2021年第3期2021年3月
一般将储能分为电力储能，热与冷储能，一次、二次燃料储能等。其中，电力储能包含电物理储能、电化学储能、电磁储能。电物理储能是采用水、空气等作为储能介质，电化学储能是利用化学元素作为储能介质，电磁储能主要利用超级电容、超导作为储能介质。 合理利用储能技术，可以有效解决新能源电站的消纳问题以及并网问题，储能技术也是推动智能电网发展、解决用电峰谷问题的重要支撑技术[1]。现如今，储能技术的发展已经关系到企业、居民生活的方方面面，特别是在能源需求紧张、分布不均的今天，储能技术的广泛应用能够突破传统能源供应模式下时间与空间的限制，储能技术对当下能源结构转型起着重要的作用，因此，得到了国内外众多学者的关注。 1
国内外电网侧储能发展现状
1.1
电网侧储能的定义
电力储能包含如图1所示的电物理储能、电化学储能、电磁储能3种[2]。传统的观点多根据储能接入电力系统物理位置的不同界定储能的分类，将储能划分
为电源侧、用户侧和电网侧储能。电源侧、用户侧储能多安装在发电厂或用户侧与电网结算的计量关口表后，与发电机、用户负荷联合使用，以发电厂或用户的身份与电网结算的储能；电网侧储能则是指接入输电网或配电网、介于发电厂和用户侧与电网结算的计量关口表之间、接受调度机构统一调度、独立参与电网调节的储能[3]。
从储能所能提供的功能来说，能够并入电网，同时接受电网调度中心的管理，对电力系统的发展起着关键性作用的储能，都应该归入电网侧储能这一领域。电源侧、用户侧储能若能独立接入电网并参与电网调节，成为电网侧储能的一部分，开展商业运营和调度管理，便可以激励更多的储能装置发挥系统效益[4]。1.2国外电网侧储能发展情况
目前，国际上由输配系统运营商承担并运行的储能项目较少，按照CNESA （中关村储能产业技术联盟）的统计方式，国外储能项目总体可以分为建设在变电站中的电网规模的储能项目，以及明确用于延缓输配电资产投资的储能项目这两类。
从技术路线来看，抽水储能的装机容量是所有储能技术方案中所占比例最大的，其次是电化学储能方式，其中锂离子电池在该方式的装机容量最大，为86.2%，如图2所示。从地域分布上看，美国的累计装机占比最大，为31%；中国和日本分列第二、三位，占比达到24.3%和19.7%。从发展历程来看，国际市场中电力公司、公用事业公司、电网公司正在加大力度部署储能项目[5]。
收稿日期：2021-01-03
第一作者简介：容士兵，1970年生，男，江西赣州人，1993年毕业于中国石油大学电气技术专业，工程师。
通讯作者：鹿文蓬，1998年生，男，山东济宁人，2019年毕业于鲁东大学电气工程专业，在读硕士研究生。
电网侧储能经济性研究
容士兵1，鹿文蓬2，李松亮2，陈鸣慧2，卜智龙2
（1.中石油集团长城钻探工程有限公司国际钻井公司，北京100000；2.中国矿业大学电气与动力工程学院，江苏徐州221000）
摘要：随着中国能源结构的转型，新能源行业的快速发展对于中国来说是非常重要的。以新能源电站为基础的多种
储能技术，在提高电网电能质量、消纳、调频和电力可靠性等方面起着关键性作用。由于电网侧储能应用正处于起步阶段，目前存在的问题、发展情况以及经济性分析是研究的重点。以电网侧储能发展面临的问题为导向，按照中国能源革命和电网形态发展的需求，客观评价了电网侧储能的价值，对电网侧储能的技术发展提出了相关建议。关键词：储能技术；锂电池；经济；电网中图分类号：TM7文献标识码：A 文章编号：2095-0802-(2021)03-0035-04
Study on Economics of Grid-side Energy Storage
RONG Shibing 1,LU Wenpeng 2,LI Songliang 2,CHEN Minghui 2,BU Zhilong 2
(1.International Drilling Company,CNPC Great Wall Drilling Engineering Co.,Ltd.,Beijing 100000,China;2.School of Electrical
and Power Engineering,China University of Mining and Technology,Xuzhou 221000,Jiangsu,China)
Abstract:With the transformation of energy structure in China,promoting the rapid development of the new energy industry is a very important task for China.A variety of energy storage technologies base
d on new energy power stations play a key role in im-proving the power quality,consumption,frequency regulation,power reliability and other aspects.Since the grid -side energy storage application is in its infancy,the current problems,development status and economic analysis are the focus of study.Based on the problems faced by the development of grid-side energy storage,this paper objectively evaluated the value of grid -side energy storage in accordance with the needs of energy revolution and the development of grid morphology in China,and put for-ward relevant suggestions for the development of grid-side energy storage technology.Key words:energy storage technology;lithium battery;economy;power
grid
（总第186期）能源研究
35··
2021年第3
期2021年3月
1.3
国内电网侧储能发展情况
根据中国已经开展的电网侧储能情况可知，抽水储能在所有储能方式中所占容量的比例为95.8%，如图3所示。截至2020年6月底，中国已投运电化学储能项目在电网侧的累计装机规模为545.4MW ，从采用技术的角度来看，几乎全部应用了锂离子电池[6]；从地区分布水平上来看，目前大多数项目都分布在江苏、河南和湖南等地。自2018年开启中国电网侧储能规模化发展的序幕后，国网系公司率先发力，国网江苏综合能源服务公司、山东电工、许继集团相继在苏、豫两省投运了百兆瓦级规模的电网侧储能项目，随后又联合平高集团、青海省电力公司、国网湖南综合能源服务有限公司等，相继在江苏、青海、湖南等地推出了多个电网侧储能项目，累计装机规模已经超过1.1GW ·h 。这些项目几乎都选用了磷酸铁锂电池。另外，从目前已公布的规划/在建项目的规模上看，未来1耀2a ，储能在电网侧中的应用仍将呈现跨越式增长态势。
2
电网侧储能发展面临的问题分析
2.1
不同储能技术存在的特点基于IEA （国际能源机构）发布的“Energy Storage
Technology Roadmap ”中对各类技术成熟度的分析可知，各类储能技术在成熟度方面也呈现出了不同的特点。主流储能技术成熟度如图4所示。锂离子电池凭借自身能量密度大、功率性能高、响应速度快等优势，目前已成为应用最广泛的一种储能电池技术[6]；铅蓄电池是具有较长发展历史的一种化学储能技术，由于性能稳定、成本低廉，在分布式发电和微网领域有大量应用案例；液流电池和钠硫电池由于具有储能时间长、容量大、循环周期长等优势，目前已经成为先进大容量电化学储能技术的代表，备受大规模可再生能源并网示范项目的青睐；超级电容和高速飞轮储能已在轨道交通、制动能量回收等非电力系统领域中得到成熟应用，在电力系统中通常会与能量型储能技术配合应用，以充分发挥其功率性能优势；抽水蓄能和传统压缩空气储能技术相对成熟，适合百兆瓦及以上规模的储能应用，并已实现商业化应用；超导储能技术在电力系统中的应用还不成熟，距离规模化应用仍需要一定的时间[7]。
图4主流储能技术成熟度
2.2
不同类型电网侧储能发展状况及其存在的问题
低成本、长寿命和高安全可靠性是电网侧储能技术的重点发展方向。相比其他电池储能技术，锂离子电池因兼具能量型应用和功率型应用的特点，且在成本上具有一定优势，现已成为国内电网侧储能中应用最广泛的电储能技术，但对于提升能量密度、提高安全性、循环寿命等方面的研究仍要持续进行。除了锂离子电池，其他电化学储能方式受技术成熟度、技术成本和环境等因素的影响，目前尚未在电网侧得到大规模应用，但其他各类电化学储能技术也各自具备良
熔融盐储热0.7%
数据来源：CNESA 全球储能项目库。
压缩空气储能
<0.1%电化学储能3.4%钠硫电池<0.1%
铅蓄电池
27.2%
液流电池1.5%
超级电容0.6%
图2全球储能市场累计装机规模
图1根据储能介质的电储能技术分类
抽水蓄能压缩空气储能（超临界压缩空气储能）飞轮储能
铅蓄电池锂离子电池液流电池（钒电池、锌溴电池）钠硫电池超级电容超导储能
采用水、空气等作为储能介质储能介质不发生化学变化机械能转化为电能
利用化学元素做储能介质充放电过程伴随储能介质的化学反应或者变价
响应速度快，短时间可释放大功率电能，循环次数多
压缩空气储能0.2%
熔融盐储热1.5%
电化学储能4.1%飞轮储能0.3%
钠硫电池6.8%
铅蓄电池5.3%液流电池1.1%超级电容0.1%其他0.4%
图3中国储能市场累计装机规模
技术
风
险+资金
需
求
传统压缩空气储能抽水蓄能锂离子电池钠硫电池液流电池
飞轮铅碳电池
超级电容器超临界压缩空气超导储能氢储能金属空气电池
研发
示范与应用商业化36··
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好的技术特性，可满足电网侧储能部分应用场景对于
储能技术的要求，国内现正规划和实施的项目中，也在尝试和验证其他电池储电技术在电网侧储能中的应用效果。铅蓄电池、钠硫电池和液流电池也都已经实现商业化应用，例如：在国网湖南综合服务有限公司长沙变电站二期储能项目中，建设了一个以磷酸铁锂电池为主并兼顾全钒液流电池的新式储能电站。对于其他新型储电技术，则将金属空气电池、水系金属电池等传统低成本的一次电池升级转变为可实现可逆充放电的二次电池体系，这也是储能技术研发的重要方
向。同时，锌空气电池、水系锌锰电池、镁离子电池等技术的研发愈发活跃，在电极材料、催化剂、反应界面、添加剂等方面寻求突破。针对不同的应用，各种技术面临的挑战也不尽相同，但不同的技术也将在不同的应用中发挥各自的优势，逐步走向成熟。
3
电网侧储能技术的应用价值与发展方向
3.1
中国能源革命和电网形态发展的客观需求与作用综合政策、应用、技术层面分析当前电网侧储能发展现状及未来发展路径。未来中国先进大容量储能技术发展路线如图5所示。
图5中国先进大容量储能技术发展路线
至2020年，储能电站技术将仍以锂离子电池、铅蓄电池和液流电池这三类化学电池为主，同时开展超临界压缩空气储能、飞轮储能、钠硫电池、超级电容和超导储能的成果展示[10]。应用上，随着政策扶持计划的投入，市场机制趋于完善，若干商业模式初具雏形，开始出现商业化的项目，特别是调频辅助服务、分布式发电和微网等方面已经成为发展的热点。未来，以锂离子电池、铅蓄电池、液流电池等为代表的传统储能技术将会逐步在电力系统发、输、配、用各环节实现商业化应用；开发出性能优、安全性好、寿命长的新一代储能技术，并实现其在电力系统中的商业化应用，加深电力储能与其他领域的交流和融合。
同时，由于大量可再生能源实现并网，电网侧需要应用储能的场合除了提供无功功率、缓解线路阻塞、延缓输配电扩容升级和变电站直流电源的功能以外，逐渐增添了一些新的应用场景，例如价格套利、向电网提供辅助服务等，在这些应用场景下，不同的储能技术因其自身特有的技术特性，可满足不同电网应用场景的技术要求。3.1.1减少弃风弃光
当电网不能够有效进行削峰填谷时，新能源发电站的作用不能最大发挥，这时可以适当调用储能系统
来缓解电网的压力。在此应用场景下，要求安装兆瓦级的储能系统，响应时间为分钟级，工作时间为小时级，此时电池储能和压缩空气储能是这种模式下的最佳选择。3.1.2价格套利
在电力市场大环境的管理下，新能源发电的上网电价是随机波动的。对于储能系统来说，为了使储能系统的经济性发挥到最大从而获得更多的收益，一般系统在低电价时段完成储能工作，在高电价时段进行放电。在此应用场景下，储能系统的容量则有必要达到兆瓦级别，同时满足分钟级别的响应时间，持续时间为小时级，此时可选择电池储能和压缩空气储能。3.1.3提供辅助服务
在一定条件下，储能系统可以具有较快的响应能力，在电网有功功率不足或发生其他问题时，能够为电网提供调频、备用甚至爬坡等关键功能。在此应用场景下，储能系统的容量则需要达到兆瓦级，持续工作时间不得低于数十分钟，同时对响应时间的要求相对也较高，响应时间为秒级。从储能技术的特性来看，可选择的储能技术包括电池储能、飞轮储能、压缩空气储能等。
同时，电网侧储能项目能够提升电网利用效率、参与电力市场辅助服务、提高供电可靠性及促进新能源消纳。
提升电网利用效率表现为电网侧储能通过调节电网峰谷差[11]，可降低电力设备重过载率，减少通过电网建设改造和新增装机满足负荷需求的情况，达到提升电网利用效率，减少电力资源的投入和耗费的目的；
政策支持：宏观政策、电价政策、应用支持政策、技术支持政策
以锂电池、铅蓄电池、液流电池的示范为主；超临界压缩空气、钠硫电池、超级电容也有若干示范项目
超临界压缩空气、钠硫电池、超级电容、飞轮开始逐步实现商业化锂电池、
铅蓄电池、液流电池开始商业化应用
实现新一代储能技术的示范应用，并逐
步实现商业化在分布式发电及微网、调频
辅助服务领域实现示范向商业化方向发展
EV 光储电站、需求侧管理开始规模化发展
在可再生能源并网、电力输配领域得到成熟发展发展多种创新模式：
开展并加深电力储能与多领域的融合
2015年2020年
2030年未来
容士兵，等：电网侧储能经济性研究EV.电动汽车。
37··
电网侧储能快速响应特性使其成为非常有价值的电力市场调节资源，可参与调频、调峰、电压稳定、黑启动等电力市场辅助服务[12]，并获得相应的收益，具体如图6所示。当电网出现停电事故时，电网侧储能系统可以将储备的能量输出，从而为用户提供应急用电，避免长时间电力中断现象的产生，在一定程度上保证了供电可靠性，相应地减少了断电对用户造成的经济损失；电网调峰困难时段，为保证电网运行安全，通常需限制新能源发电，造成了资源的浪费，而电网侧储能可“平移”光伏与风电的间歇性出力，有利于新能源消纳，提升新能源容量可信度[12]。储能提高电能质量情况如图7所示，图7中NAS电池代表钠硫电池，PCS为储能变流器（Power Conversion System）。
图6用于黑启动的风储联合发电系统结构拓扑图
图7储能提高电能质量示意图
3.2电网侧储能的价值分析
目前，储能系统的制造成本偏高，经济性差且投资见效缓慢，大多难以实现较好的商业回报。但是，对于政府和对国民经济具有支撑作用的国企单位，应客观看待储能系统所具有的价值，不能只停留在项目层面上的商业成功，还应考虑储能的社会效益，综合分析储能系统在提高电力系统安全性、经济性和能源利用等方面的优势。电网侧储能项目投资立项应站在社会整体角度考虑电网侧储能项目的市场效益和非市场效益，从而真正评估电网侧储能项目对社会的价值。全面客观地评估电网侧储能效益，反映其真实成本和收益，能够鼓励各方资本在电网侧储能投入更多，为政府部门提供更多的行业政策建议。
电网侧储能项目的社会成本效益分析要从全局来看，涉及整体的社会收益和社会成本[14]。
电网侧储能电站社会效益分析函数为：
ΔW t=∑i V t i+∑jλt j+∑k C t k，(1)式(1)中，ΔW t为电网侧储能电站建设前后的年度社会效益变化；V t为基于市场的年度社会收益价值；λt为基于非市场的年度社会收益价值；C t为项目建设运行产生的年度社会成本；i为第i年基于市场的年度社会收益价值；j为第j年基于非市场的年度社会收益价值；k 为第k年的年度社会成本。
基于年度社会效益的求和现值计算如下，即：
F NPV=∑
t=0
T1
(1+γt)t×ΔW t
[]，(2)
式(2)中，F NPV为当前项目净现值；γt为折现率，由时间t的加权平均资本决定；T为投资期数。
利用年度相加的方式评估储能项目的社会效益时，主要考虑收益和成本的时间维度，将时间维度定在储能项目的生命周期，生命周期定义为从项目建设到项目退役结束。
最终的效益评估，以NPV（净现值）与0的比较评判项目投资是否对社会有利，若NPV>0，电网侧储能投资可以被认为对社会有价值。
3.3电网侧储能的技术发展建议
电网投资储能的合理性应该考虑多方面的因素进行有效分析，文献[15]提到公平与开放是电网侧储能发展的2个重要因素，同时离不开相关部门采用科学的监管手段以及推出相应的激励机制来对目前的储能项目进行肯定。
当电网需要对储能系统进行管理时，要先明确电网侧储能定位，电网侧储能项目作为一个广泛的系统，其定义不应只针对电网所投资的电网侧储能项目，对于大量在用户侧、发电侧所投入的储能系统，也应接受电网的调度，并按照电网企业所制定的规则来实现相应的价值。在不影响市场竞价的原则下，还需要根据“先市场，后计划”的方针，最大化引导社会资本参与到电网侧储能系统中，彰显电网企业所提供的兜底服务价值。另外，还需制订出一系列服务条例，落实好电网侧储能系统在电力市场中发展所需要的各项政策，以合适的市场价格来计算其参与成本，最终用科学的监管机制和有效的监管指标予以约束和激励。
4结语
简要分析了国内外电网侧储能的发展情况，并对当前电网侧储能发展中存在的问题进行了总结。由于电网侧储能是一个新的研究方向，它的发展离不开国家政策的鼓励与支持，电网侧储能应用正处于起步阶段，如何促进电网侧储能向更高水平、更有效率、更可持续的方向发展，是重点讨论的内容。在客观评价了电网侧储能的价值后，基于促进中国电网侧储能产业的发展提出了相关建议。
35kV/115kV 50MV·A
110kV
35kV
110kV/10kV
16MV·A
大良
风电场
逆
变
器
电池模块
典型电化学储能系统
辅机3#发电机
东海拉尔
电厂
50MV·A
主
变
西良线/15.9km伊西线/12.8
km
（下转72页）38
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（上接38页）参考文献：
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(责任编辑：白洁)
递给第三箱体24顶面，烟从排烟管28排出；与此同时电机5带动转轴6转动，转轴6带动第一齿轮7转动，从而带动第二齿轮32转动，第二齿轮32间接带动第二罩体25内的风扇31进行转动，风扇31吹风将第三箱体24顶面的热量从排风管29吹出，排风管29进行供热，供热完毕后关闭开关8，将插头与电源
分离，达到了节能环保的效果，使得工业区和城市的供热实现可持续发展。
1.排烟筒；
2.卡勾；
3.L 形杆；
4.横板；
5.电机；
6.转轴；
7.第一齿轮；
8.开关；
9.竖杆；10.第一箱体；11.第一罩体；12.第一L 形管；13.第一单向阀；14.活塞；15.滑杆；16.挡块；17.弹簧；18.偏心轮；19.竖管；20.第二单向阀；21.连接杆；22.第二箱体；23.活性炭吸附层；24.第三箱体；25.第二罩体；26.保温层；27.第二L 形管；28.排烟管；
29.排风管；30.横杆；31.风扇；32.第二齿轮。
图1火电厂节能环保供热装置结构图
3设计特点
该装置特点是通过设置第一箱体10、活塞14、滑
杆15、第二箱体22和活性炭吸附层23将带有热量的烟气进行吸附、过滤使得排放达到标准，从而降低了污染，保护了环境；另外还设置了第三箱体24、第二罩体25、保温层26和风扇31把烟气的热量传递给空气，再进行供热，保证了热量回收利用，实现生态可持续发展。
4推广应用前景及效益
对该装置的经济效益进行举例说明。1台300MW 机组锅炉，排烟量大约6×105m 3/h ，排烟热损失为总耗煤量的5%~6%，使用这项技术后，排烟热损失为总耗煤量的3.5%~4.5%，总耗煤量降低了1.5百分点左右。使用该技术后，供热期发电煤耗约270g/(kW ·h)，平均发电负荷210MW ，节约标煤0.85t/h ；按供热期运行3900h 计算，整个供热期累计节标煤3315t ，按入炉煤标煤单价370元/t 计算，整个供热期节支增效约1.2265×106元。按冷空气吸收热量24.8GJ/h （按0.85t 标煤折算）计算，可供厂区和生活区2×105m 2供热面积，所以这项技术会给电厂带来可观的经济效益。
5结语
火电厂节能环保供热装置结构简单，设计合理，易于推广，既回收烟气余热又减少了大气污染，是改革创新的新技术，已转化为实际成果，具有广泛适用性和发展前景，实现了企业节能降耗、保护环境、增加收益的目标。参考文献：
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（责任编辑：高志凤）
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