè)光儲項目的推廣很大程度上有賴于外部環(huán)境的改善，同時還需要克服許多關鍵的瓶頸問題。

2.3.2 技術發(fā)展方向

雖然面臨諸多難題，但值得一提的是，近些年來，隨著充電汽車的不斷推廣，在商場、工業(yè)園區(qū)、校園、居民小區(qū)等用戶側(cè)充電樁被安裝得越來越多。由于電動汽車直流充電電價較電網(wǎng)售電電價高，特別是直流快充電價更高，例如北京直流充電樁平時電價為1.3元/(kW×h)，峰時電價為1.8元/(kW×h)，遠高于對應時段的電網(wǎng)電價，這使得一些新能源投資商開始將目光轉(zhuǎn)向用戶側(cè)光儲充一體化項目，探索將成本低的光伏發(fā)電電量、儲能谷時充電電量用于電動汽車直流快充，從而尋求在光伏售電、儲能峰谷平套利之外新的利潤增長點，同時也是更高附加值的利潤增長點。

特別是對于成本較高的儲能系統(tǒng)，甚至可以考慮只針對充電樁高峰時段的充電需求進行峰谷套利，即在谷時從電網(wǎng)充入電量，并僅在電動汽車充電高峰期供給充電樁充電，以此進一步拉大儲能系統(tǒng)的峰谷電價差。這樣，不但可以更好地體現(xiàn)儲能系統(tǒng)的經(jīng)濟價值，尋求與儲能系統(tǒng)較高的投資金額相匹配的高額利潤，而且也能有效降低電動汽車在充電高峰期給電網(wǎng)造成的沖擊負荷，從而在增加經(jīng)濟收入和提高系統(tǒng)穩(wěn)定性上達到雙贏的目的。

目前，相比較國內(nèi)零星的光儲項目，光儲充項目要多很多，目前在北京、江蘇、廣東、上海、山東、安徽、江西、湖北等多地均有落地，例如北京集美大紅門光儲充一體化電站項目，就在積極探索如何將光儲系統(tǒng)與充電樁相結合的運營模式，目前該項目已建成1.4MW光伏系統(tǒng)、4MW/ 12MW×h儲能系統(tǒng)以及12臺150kW直流充電樁。雖然目前光儲充項目也面臨充電車位被汽油車占據(jù)、充電客戶流量不穩(wěn)定等問題，但隨著充電車位監(jiān)控技術的完善、車主充電習慣的形成，上述問題都會得到有效解決。

更重要的是，隨著電動汽車數(shù)量的持續(xù)增加，會使用戶自發(fā)從經(jīng)濟性角度考慮安裝光儲充系統(tǒng)的必要性，從而對用戶側(cè)光儲充系統(tǒng)的需求變得越來越剛性。由于近幾年國內(nèi)電動汽車發(fā)展比國外要迅速得多，大量安裝的充電樁必將成為國內(nèi)用戶側(cè)光儲項目發(fā)展有別于國外的重要優(yōu)勢，光儲充一體化很有可能成為未來用戶側(cè)分布式發(fā)電的重要發(fā)展方向，從而為國內(nèi)用戶側(cè)光儲項目提供新的出路。

3 結論

1）總結了國外用戶側(cè)光儲系統(tǒng)快速發(fā)展的重要條件。高滲透率分布式光伏導致的電網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定性問題、政府持續(xù)出臺的儲能或光儲補貼政策、日益完善的電力輔助服務市場是國外光儲系統(tǒng)得以快速推廣應用的重要條件。

2）指出了國內(nèi)用戶側(cè)光儲系統(tǒng)發(fā)展所面臨的困難。由于缺少儲能或光儲補貼政策，而電力輔助服務市場還處于培育期，使得國內(nèi)用戶側(cè)光儲項目經(jīng)濟性不明顯，這是國內(nèi)用戶側(cè)光儲系統(tǒng)發(fā)展所面臨的最大難題。

3）提出了國內(nèi)用戶側(cè)光儲系統(tǒng)的發(fā)展方向。根據(jù)目前國內(nèi)用戶側(cè)光儲系統(tǒng)發(fā)展所面臨的問題，建議在出臺儲能或光儲補貼政策和發(fā)展電力輔助服務市場的同時，應抓住國內(nèi)電動汽車充電樁迅速發(fā)展的有利條件，推動光儲充技術在用戶側(cè)的結合應用，既為國內(nèi)用戶側(cè)光儲項目提供新的出路，也為新能源的發(fā)展注入新的活力。

[1] 呂晨旭．基于儲能成本收益評估的小型光儲系統(tǒng)實時經(jīng)濟運行方法[J]．電力系統(tǒng)保護與控制，2017，45(17)：144-151．

[2] 楊蘋，許志榮，袁昊哲，等．考慮峰谷電價的串聯(lián)結構光儲型多微網(wǎng)經(jīng)濟運行[J]．電力系統(tǒng)及其自動化學報，2018，30(1)：8-14．

[3] 倪馳昊，劉學智．光伏儲能系統(tǒng)的電池容量配置及經(jīng)濟性分析[J]．浙江電力，2019，38(1)：1-10．

[4] 劉建濤，張建成，馬杰，等．儲能技術在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中的應用分析[J]．電網(wǎng)與清潔能源，2011，27(7)：62-66．

[5] Carbone R．Grid-connected photovoltaic systems with energy storage[J]．Clean Electrical Power，2009：760-767．

[6] EsmaiⅡ A，Nasiri A．A case study on improving ELCC by utilization of energy storage with solar PV [J]．Industrial Electronics，2009：3957-3962．

[7] Zabalawi S A，Mandic G，Nasiri A．Utilizing energy storage with PV for residential and commercial use[J]．Industrial Electronics，2008：1045-1050．

[8] El-tamaly H H，Mohammed A A E．Performance and economic study of interconnected PV system with electric utility accompanied with battery storage[C]// Power Systems Conference．IEEE，2006，1：328-333．

[9] Perrin M，Malbranche P，Mattera F， et al．Evaluation and perspectives of storage technologies for PV electricity[J]．Photovoltaic Energy Conversion，2003，3：2194-2197．

[10] Cheng Y H．Impact of large scale integration of photovoltaic energy source and optimization in smart grid with minimal energy storage[J]．Industrial Electronics (ISIE)，2010：3329-3334．

[11] Zhao Q Y，Yin Z D．Battery energy storage research of photovoltaic power generation system in micro-grid [C]//Critical Infrastructure (CRIS)．2010：1-4．

[12] Mossoba J，Ilic M，Casey L．PV plant intermittency mitigation using constant DC voltage PV and EV battery storage[C]//Innovative Technologies for an Efficient and Reliable Electricity Supply (CITRES)．IEEE，2010：297-301．

[13] Xue J H，Yin Z D，Wu B B．Technology research of novel energy storage control for the PV generation system[C]//Power and Energy Engineering Conference．IEEE，2009：1-4．

[14] Saito N，Niimura T，Koyanagi K，et al．Trade-off analysis of autonomous micro-grid sizing with PV，diesel，and battery Storage[C]//Power & Energy Society General Meeting．2009：1-6．

[15] 武利會，岳芬，宋安琪，等．分布式儲能的商業(yè)模式對比分析[J]．儲能科學與技術，2019，8(5)：960-966．

[16] 熊洽，陶飛達，楊夏，等．光儲模式在電力系統(tǒng)中的應用分析[J]．機電工程技術，2018，47(12)：141-145．

[17] 王思．一文讓你看懂德、美、日在光伏+儲能上的發(fā)展策略[J]．新能源經(jīng)貿(mào)觀察，2018，64(9)：35-37．

[18] 李建林．分布式可再生能源領域中儲能的應用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J]．電氣應用，2018，2018(1)：6-9．

[19] 王彥宇，郭權利．微電網(wǎng)示范工程綜述[J]．沈陽工程學院學報(自然科學版)，2019，15(1)：86-91．

[20] 蔣林洳．基于多智能體技術的電動汽車優(yōu)化充電研究[D]．南京：南京師范大學，2017．

[21] 田兵，雷金勇，喻磊，等．用戶側(cè)微電網(wǎng)能量優(yōu)化策略與工程實踐[J]．南方電網(wǎng)技術，2018，12(3)：66-73．

[22] 陳松波，羅偉彬，梁唐杰．連南光儲微電網(wǎng)升級改造方案與實踐[J]．分布式能源，2018，3(6)：67-73．

[23] 張小東，王宇，李白，等．光儲聯(lián)合運行直流微電網(wǎng)控制策略[J]．廣東電力，2018，31(2)：58-64．

Research on the Development and Application of the Photovoltaic and Energy Storage System in the User-side at Home and Abroad

CHEN Hao1, ZHANG Weihua2, SHI Lei2, LI Xiaojiang2, WANG Kairang1, GONG Yu1

(1. North China Electric Power Research Institute Co., Ltd., Haidian District, Beijing 100045, China ; 2. Beijing High Technology Venture Capital Co., Ltd., Chaoyang District, Beijing 100022, China)

Nowadays more and more distributed photovoltaic is connected to distribution grid. Under the condition, as an effective method of improving grid stability and decreasing electricity cost, the photovoltaic and energy storage system has become an important trend of new energy application. Application of the user-side photovoltaic and energy storage system in the developed countries as Europe, United States and Japan was studied. On the base of the analysis, the important developing condition and technology roadmap of the user-side photovoltaic and energy storage system abroad was summarized. Secondly, some typical domestic photovoltaic and energy storage projects in the business market, industrial park and residential area were introduced. And the development problems of the domestic photovoltaic and energy storage projects were analysed. Finally, according to the analysis of the application experience abroad and the situation of the rapid development of the electric vehicle charge at home, the development suggestions are put forward, which can be used for reference for the healthy development of domestic user side optical storage projects.

user-side; photovoltaic and energy storage system; distributed photovoltaic; fee-in tariff; ancillary service market

10.12096/j.2096-4528.pgt.19156

TK 51

2019-10-29。

(責任編輯 楊陽)