IRENA（国际可再生能源署）发布了《Electricity Storage Evaluation Framework: Assessing system value and ensuring project viability》。本文是报告第III部分全球8种储能应用案例的第8部分：“电表后”电力储能。

英文原文链接：

https://www.irena.org/publications/2020/Mar/Electricity-Storage-Valuation-Framework-2020

1. 自发自用VRE的挑战

全球电力系统正在进行深度变革。传统上大型热力发电和水力发电的集中式发电系统，正在向更复杂、分散的系统转型。可再生能源比例的提高，市场规模的扩大以及信息通信技术（ICT）技术的应用促进了小规模、分散式发电为主的智能电网发展。在智能电网下，消费者层面的可再生能源自我消纳是主要的创新方式之一，这将极大改变电力系统的架构及其运行方式。

可再生能源的自我消纳是指可再生能源发电不并网，而是直接被消费者通过与电力生产者之间的某种合约直接消纳（Dehler et al.，2017）。随着可再生能源成本的快速下降（IRENA，2018c），一些消费者会发现通过自发自用是经济的，技术上也是可行的。因此，自发自用成为了一种广泛接受的概念。光伏是最常见的自我消纳的可再生能源，主要是因为成本低、容易调制。小型风力发电机虽然没有广泛采用，但也已经被用来自发自用（Enair，2019）。

可再生能源自发自用的主要挑战是光伏和风电都是波动性的资源，其发电不能一直满足用户需求。在一些时段，它们会生产过多的电力，但是在其他一些时段又无法满足需求。消费者不能只依赖VRE。最常见的方式是安装光伏发电板来满足日间需求，同时，通过连接电网，当自发电不能满足时，从电网上获得电力供应。当光伏发电过剩时，可以输送给电网，否则就要弃电，见图1。

来源：SMA Solar Technology（2019）。

图1 自发自用系统的发电和需求情况

这种情况下，消费者仍然需要依赖电网供电。如果目标仅仅是摆脱对电网的依赖，或者实现最大化发电上网，就必须要找到其他方案。电力储能可以为业主和电网的分布式发电系统提供极大帮助。

2. 解决方案：“电表后”电力储能

电力储能可以吸收一些时段的多余电量，并在需要的时段使用。从自发自用的角度看，电力储能和光伏结合可以实现白天多余电力充电、晚上放电。这种储能形式一般称为“电表后”（BTM）储能，因为储能装置位于并网点之后，在消费者和可再生能源资产中间。

消费者的收益

“电表后”储能带来的最大收益是最大化利用了自发电量。这意味着储能系统吸收掉了所有的多余电量，然后在无光伏发电的时候满足所有的用电需要。此时，如果储能系统不能满足需求，还可以从电网上取电。根据IRENA报告（2019d），“电表后”储能的其他好处还有：

（1）降低了消费者的电费支出。在电量过剩、电价低的时候充电，在电价高的时候将电量卖给电网。

（2）降低了基本电费。基本电费一般是根据消费者最高用电需求确定的。

（3）提供了电力备用并提高了消费者用能弹性。

电网运营商的收益：

如果消费者仍然是接电网的，“电表后”储能也可以为电网运营商带来收益。IRENA的报告（2019d）显示，电网运营商的收益包括：

（1）通过调频和能量转移提高了灵活性。

（2）延缓了电网投资。

（3）延缓了调峰电厂投资。

来源：Rathi, A（2018）。

图2 德国户用电力储能

3. “电表后”储能应用和实例

在全球的很多国家，“电表后”储能的安装已经成为一种流行的方式，其应用每年都在增长。比如，在德国，截至2018年夏天，户用电力储能系统已经超过了100000。到2020年，这一数字预计会翻番（Parkin，2018）。

澳大利亚是另一个“电表后”储能增长的市场。2017年，户用电池系统超过了21000。澳大利亚希望进一步促进这一增长，2025年的目标是安装1百万的户用电池系统。目前，联邦政府计划投入2亿澳元来激励10万个新增户用电池系统的安装。如果消费者安装4kWh的户用电力储能，该计划可以提供500澳元/kWh的补贴拨款。这样计算，每套系统的补贴金额是2000澳元（Martin，2018）。

“电表后”储能项目可以为消费者和电网运营商提供收益，IRENA（2019d）对此进行了详细描述，包括：

（1）Poway Unified SchoolDistrict的6MWh“电表后”储能系统，主要用于降低用电消费支出。加利福尼亚校区预计会在10年内节约140万美元。

（2）Green Mountain Power在美国Vermont客户的场所安装了2000套特斯拉Powerwall 2电池单元，用于提供电网备用电力。这些系统需要消费者预付1500美元或者每月缴纳15美元，预计全寿期内可以为消费者节约2~3百万美元。对于电网，安装电池系统可以帮助电网削峰。2018年7月，通过削峰节约了50万美元（Brooks，2018）。

（3）新西兰的一家机构Eneco启动了CrowdNett，实际上是“电表后”储能组成的虚拟电厂。除了自发自用帮助用户省钱外，这些电池可以参与现货市场和辅助服务市场，也为电网带来了收益（Eneco，2016）。

4. “电表后”储能的关键组成

聚合商

需要重视聚合商扮演的角色以及它可以为“电表后”储能提供的价值。聚合商是主要运营虚拟电厂的新型市场参与者。聚合商将分布式电源聚合起来，然后向电网提供服务（IRENA，2019c）。图3显示了聚合商是如何工作的。

注：CHP（combined heat and power）是热电联产。

中央控制系统或分布式能源管理系统（DEMS）发送优化的调度指令给可调度的分布式电源。

图3 聚合商概述

聚合商允许提高“电表后”储能在不同电力市场的参与度，这有助于降低电力边际成本并优化电网基础设施投资。然而，它们需要一个合理的监管框架和先进计量设施来充分发挥潜能。储能聚合商的案例包括：

（1）Eneco CrowdNett，前面已经介绍了。

（2）STEM，一家总部位于加利福尼亚的创业公司，采用人工智能和“电表后”储能创建虚拟电厂，通过提供不同的服务（如能源套利）降低商业用户的电力成本（Stem，2019）。

（3）sonnenCommunity“电表后”储能聚合模型，一家来自电池企业Sonnen的德国聚合商，允许消费者参与电网服务（Sonnen，2019）。

分时电价

另一个重要的赋能者是计时（ToU）收费，它也可以支持需求响应。分时电价的费率是随时间变化的，取决于电网平衡和短期批发市场价格（IRENA，2019e）。分时电价允许消费者调整用电来降低用电成本。

分时电价可以让消费者看到电价什么时候高、什么时候低，并为消费者建议最佳的充电时间。有多种不同的分时电价形式：固定分时电价、实时电价、可变尖峰电价、临界尖峰电价。采用分时电价的国家包括意大利（固定分时电价）、西班牙和瑞典（实时电价）和法国（临界尖峰电价）。

高电价意味着可以通过赚取电价差的方式从电网获得收入。然而，做到这一点，还需要网络计费机制。

净记账机制

为了获得足够的收入保证“电表后”储能的盈利，电池需要在低电价时充电并在高电价时放电，价格差可以产生充足的现金流。要做到这一点，传统的净计量电价机制失效了。采用净计量电价时，总的净用电（一般是用电量减去向电网供应的电量）可以计算出来，乘以一个特定的价格得到总费用，以该费用进行支付。

如果储能需要从电价差中获利，可以采用净记账机制。净记账机制下，根据消费或发电上网的电量进行补偿，这允许消费者以较低的电价充电、以较高的电价放电。图64显示了净记账机制下的电费流向。有些国家已经实施了这种机制来激励自发自用。

来源：IRENA（2019f）。

图4 净记账机制下的电力和电费流向

在意大利，“Ssitema Effciente diUtenza”（SEU）对自发自用进行监管，该条例设定了自我消纳资源的符合性要求（Sani，2016）。此外，200kW以下的新能源发电资源，储能作为自我消纳资源适用于“Sacmbio sul posto”，这实际上是一种净记账机制，根据向电网售电的部分返还一部分用电费用（GSE，2016）。

实施净记账机制的国家还有墨西哥、智利、印度尼西亚、葡萄牙和德国。

其他

其他激励“电表后”储能应用的措施还包括：

（1）监管框架，尤其是在没有价格上限的开放电力批发市场（如，NYISO）。

（2）先进计量设施。

（3）更精确的发电预测。

5. 结论（案例8：“电表后”电力储能）

近年来，传统电网开始向智能电网转型。消费者可以使用自建的可再生能源直接与电网互动。为了最大化自发自用给用户和电网带来的收益，“电表后”电力储能（如电池）是关键的资源。“电表后”储能可以为消费者降低用电费用和基本电费、提供备用电力，可以为电网提供更多的灵活性、延缓电网和调峰电厂投资。

“电表后”储能已经获得了应用。比如，截至2018年夏季，德国已经安装了超过100000套“电表后”储能系统。2017年，澳大利亚已经安装了21000套户用电池系统。还有其他的一些案例。“电表后”储能为消费者带来了收益，比如，Poway Unified School District的6MWh“电表后”储能系统预计在未来十年为消费者节约140万美元费用。

为了继续激励“电表后”储能的应用，需要一个连续且良好的监管框架。这种框架必须满足：a）聚合商的参与，可以作为虚拟电厂向电网提供服务来提高“电表后”储能的价值；b）分时电价，可以帮助消费者在最经济的时候充电、放电；c）净记账机制，可以增加“电表后”储能充放电的收入。

6. 扩展阅读

“电表后”储能、人工智能和大数据、聚合商、计时收费和净记账机制是IRENA《创新图景报告》也在30种创新措施中。更多信息参见：

IRENA（2019），“Innovation Landscape Brief：Behind-the-meterbatteries”，International Renewable Energy Agency，Abu Dhabi.

IRENA（2019），“Innovation Landscape Brief：Aggregators”，InternationalRenewable Energy Agency，Abu Dhabi.

IRENA（2019），“Innovation Landscape Brief：Artificialintelligence and big data”，International Renewable Energy Agency，Abu Dhabi.

IRENA（2019），“Innovation Landscape Brief：Tine-of-use tariffs”，InternationalRenewable Energy Agency，Abu Dhabi.

IRENA（2019），“Innovation Landscape Brief：Net billing schemes”，InternationalRenewable Energy Agency，Abu Dhabi.

原文来源：

IRENA,2020. Electricity Storage Evaluation Framework: Assessing system value and ensuring project viability.

原文链接：

https://www.irena.org/publications/2020/Mar/Electricity-Storage-Valuation-Framework-2020