馮亮，鑒慶之，田浩，趙龍，劉蕊，趙二崗

(1.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，濟(jì)南市250021；2.北京智中能源互聯(lián)網(wǎng)研究院有限公司，北京市100176；3．電力系統(tǒng)及發(fā)電設(shè)備安全控制和仿真國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(清華大學(xué)電機(jī)系)，北京市100084；4．無(wú)錫學(xué)院自動(dòng)化學(xué)院，江蘇省無(wú)錫市214072)

0 引 言

高度發(fā)展和重視可再生能源，是解決環(huán)境污染、氣候變化、化石能源短缺等問(wèn)題的重要手段，也是促進(jìn)實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的有效途徑[1-2]。風(fēng)光發(fā)電等可再生能源正逐漸替代化石能源[3]，但風(fēng)光發(fā)電的隨機(jī)性、間歇性及波動(dòng)性對(duì)電網(wǎng)造成較大沖擊，高比例可再生能源接入到電力系統(tǒng)面臨諸多問(wèn)題，因此要實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)需從電力系統(tǒng)“發(fā)輸變配用”各環(huán)節(jié)進(jìn)行協(xié)調(diào)。用戶側(cè)是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要環(huán)節(jié)，而零碳園區(qū)更是用戶側(cè)實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要舉措。儲(chǔ)能作為“能量緩沖器”，可以實(shí)現(xiàn)跨時(shí)空能量調(diào)節(jié)，同時(shí)也是零碳園區(qū)的必備裝置。

已有研究充分探索了含儲(chǔ)能的零碳園區(qū)優(yōu)化調(diào)度。文獻(xiàn)[4]將儲(chǔ)能納入低碳園區(qū)綜合能源系統(tǒng)架構(gòu)，并指出通過(guò)配置儲(chǔ)能可降低園區(qū)綜合能源系統(tǒng)供能成本和碳排放。文獻(xiàn)[5]提出風(fēng)火儲(chǔ)聯(lián)合雙層優(yōu)化，該方法可同時(shí)降低風(fēng)電場(chǎng)和火電機(jī)組的運(yùn)行成本。然而，儲(chǔ)能雖然有效提高了園區(qū)供能的靈活性，但仍存在回收周期長(zhǎng)、投資建設(shè)成本高等經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題。近年來(lái)，隨著“共享經(jīng)濟(jì)”的發(fā)展，共享儲(chǔ)能(shared energy storage,SES)成為儲(chǔ)能高效利用的新模式[6]。文獻(xiàn)[7]提出分散式SES系統(tǒng)優(yōu)化配置與調(diào)度方法，該方法可降低投資初期成本、用電成本，對(duì)用戶側(cè)儲(chǔ)能發(fā)展具有一定指導(dǎo)意義。文獻(xiàn)[8]提出了SES電站參與用戶群日前能量?jī)?yōu)化調(diào)度方法，以用戶群從SES和電網(wǎng)購(gòu)買(mǎi)輔助服務(wù)成本最小為目標(biāo)，得出了SES電站經(jīng)濟(jì)可行。文獻(xiàn)[9]在互聯(lián)網(wǎng)背景下探索了SES電站交易可行性和存在的問(wèn)題，并指出制定合理的新能源+儲(chǔ)能政策、明確儲(chǔ)能分?jǐn)偡绞?、探索區(qū)塊鏈與SES相結(jié)合交易平臺(tái)等能夠促進(jìn)大規(guī)?？稍偕茉床⒕W(wǎng)消納?？梢?jiàn)，儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)是促進(jìn)可再生能源有效發(fā)展的“最后一公里”[10]。但是，很多研究工作忽略了儲(chǔ)能參與能量?jī)?yōu)化調(diào)度的日衰減問(wèn)題，而該問(wèn)題在退役動(dòng)力電池儲(chǔ)能應(yīng)用中更為凸顯。

隨著最早推廣的一批新能源汽車(chē)的動(dòng)力電池退役高峰即將來(lái)臨，預(yù)計(jì)近期退役規(guī)模達(dá)百M(fèi)W·h以上。如何利用好、管理好海量的退役動(dòng)力電池，愈發(fā)成為行業(yè)研究重點(diǎn)。用戶側(cè)削峰填谷、輔助服務(wù)對(duì)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)(battery storage system,BSS)的安全及可靠性要求相對(duì)較低。而退役BSS可用于要求低的工況，如削峰填谷[11]、備用電源、通信基站[12]、家用電池以及商用儲(chǔ)能[13]等。目前許多研究學(xué)者對(duì)退役電池做了研究。文獻(xiàn)[14]分析了退役電池平抑光伏出力波動(dòng)的可行性，并做了經(jīng)濟(jì)性評(píng)估。文獻(xiàn)[15]提出了基于退役電池閾值設(shè)定與分級(jí)控制的棄風(fēng)消納模式以降低儲(chǔ)能成本，并且利用分級(jí)控制策略實(shí)現(xiàn)退役電池實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)切換存儲(chǔ)模式，此方案可提高電池的使用壽命。由此可見(jiàn)，退役動(dòng)力電池的高效利用是提高經(jīng)濟(jì)性的又一主要舉措。

本文突出“共享儲(chǔ)能”和“退役電池”兩大經(jīng)濟(jì)性提升手段，提出考慮SES容量衰減的零碳園區(qū)能量?jī)?yōu)化調(diào)度與經(jīng)濟(jì)性評(píng)估方法。首先，提出SES全生命周期成本效益分析模型，并建立以各園區(qū)日運(yùn)行成本最小為優(yōu)化目標(biāo)的優(yōu)化調(diào)度模型。然后，提出SES全生命周期經(jīng)濟(jì)性評(píng)估指標(biāo)。接著，在算例分析中考慮各園區(qū)無(wú)配置儲(chǔ)能電站、自配儲(chǔ)能電站、SES電站三種配置方案，以及新電池與退役電池兩種選型方案，充分對(duì)比不同配置方案與選型方案下園區(qū)優(yōu)化調(diào)度與經(jīng)濟(jì)性評(píng)估結(jié)果。最后，通過(guò)敏感性分析突出SES服務(wù)價(jià)格對(duì)其經(jīng)濟(jì)性的影響，并給出服務(wù)價(jià)格的建議取值。

1 共享儲(chǔ)能成本效益及目標(biāo)函數(shù)

1.1 成本效益分析

SES成本包括：初始投資建設(shè)成本、運(yùn)維成本、更換成本以及回收殘值。

1)初始投資建設(shè)成本。

全生命周期初始投資建設(shè)成本由額定功率成本和額定容量成本構(gòu)成，具體表達(dá)式為：

Cint=CEErate+CpPrate

(1)

式中：CE、Cp分別為BSS額定容量和功率成本單價(jià)；Prate為BSS額定功率；Erate為BSS額定容量。

SES日均投資建設(shè)成本具體表達(dá)式如下：

(2)

式中：dS為BSS一年內(nèi)總運(yùn)行天數(shù)；j為貼現(xiàn)率；NY為項(xiàng)目年限。

2)運(yùn)維成本。

BSS運(yùn)維成本主要包括項(xiàng)目運(yùn)行期間的維修、保養(yǎng)、更換相關(guān)設(shè)備的費(fèi)用等。本文設(shè)其與額定功率有關(guān)，如下所示:

(3)

式中：Copt,day為BSS單位功率每天運(yùn)維成本；gint為通貨膨脹率。

3)更換成本。

新BSS的衰減率具體表達(dá)式如下[16-17]：

(4)

式中：α1、α2為常數(shù)；D(t)為BSS實(shí)時(shí)放電深度；Dr為標(biāo)準(zhǔn)放電深度；Δt為采樣周期；Nr為Dr下的循環(huán)次數(shù)；PD(t)為BSS在t時(shí)刻的放電功率。

若將退役磷酸鐵鋰 (LiFePO4)電池作為SES參與各園區(qū)優(yōu)化調(diào)度，其容量保持率按照式(5)估算[11]：

(5)

(6)

假設(shè)新、退役BSS容量衰減至初始額定容量的80%時(shí)需更換，具體表示如下：

(7)

BSS更換次數(shù)為：

(8)

式中：k1、k2分別為新、退役BSS更換次數(shù)，若k為非整數(shù)，其進(jìn)1取整。

BSS更換成本為：

Crep=kCint

(9)

4)回收殘值。

BSS額定容量降至原來(lái)的80%時(shí)，需回收，回收殘值具體表達(dá)式如下：

Cres=-βresCint

(10)

式中:βres為回收殘值系數(shù)。

因此，BSS總成本為：

Csum=Cint+Copt+Crep+Cres

(11)

1.2 目標(biāo)函數(shù)

本文將日內(nèi)園區(qū)用電調(diào)度的運(yùn)行成本作為目標(biāo)函數(shù)。一個(gè)調(diào)度周期內(nèi)的運(yùn)行成本包括園區(qū)向SES電站繳納的服務(wù)費(fèi)和從電網(wǎng)側(cè)購(gòu)電的費(fèi)用，具體表達(dá)式如下：

CTotal=min(CSES+CG)

(12)

(13)

(14)

式中：CTotal為接入SES后各園區(qū)以日為調(diào)度周期的總運(yùn)行成本；CSES為各園區(qū)向SES電站購(gòu)買(mǎi)的總服務(wù)費(fèi)用；CG為各園區(qū)從電網(wǎng)購(gòu)電費(fèi)；Z為零碳園區(qū)總數(shù)；δB(t)為SES的充放能量服務(wù)單價(jià)；δG(t)為該區(qū)實(shí)時(shí)電價(jià)；PC,i(t)、PD,i(t)、PG,i(t)分別為園區(qū)i使用BSS的充放電功率和從電網(wǎng)購(gòu)買(mǎi)電量的功率。

1.3 約束條件

1)功率平衡約束：

PP,i(t)+PW,i(t)+PG,i(t)+
PD,i(t)-PC,i(t)-PL,i(t)=0

(15)

式中：PW,i(t)、PP,i(t)分別為園區(qū)i在t時(shí)刻的風(fēng)光功率出力；PL,i(t)為園區(qū)i在t時(shí)刻的負(fù)荷。

2)功率約束和額定功率配置。

(16)

式中：PC(t)、PD(t)分別為BSS在t時(shí)刻的總充放電功率；Pmax為BSS最大功率；ηC、ηD為BSS的充放電效率；ψC,i(t)、ψD,i(t)為園區(qū)i在t時(shí)刻的充放電狀態(tài)。

3)荷電狀態(tài)和額定容量配置。

(17)

式中：E(t)為BSS在t時(shí)刻的電量狀態(tài)；Emin、Emax為最小和最大電量；SOCmin、SOCmax為SES最小和最大荷電狀態(tài)；SOC(0)、SOC(T+1)為SES的開(kāi)始和下一個(gè)調(diào)度周期最初的SOC。

2 基于不同場(chǎng)景下的案例設(shè)計(jì)

2.1 各園區(qū)不建立儲(chǔ)能電站(場(chǎng)景1)

若該區(qū)域新能源出力大于負(fù)荷，即PP,i(t)+PW,i(t)>PL,i(t)時(shí)，區(qū)域存在棄風(fēng)棄光，具體表達(dá)式如式(18)所示；若PP,i(t)+PW,i(t)

(18)

(19)

該場(chǎng)景下的成本具體表達(dá)式如下：

(20)

2.2 各園區(qū)分別建立儲(chǔ)能電站(場(chǎng)景2)

自投資建設(shè)BSS成本包括初始投資建設(shè)成本、運(yùn)維成本，如式(21)所示。

(21)

式中：Cint,day,i、Prate,i分別為園區(qū)iBSS初始投資建設(shè)成本和額定容量。

以成本最低為目標(biāo)函數(shù)：

(22)

3 經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估

3.1 凈現(xiàn)值和動(dòng)態(tài)回收期

凈現(xiàn)值(net present value,NPV)的數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：

(23)

此外，項(xiàng)目動(dòng)態(tài)回收期(dynamic payback period,DPP)反映SES電站項(xiàng)目的總運(yùn)行收益與總運(yùn)行成本之差等于零時(shí)的年份，具體表達(dá)式如下：

(24)

式中：NYD為SES參與各園區(qū)能源優(yōu)化調(diào)度的動(dòng)態(tài)回收期。

3.2 平準(zhǔn)化成本

平準(zhǔn)化成本模型(levelized cost of energy,LCOE)是SES電站所發(fā)生的總成本與總電量的比值。LCOE方法可用于不同發(fā)電技術(shù)下的經(jīng)濟(jì)性評(píng)估[18-19]。本文SES電站LCOE主要包括全壽命周期內(nèi)投資相關(guān)的成本與系統(tǒng)運(yùn)行期間所發(fā)電量年值的比值，如式(25)所示。

(25)

4 優(yōu)化求解流程

優(yōu)化求解流程如圖1所示，SES獲取零碳園區(qū)新能源出力和負(fù)荷需求，通過(guò)相關(guān)約束條件進(jìn)行SES的最優(yōu)功率和容量配置，并且制定初步的服務(wù)單價(jià)。各園區(qū)可自行配置BSS或者使用SES的服務(wù)，取決于兩種方案之間的總運(yùn)行費(fèi)用的差異；SES商若發(fā)現(xiàn)設(shè)定的服務(wù)單價(jià)過(guò)高，導(dǎo)致各園區(qū)偏向自配置BSS電站，則調(diào)整服務(wù)單價(jià)。

圖1 SES優(yōu)化求解流程圖Fig.1 Flow chart of optimization solution of SES

使用Matlab R2021b中求解器CPLEX和YALMIP工具箱求解。

5 算例

5.1 參數(shù)設(shè)置

本文SES采用LiFePO4電池，表1中針對(duì)新、退役BSS給出了電站的具體相關(guān)參數(shù)。風(fēng)光出力數(shù)據(jù)以來(lái)自不同地區(qū)的風(fēng)光出力和負(fù)荷曲線作為算例輸入，并對(duì)部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行了處理。以山東省2018年電網(wǎng)銷售電價(jià)作為參考電價(jià)，如表2所示。

5.2 場(chǎng)景1：各園區(qū)不建立儲(chǔ)能電站

在場(chǎng)景1調(diào)度中，各園區(qū)不建立儲(chǔ)能電站參與能量調(diào)度。通過(guò)自身負(fù)荷需求及園區(qū)內(nèi)新能源出力進(jìn)行協(xié)調(diào)，結(jié)果如表3所示。園區(qū)內(nèi)沒(méi)有實(shí)現(xiàn)新能源就地消納，能源浪費(fèi)嚴(yán)重，并且日內(nèi)運(yùn)行費(fèi)用也較高。棄風(fēng)棄光嚴(yán)重，總棄電量高達(dá)13 693.47 kW·h。同時(shí)，4個(gè)園區(qū)需從電網(wǎng)購(gòu)置的總電量為19 339.42 kW·h。

表1 SES電站相關(guān)參數(shù)Table 1 Relevant parameter of SES

表2 分時(shí)電價(jià)Table 2 Time-of-use price

表3 場(chǎng)景1優(yōu)化調(diào)度結(jié)果Table 3 Optimized schedule results of scenario 1

5.3 場(chǎng)景2：各園區(qū)分別建立儲(chǔ)能電站

場(chǎng)景2中，各園區(qū)可根據(jù)新能源出力及負(fù)荷波動(dòng)情況配置儲(chǔ)能功率和容量。各園區(qū)的新能源出力與負(fù)荷側(cè)不匹配時(shí)，園區(qū)還需要向電網(wǎng)側(cè)購(gòu)買(mǎi)一定的電量，優(yōu)化調(diào)度結(jié)果如表4所示。

由于新、退役BSS的初始投資建設(shè)成本不同，退役電池的投資建設(shè)成本遠(yuǎn)低于新電池，因此零碳園區(qū)自配置新電池或退役電池產(chǎn)生不同的日運(yùn)行成本。由表4可見(jiàn)，零碳園區(qū)配置退役電池時(shí)的日運(yùn)行成本遠(yuǎn)低于配置新電池。具體調(diào)度情況如圖2—5所示。

圖2中，園區(qū)A在23:00—次日08:00期間多次向電網(wǎng)購(gòu)電，更明顯的是在23:00—24:00從電網(wǎng)購(gòu)電并且存儲(chǔ)到BSS電站。這也體現(xiàn)了園區(qū)A在電力電價(jià)低谷時(shí)盡量從電網(wǎng)側(cè)多購(gòu)買(mǎi)電量。

圖3中，園區(qū)B風(fēng)電出力不足，導(dǎo)致日內(nèi)調(diào)度前向電網(wǎng)側(cè)買(mǎi)電量并且存儲(chǔ)到自建的退役BSS電站，利用儲(chǔ)能削峰填谷。

圖4中，園區(qū)C與A和B相比，其從電網(wǎng)購(gòu)電量較高，但比園區(qū)A的日總運(yùn)行費(fèi)用低，并且配置的退役BSS容量和功率也相對(duì)較低?？赏茢喑?，園區(qū)C的風(fēng)電出力和負(fù)荷側(cè)的需求反調(diào)峰現(xiàn)象略小。

表4 場(chǎng)景2優(yōu)化調(diào)度結(jié)果Table 4 Optimized schedule results of scenario 2

圖2 園區(qū)A配置退役BSS電站調(diào)度結(jié)果Fig.2 Result of park A with retired BSS power station

圖3 園區(qū)B配置退役BSS電站調(diào)度結(jié)果Fig.3 Result of park B with retired BSS power station

圖4 園區(qū)C配置退役BSS電站調(diào)度結(jié)果Fig.4 Result of park C with retired BSS power station

圖5中，園區(qū)D負(fù)荷需求高于該區(qū)光伏出力，光伏白天反調(diào)峰現(xiàn)象較小，需從電網(wǎng)購(gòu)買(mǎi)5 780.91 kW·h電量。

與場(chǎng)景1相比，各零碳園區(qū)配置退役BSS并參與調(diào)度的總成本降低了3 445.04元，若配置新BSS電站，總成本并未有明顯下降，因?yàn)樾翨SS的初始投建成本高，各園區(qū)不愿意配置新BSS電站。

圖5 園區(qū)D配置退役BSS電站調(diào)度結(jié)果Fig.5 Result of park D with retired BSS power station

5.4 各零碳園區(qū)使用SES電站

各園區(qū)使用SES電站的調(diào)度結(jié)果如圖6所示。園區(qū)A使用SES配置的退役BSS電站時(shí)，除了電力電價(jià)低谷時(shí)段之外，在20:00—22:00還需向電網(wǎng)購(gòu)買(mǎi)電量，若SES配置新BSS電站，園區(qū)A在部分電力電價(jià)低谷時(shí)從電網(wǎng)購(gòu)電，其余時(shí)間向SES繳納服務(wù)費(fèi)用。顯然，退役BSS由于能量轉(zhuǎn)換效率低，導(dǎo)致園區(qū)部分新能源存儲(chǔ)到BSS后損耗掉，總損耗電量約1 780.32 kW·h，而新BSS電量損耗僅為657.42 kW·h。

園區(qū)B使用SES配置的退役BSS電站時(shí)，在20:00—21:00從電網(wǎng)購(gòu)買(mǎi)了128.64 kW·h電量。若SES配置新BSS電站，該園區(qū)無(wú)需從電網(wǎng)購(gòu)買(mǎi)電量。使用退役BSS電站的總損失電量約為866.57 kW·h，使用新BSS電站總損失電量約為295.291 kW·h。園區(qū)C和園區(qū)A與B相似。

與場(chǎng)景2對(duì)比，園區(qū)D使用SES配置的退役BSS電站的經(jīng)濟(jì)效益較好，日運(yùn)行費(fèi)用從3 708.47元降至3 352.96元。而SES配置的新BSS電站對(duì)于園區(qū)D而言最為經(jīng)濟(jì)，日運(yùn)行費(fèi)用從4 295.56元降至3 352.96元。園區(qū)D無(wú)論SES配置退役還是新BSS，對(duì)其調(diào)度結(jié)果無(wú)任何影響?？梢钥闯?，目標(biāo)函數(shù)中，為了達(dá)到各園區(qū)購(gòu)買(mǎi)服務(wù)成本之和最低，各園區(qū)的調(diào)度成本之間需互相協(xié)調(diào)，使得園區(qū)D的調(diào)度結(jié)果未有明顯差異。

圖6 SES配置退役BSS和新BSS情況下，園區(qū)A—D電負(fù)荷平衡曲線Fig.6 Power load balance curves of park A to D under SES configured with retired and new BSS

整體來(lái)看，各零碳園區(qū)使用SES電站可將在采樣時(shí)間段相同的新能源出力作為互補(bǔ)，整體配置容量遠(yuǎn)小于各零碳園區(qū)配置BSS容量的總和。這也體現(xiàn)了SES電站的優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)多個(gè)園區(qū)的互補(bǔ)作用，SES電站的實(shí)時(shí)充放電曲線以及電量狀態(tài)如圖7所示。

圖7 SES電站充放電功率和電量狀態(tài)曲線Fig.7 Charge,discharge and power state of SES

各零碳園區(qū)使用SES配置的退役BSS電站的總放電量為13 693.47 kW·h，總充電量為13 206.207 1 kW·h，并且在15:00時(shí)SES配置的退役BSS(新BSS)容量達(dá)最高點(diǎn)0.90Emax(0.98Emax)。

各園區(qū)使SES電能調(diào)度結(jié)果如表5所示。從表5可以看出，與場(chǎng)景1對(duì)比，各零碳園區(qū)使用SES配置的退役BSS(新BSS)電站可降低各園區(qū)從電網(wǎng)購(gòu)電量的比例為68.28%(77.52%)，并且成本降低了9.17%(10.11%)。與場(chǎng)景2相比，配置的退役BSS的容量降低了26.27%。相反，各園區(qū)使用SES配置的退役BSS(新BSS)的成本提高了19.20%(17.96%)，說(shuō)明本文設(shè)計(jì)的服務(wù)單價(jià)較高。

表5 各園區(qū)使用SES電站調(diào)度結(jié)果Table 5 Dispatching results of SES used in each park

5.5 SES經(jīng)濟(jì)性評(píng)估分析

1)退役電池。

由1.1節(jié)成本效益模型得到退役BSS的初始成本為704.43萬(wàn)元；運(yùn)維成本為278.68萬(wàn)元。SES參與4個(gè)零碳園區(qū)的日優(yōu)化調(diào)度，假設(shè)每天SES循環(huán)次數(shù)為4，由式(6)得日衰減率約為0.012 4%。此外，退役BSS回收殘值為-21.13萬(wàn)元。第一批退役BSS運(yùn)行天數(shù)為2 136天，約為5.83年，因此SES配置的退役BSS需更換一次。項(xiàng)目的凈現(xiàn)值為1 237.83萬(wàn)元，動(dòng)態(tài)回收期為5.20年。從凈現(xiàn)值和動(dòng)態(tài)回收期可看出，服務(wù)單價(jià)為0.40元/kW·h時(shí)，其具有盈利空間。

此外，SES一天內(nèi)的總放電量約為13 206.21 kW·h，因此CLCOE=0.579 1元/(kW·h)。使用SES配置的退役BSS參與零碳園區(qū)能源優(yōu)化調(diào)度的電價(jià)與電力峰值電價(jià)有一定的差距。

2)新電池。

由1.1節(jié)成本效益模型得到新BSS的初始投資建設(shè)成本為2 624.42萬(wàn)元；運(yùn)維成本124.67萬(wàn)元。新BSS參與4個(gè)零碳園區(qū)的日優(yōu)化調(diào)度，由式(4)可得日衰減率約為0.0065%，新BSS的總?cè)者\(yùn)行時(shí)間為3 429天，約為10.08年，因此該場(chǎng)景不需要更換電池。此外，新電池的回收殘值約為-131.22萬(wàn)元。項(xiàng)目的凈現(xiàn)值為479.17萬(wàn)元，動(dòng)態(tài)回收期為8.14年。

新BSS一天內(nèi)的總放電量約為14 991.96 kW·h，因此CLCOE=0.801 3元/(kW·h)。SES配置新BSS參與各園區(qū)能源優(yōu)化調(diào)度的電價(jià)與電力電價(jià)實(shí)際上與表2中的峰值電價(jià)差距較小，與退役電池LCOE相比顯得不經(jīng)濟(jì)。

3)敏感性分析。

本文將SES的服務(wù)費(fèi)用設(shè)定為0.40元/(kW·h)，調(diào)度結(jié)果顯示四個(gè)園區(qū)自配置退役BSS電站的成本僅為11 028.90元/天，其從SES購(gòu)買(mǎi)服務(wù)的總費(fèi)用高達(dá)13 146.81元/天(退役BSS)、13 009.69元/天(新BSS)。

退役BSS的凈現(xiàn)值和動(dòng)態(tài)回收期更具有經(jīng)濟(jì)效益，但從調(diào)度結(jié)果來(lái)看新BSS的調(diào)度使各園區(qū)更加節(jié)約費(fèi)用，原因在于退役電池的能量轉(zhuǎn)換效率低，導(dǎo)致部分電量損耗掉，各園區(qū)需從電網(wǎng)購(gòu)買(mǎi)電量來(lái)彌補(bǔ)。

敏感性分析從服務(wù)單價(jià)變化來(lái)判斷其經(jīng)濟(jì)效益，將SES的服務(wù)單價(jià)從0.30～0.40元/(kW·h)作為參考服務(wù)單價(jià)，通過(guò)仿真計(jì)算，SES配置的退役BSS和新BSS的凈現(xiàn)值和動(dòng)態(tài)回收期的結(jié)果如圖8所示。

從圖8中可以看出，服務(wù)單價(jià)從0.30元/(kW·h)上升至0.35元/(kW·h)時(shí)，SES的凈現(xiàn)值一直處于逐步上升狀態(tài)，輔助服務(wù)費(fèi)用達(dá)到0.36元/(kW·h)時(shí)，此時(shí)電網(wǎng)低谷時(shí)段電價(jià)低于服務(wù)單價(jià)，因此各園區(qū)在23:00—次日08:00從電網(wǎng)側(cè)購(gòu)買(mǎi)大量電量，其余時(shí)段考慮到SES的價(jià)格較低廉，因此從SES購(gòu)買(mǎi)輔助服務(wù)。另外，服務(wù)單價(jià)從0.36元/(kW·h)上升至0.40元/(kW·h)時(shí)，SES的凈現(xiàn)值也處于上升狀態(tài)。由此可見(jiàn)，凈現(xiàn)值一直處于上升狀態(tài)直至峰時(shí)電價(jià)。

圖8 不同服務(wù)單價(jià)下的NPV和DPPFig.8 NPV and DPP under different unit price

另外，當(dāng)δB=0.32元/(kW·h)時(shí)，SES配置的退役BSS使得各園區(qū)使用SES的總成本低于場(chǎng)景2的成本，SES的凈現(xiàn)值為919.37萬(wàn)元，動(dòng)態(tài)回收期為5.93年。因此該服務(wù)單價(jià)可設(shè)為SES配置退役BSS參與零碳園區(qū)的服務(wù)單價(jià)。SES配置的新BSS雖也存在盈利現(xiàn)象，但動(dòng)態(tài)回收期較長(zhǎng)。

6 結(jié) 論

本文提出了考慮共享儲(chǔ)能容量衰減的零碳園區(qū)優(yōu)化調(diào)度與經(jīng)濟(jì)性評(píng)估方法。通過(guò)仿真算例，得出如下結(jié)論：

1)相比于園區(qū)不配置儲(chǔ)能，零碳園區(qū)配置BSS減少了園區(qū)大量的棄風(fēng)棄光電量，提高了新能源就地消納量，降低了園區(qū)用電費(fèi)。

2)相比于園區(qū)自建退役BSS，SES若將服務(wù)單價(jià)設(shè)定過(guò)高，會(huì)影響園區(qū)使用SES的意愿，若設(shè)置太低，影響SES的凈現(xiàn)值，延長(zhǎng)動(dòng)態(tài)回收期。通過(guò)敏感性分析，SES配置退役BSS服務(wù)單價(jià)最佳方案是δB=0.32元/(kW·h)，既能讓用戶愿意使用SES的服務(wù)，SES也仍有較好的經(jīng)濟(jì)收益。

3)與新BSS相比，SES配置的退役BSS，衰減快、需更換，但初始成本低，仍有較高的經(jīng)濟(jì)收益，凈現(xiàn)值和動(dòng)態(tài)回收期明顯更好。但其能量轉(zhuǎn)換效率較低，導(dǎo)致?lián)p耗部分電量。

4)另外，可通過(guò)LCOE來(lái)判斷各場(chǎng)景下是否存在經(jīng)濟(jì)效益。若LCOE與電力峰值電價(jià)接近，甚至超過(guò)實(shí)際峰值電價(jià)，該場(chǎng)景不盈利，反之亦然。