Energy Storage Science and Technology ›› 2025, Vol. 14 ›› Issue (1): 443-455.doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0744
• Technical Economic Analysis of Energy Storage • Previous Articles Next Articles
Juan ZHAO1(), Bingchen LI2, Zhe WANG2, Fen YUE3(
), Zijia HUI2, Xing ZHANG3
Received:
2024-08-07
Revised:
2024-09-12
Online:
2025-01-28
Published:
2025-02-25
Contact:
Fen YUE
E-mail:zhaojuan@nwepdi.com;fen.yue@cnesa.org
CLC Number:
Juan ZHAO, Bingchen LI, Zhe WANG, Fen YUE, Zijia HUI, Xing ZHANG. Evaluation of scenario applicability of new energy storage based on BMW and TOPSIS methods[J]. Energy Storage Science and Technology, 2025, 14(1): 443-455.
Table 1
Trend of future power system regulation demand"
趋势及挑战 | 惯量 | 一次调频 | 二次调频 | 日内调峰 |
---|---|---|---|---|
需求规模 | 随着新能源渗透率提升,对具有快速调节能力的资源需求上升;惯量响应、一次调频、二次调频在时间上相互耦合,规模上相互影响,应整体考虑三者之间的协同 | 随着新能源渗透率提升,规模将迅速增大,时长逐渐增加 | ||
提供主体 | 目前主要由传统同步机组提供,未来新能源、储能和负荷侧资源均可提供 | |||
提供方式 | 目前,惯量、一次调频由之前的机组义务提供转向“两个细则”下的补偿,二次调频已在部分省份实现市场化;未来各品种逐渐向市场化转变,义务提供和市场化采购并存 | 调峰与现货融合后,通过现货市场实现日内调峰 | ||
技术挑战 | 目前电力系统运行一般不考虑系统惯性需求;虚拟惯量可能造成设备有效使用寿命缩短[ | 调频与调峰、保供电等多种调节需求叠加, 有必要建立机组分钟级与小时级耦合的建模方法;缺乏火电与新能源、储能不同类型调频资源之间调频功率优化分配的研究[ | 现货市场申报、出清时间间隔缩小,节点数量增多,需要软件具备更强的计算能力 | |
市场化挑战 | 现有标准无法准确地单独评价控制区域的一次与二次频率调节控制性能[ | 现货电能量和调频、备用辅助服务之间的衔接机制 |
Table 2
Energy storage technology requirements in typical scenarios"
场景类型 | 技术需求 | 功率需求 | 时长需求 | 响应时间要求 |
---|---|---|---|---|
惯量支撑 | 光伏+储能 | 几兆瓦~几十兆瓦 | 10 s内 | 几百毫秒内 |
风电+储能 | 几兆瓦~几十兆瓦 | 10 s内 | 几百毫秒内 | |
一次调频 | 火电+储能 | 几兆瓦~几十兆瓦 | 1 min内 | 2 s内 |
风电+储能 | 风电装机容量的10% | 1 min内 | 2 s内 | |
光伏+储能 | 光伏装机容量的10% | 飞轮、超级电容:30秒~1分钟 钛酸锂:5分钟 磷酸铁锂:1小时以上 | 1 s内 | |
独立储能 | 几十兆瓦以上 | 1 h以上 | 1 s内 | |
二次调频 | 火电+储能 | 几兆瓦~几十兆瓦 | 锂电:30 min~1 h | 几秒~1 min |
独立储能 | 磷酸铁锂:(几十兆瓦以上) 磷酸铁锂+飞轮:(几十兆瓦以上+几兆瓦) 磷酸铁锂+超级电容:(几十兆瓦以上+几兆瓦) | 锂电:1 h以上 锂电(1 h)+飞轮(5~15 min内) | 几秒内 | |
调峰 | 火电+储能 | 几十兆瓦~百兆瓦级 | 几个小时 | min级 |
独立储能 | 几十兆瓦以上 | 目前2~4小时为主 | min级 | |
调峰+二次调频 | 火电+储能 | 几十兆瓦~百兆瓦级 | 1小时以上 | 几秒~1 min |
独立储能 | 几十兆瓦以上 | 目前2~4小时为主 | 几秒内 | |
调峰+一次调频 | 火电+储能 | 几十兆瓦~百兆瓦级 | 1小时以上 | 2 s内 |
独立储能 | 几十兆瓦以上 | 目前2~4小时为主 | 1 s内 |
Table 3
Typical configuration schemes of energy storage in three scenarios"
场景类别 | 典型配置方案 | 选用的储能技术 | 储能功率/MW | 储能时长 |
---|---|---|---|---|
能量型场景(独立储能调峰) | 配置一 | 压缩空气 | 100 | 4 h |
配置二 | 磷酸铁锂 | 100 | 4 h | |
配置三 | 全矾液流 | 100 | 4 h | |
配置四 | 重力储能 | 100 | 4 h | |
功率型场景(火储调频) | 配置五 | 磷酸铁锂 | 20 | 1 h |
配置六 | 磷酸铁锂+钛酸锂 | 15+5 | 1 h+20 min | |
配置七 | 磷酸铁锂+超级电容 | 15+5 | 1 h+15 min | |
配置八 | 磷酸铁锂+飞轮 | 15+5 | 1 h+15 min | |
综合场景(独立储能调峰和一次调频) | 配置九 | 磷酸铁锂 | 100 | 2 h |
配置十 | 磷酸铁锂+飞轮 | 94+6 | 2 h+2 min | |
配置十一 | 磷酸铁锂+超级电容 | 94+6 | 2 h+4 min |
Table 4
Types of indicators, acquisition methods and descriptions"
指标名称 | 指标类型 | 获取方式 | 说明 |
---|---|---|---|
安全等级 | 定性指标 | 调研获取 | 需采用专家打分 |
发展阶段 | 定性指标 | 调研获取 | 需采用专家打分 |
放电倍率 | 定量指标(区间型) | 调研获取 | 最优区间由具体场景需求决定 |
响应时间 | 定量指标(极小型) | 调研获取 | 需转换成极大型 |
运行寿命 | 定量指标(极大型) | 基于调研预估 | 混合储能由寿命长的技术决定项目周期 |
单位等年值成本 | 定量指标(极小型) | 计算获取 | 需转换成极大型,调度关注 |
内部收益率 | 定量指标(极大型) | 计算获取 | 运营方关注 |
预期市场占有率 | 定量指标(极大型) | 基于调研预估 | 设备方、投资方关注 |
成本下降空间 | 定量指标(极大型) | 基于调研预估 | 设备方、投资方、运营方、调度关注 |
关键资源制约 | 定性指标 | 调研获取 | 需采用专家打分 |
核心技术自主化 | 定性指标 | 调研获取 | 需采用专家打分 |
Table 7
Calculation results of equivalent annual cost index per unit capacity under 11 typical configurations"
场景划分 | 典型配置方案 | 选用的储能技术 | EPC成本 /万元 | 运行 年限/年 | 折现率 | 等年值 成本/万元 | 单位等年值成本 /(万元/MW) |
---|---|---|---|---|---|---|---|
能量型场景(独立储能调峰) | 配置一 | 压缩空气 | 60000 | 30 | 7% | 4835 | 48 |
配置二 | 磷酸铁锂 | 56000 | 10 | 7% | 7973 | 80 | |
配置三 | 全矾液流 | 100000 | 15 | 7% | 10979 | 110 | |
配置四 | 重力储能 | 260000 | 30 | 7% | 20952 | 210 | |
功率型场景(火储调频) | 配置五 | 磷酸铁锂 | 5660 | 10 | 7% | 806 | 40 |
配置六 | 磷酸铁锂+钛酸锂 | 4810 | 10 | 7% | 685 | 34 | |
配置七 | 磷酸铁锂+超级电容 | 6450 | 10 | 7% | 918 | 46 | |
配置八 | 磷酸铁锂+飞轮 | 7300 | 20 | 7% | 689 | 34 | |
综合场景(独立储能调峰和一次调频) | 配置九 | 磷酸铁锂 | 32000 | 10 | 7% | 4556 | 46 |
配置十 | 磷酸铁锂+飞轮 | 43760 | 20 | 7% | 4131 | 41 | |
配置十一 | 磷酸铁锂+超级电容 | 33080 | 10 | 7% | 4710 | 47 |
Table 8
Calculation result of internal rate of return index"
典型配置方案 | 选用的储能技术 | EPC成本/万元 | 等年值成本/万元 | 内部收益率 | 投资回收期 |
---|---|---|---|---|---|
配置一 | 压缩空气 | 60000 | 4835 | 6.7% | 12.9年 |
配置二 | 磷酸铁锂 | 56000 | 7973 | 2.9% | 8.9年 |
配置三 | 全钒液流 | 100000 | 10979 | -1.0% | 无法回收 |
配置四 | 重力储能 | 260000 | 20952 | -1.9% | 无法回收 |
配置五 | 磷酸铁锂 | 5660 | 806 | 33.9% | 2.7年 |
配置六 | 磷酸铁锂+钛酸锂 | 4810 | 685 | 32.0% | 2.9年 |
配置七 | 磷酸铁锂+超级电容 | 6450 | 918 | 22.1% | 3.9年 |
配置八 | 磷酸铁锂+飞轮 | 7300 | 689 | 22.8% | 3.6年 |
配置九 | 磷酸铁锂 | 32000 | 4556 | 15.2% | 5.0年 |
配置十 | 磷酸铁锂+飞轮 | 43760 | 4131 | 11.9% | 6.3年 |
配置十一 | 磷酸铁锂+超级电容 | 33080 | 4710 | 9.2% | 6.4年 |
Table 9
Scene applicability evaluation results of new energy storage"
典型配置方案 | 选用的储能技术 | 正理想解距离(D+) | 负理想距离(D-) | 综合得分指数 | 排序 |
---|---|---|---|---|---|
配置一 | 压缩空气 | 0.222 | 0.258 | 0.54 | 7 |
配置二 | 磷酸铁锂 | 0.311 | 0.178 | 0.36 | 9 |
配置三 | 全钒液流 | 0.377 | 0.101 | 0.21 | 10 |
配置四 | 重力储能 | 0.431 | 0.081 | 0.16 | 11 |
配置五 | 磷酸铁锂 | 0.101 | 0.385 | 0.79 | 1 |
配置六 | 磷酸铁锂+钛酸锂 | 0.152 | 0.404 | 0.73 | 2 |
配置七 | 磷酸铁锂+超级电容 | 0.188 | 0.288 | 0.60 | 4 |
配置八 | 磷酸铁锂+飞轮 | 0.151 | 0.377 | 0.71 | 3 |
配置九 | 磷酸铁锂 | 0.201 | 0.274 | 0.58 | 6 |
配置十 | 磷酸铁锂+飞轮 | 0.205 | 0.288 | 0.58 | 5 |
配置十一 | 磷酸铁锂+超级电容 | 0.239 | 0.242 | 0.50 | 8 |
"
典型配置 | 安全等级 | 发展阶段 | 放电倍率 | 响应时间 | 运行 寿命/年 | 单位等年值成本 /(万元/MW) | 内部收益率 | 预期市场占有率 | 成本下降空间 | 关键资源制约 | 核心技术自主化 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
配置一 | 丁 | 商业化初期 | C/4 | 分钟级 | 30 | 48 | 6.70% | 22% | 33% | 一般 | 很高 |
配置二 | 甲 | 规模化发展 | C/4 | 百毫秒级 | 10 | 80 | 2.90% | 54% | 29% | 较高 | 很高 |
配置三 | 丁 | 示范应用 | C/4 | 百毫秒级 | 15 | 110 | -1.00% | 12% | 28% | 一般 | 较高 |
配置四 | 丁 | 示范应用 | C/4 | 秒级 | 30 | 210 | -1.90% | 5% | 77% | 较低 | 较低 |
配置五 | 甲 | 规模化发展 | 1 C | 百毫秒级 | 10 | 40 | 33.90% | 70% | 29% | 较高 | 很高 |
配置六 | 甲 | 示范应用 | 4 C | 百毫秒级 | 10 | 34 | 32.00% | 5% | 26% | 较高 | 一般 |
配置七 | 甲 | 示范应用 | 4 C | 百毫秒级 | 10 | 46 | 22.10% | 10% | 35% | 一般 | 一般 |
配置八 | 甲 | 示范应用 | 4 C | 百毫秒级 | 20 | 34 | 22.80% | 15% | 34% | 一般 | 一般 |
配置九 | 甲 | 示范应用 | 0.5C | 百毫秒级 | 10 | 46 | 15.20% | 40% | 29% | 较高 | 很高 |
配置十 | 甲 | 示范应用 | 0.5 C/33 C | 百毫秒级 | 20 | 41 | 11.90% | 35% | 29% | 较高 | 一般 |
配置十一 | 甲 | 技术研发 | 0.5 C/33 C | 百毫秒级 | 10 | 47 | 9.20% | 25% | 30% | 较高 | 一般 |
"
典型配置 | 安全等级 | 发展阶段 | 放电倍率 | 响应时间 | 运行 寿命/年 | 单位等年值成本 /(万元/MW) | 内部收益率 | 预期市场占有率 | 成本下降空间 | 关键资源制约 | 核心技术自主化 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
配置一 | 80 | 58 | 1 | 10 | 30 | 0.021 | 6.70% | 22% | 33% | 40 | 88 |
配置二 | 9 | 89 | 1 | 100 | 10 | 0.013 | 2.90% | 54% | 29% | 30 | 97 |
配置三 | 75 | 30 | 1 | 100 | 15 | 0.009 | -1.00% | 12% | 28% | 42 | 80 |
配置四 | 70 | 15 | 1 | 90 | 30 | 0.005 | -1.90% | 5% | 77% | 60 | 10 |
配置五 | 5 | 78 | 1 | 100 | 10 | 0.025 | 33.90% | 70% | 29% | 30 | 88 |
配置六 | 10 | 11 | 1 | 100 | 10 | 0.029 | 32.00% | 5% | 26% | 25 | 55 |
配置七 | 10 | 15 | 1 | 100 | 10 | 0.022 | 22.10% | 10% | 35% | 35 | 57 |
配置八 | 10 | 17 | 1 | 100 | 20 | 0.029 | 22.80% | 15% | 34% | 40 | 58 |
配置九 | 7 | 15 | 1 | 100 | 10 | 0.022 | 15.20% | 40% | 29% | 30 | 85 |
配置十 | 10 | 12 | 1 | 100 | 20 | 0.024 | 11.90% | 35% | 29% | 30 | 58 |
配置十一 | 10 | 10 | 1 | 100 | 10 | 0.021 | 9.20% | 25% | 30% | 30 | 57 |
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