（1.国家电网上海市电力公司青浦供电公司 上海 200000）
（2.北京中电飞华通信股份有限公司上海分公司 上海 200000）
摘要：电网公司承担着为经济发展和人民生活提供优质可靠电力保障的重任。特别是对于大型重要公共设施，如承担国际国内大型活动的重要场馆、医院等重要的民生保障机构、人防设施等重要应急场所，如何提供稳定可靠的电力保障一直都是电网公司需要面对和解决的课题。在过去的很长一段时间，对大型重要公共设施进行电力保障一直以不计成本的方式投入，其价值和实效性都受到了一些挑战。随着电网商业化运营的逐步推进，是否可以寻找到一条在电力保障的同时兼顾商业收益的道路成为了一个值得研究的课题。本文研究的核心内容是储能系统在大型重要公共基础设施的运营中，通过保障期保电和非保障期商业运营协同的方式，实现电力保障和商业收益平衡这一商业模式，并针对一个具体的场景提供相应的解决方案来验证这一商业模式的可行性。
关键词：电力保障；商业模式；储能系统；公共设施
（1. State Grid Shanghai Electric Power CO.Ltd. Qingpu Electric Power Supply Company，shanghai 200000，2.Fibrlink Fetworks Co.LTD. Shanghai Branch，shanghai 200000）
Abstract:Power grid companies are responsible for providing high-quality and reliable power guarantee for economic development and people's lives, especially for large-scale important public facilities, such as important venues for large-scale international and domestic events, hospitals and other important institutions and people's defense facilities. How to provide stable and reliable power protection to these facilities has always been the power grid companies’ need. For a long time, the value and effectiveness of power security for large and important public facilities have not been taken into consideration. With the gradual advance of the commercial battery system, it is worthy studying whether we can find a way to balance commercial benefits while protecting electricity security. The core content of this paper is that the energy storage system in the operation of large-scale important public infrastructure. Through the guarantee of electricity and non-guaranteed period of commercial operation c oordination, we achieve both power security and commercial income. We also provide a practical case to verify the feasibility of this business model.
Keywords:power security, business models, energy storage systems, public facilities
0引言
电力是现代城市的核心命脉，城市的运转每分每秒都离不开电力供应。2019年8月利奇马台风肆虐浙江、江苏、山东，大部分获得电力保障供应的市区县都能够有效抗灾、快速恢复，但部分因为水浸等原因导致电力设施损坏电力无法保障的区域，救灾援助和重建工作都无法顺利开展。这些情况其实是现代社会发展与可靠安全的电力供应的结构性矛盾的集中体现，也让每一个电力人警醒能源安全确实必须从国家战略的角度进行考虑。
分析电力保障所针对的目标，大型重要公共设施无疑又是重中之重。如承担国际国内大型活动的重要场馆、学校医院等重要的民生保障机构、人防设施等重要应急场所，一旦出现电力无法保障的情况，对于国计民生和社会安全都会有非常严重的后果。但电力保障需要大量的前期准备和资金投入，对于应急预案准备充足，自然环境和使用场景相对平稳的现场，很可能大规模资金投入构建的电力保障设施许多年都无需投入使用，造成了大量的浪费。据有关报道统计，全国范围内相关的电力保障投入每年达到数百亿元规模，如果能够让这些电力保障投入产生合理的商业价值，将可以盘活数千亿的资产。
1公共设施电力供应保障技术
对于公共设施电力供应保障的需求，有多种形式的设备可以满足。移动式应急电源车具有机动灵活、技术成熟、启动迅速等诸多优点[1,2],常用的柴油发电机拥有供应持续性好等投点，但是无法做到不间断供电，同时还有噪声大、污染大、能源效率不高等劣势[3]。飞轮储能是一种新兴的技术，有不少优点，对于供电质量也能有非常好的保障，但是由于其设计原理，只能在电网出现问题时，提供短期的电压支撑，往往需要与柴发配合使用[4,5]，因此也无法避免柴发固有的问题。另外还有许多新型储能设备如超导储能、超级电容储能、压缩空气储能等[6,7]，由于其尚处在研究的早期阶段，在全面的性能和保障能力上不能全面满足电力保障的全部需求，因此依然需要性能更优更全面的电力保障系统和方案来满足现场的具体需求。
相比之下，化学储能特别是锂离子电池作为储能材料就非常成熟了，它既可以以移动储能车等移动设备的形式存在，便于在各种场景上使用；有能够满足不间断供电和长期电能供应的需求。并且由于锂离子电池技术相对成熟，可以在市场上获得非常可靠的供应，因此可以被广泛的应用于公共设施的电力保障。从技术方案上来看，串联或是并联接入的锂离子储能电池通过双向变流器PCS可以非常好的完成不间断供电等一系列电力保障工作，更重要的是，在非保电状态下，储能电池系统还能够基于峰谷电价获得不菲的商业收益。这就为挖掘电力保障与商业运营协同的业务模式提供了可能性。我们在本文中也选择锂离子电池储能系统作为研究公共设施电力保障与商业运营协同的核心技术手段。表1-1和表1-2是相关的电力保障技术的技术参数对比[8]。
表1-1 电力保障技术对比
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表1-2电力保障技术对比
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2 储能系统协同运营的原理2.1技术设计原则
规范化原则。项目实施的技术标准，严格遵循电网的数据规范、编码规范、项目功能规范、接口规范、管理制度等相关标准规范和软硬件集成相关标准。
系统可靠性原则。整个系统可以按照全天24小时、一年365天连续工作要求，所以整个系统必须具有高可靠性、高稳定性等特点，以保证系统常年连续正常运行。在系统设计时，关键部位选用了高可靠性设备，对于重要的控制节点采用先进的高新技术来保障。
2.2技术原理
为了使得储能系统能够同时为电力保障和商业运营两个主要目标服务，系统必须在低压出线侧接入。为了避免储能系统接入激活后回流上网，系统设计了离网运行功能，能够实现在电网掉电的情况下，为离网负荷持续供电。在需要进行商业运营的场景下，系统处于并网充放电的工作状态下，按照管理系统的指示执行充放电操作。
在需要进行紧急电力保障的场景下，系统通过 PCS 和并离网切换柜的组合设计实现并离网切换功能，通过 PCS 主机对电网波形的检测判断电网情况，可以在毫秒级时间内完成检测并转换到离网供电模式。同时 PCS 能够控制并离网切换柜的主接触器断开电网，保障在离网模式下安全运行。由于此行为对于响应时间要求极高，需要将微网离网控制器与储能电池组的距离尽可能的缩短，因此，将储能电池组接入点选择设置在出线柜，以减少远距离信号传输导致的响应延迟，从而避免因储能电力上网导致输出功率不足的情况发生。变流器工作原理如图1所示。
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图1变流器工作原理图
2.3商业运营原理
储能系统商业运营获得收益的手段主要有两种，一是峰谷套利，二是需量管理。峰谷套利是储能收益的最基本模式。主要是利用峰谷时段的电价差，采取谷时段（低电价）充电、峰时段（高电价）放电的模式，来获得收益。清在大部分公共设施中，峰时段用电负荷较大，谷时段用电负荷较低。并且全年日均负荷均很稳定，因此非常适合利用峰谷价差实现套利。
而从需量管理的角度。大部分公共设施都是工商业电价接入，采取两部制电价模式，每月电费主要由电量电费和基本电费构成。基本电费涉及到需量的管理，需量与每月的最大负荷直接相关。为了最大程度降低基本电费，要求对需量可以进行准确的控制。利用用户侧储能系统可以直接降低最大负荷，从而实现对基本电费的最优化。
3 典型案例3.1基本设计
基于上述的技术设计思想和商业原理，作者团队针对一个大型的公共设施设计了一套完整电力保障与商业运营协同的储能系统。这套系统项目投资规模在数百万元，其成本构成为：
➢ 储能电池：占投资总成本约 43%~50%
➢ PCS：占投资总成本约 12%~15%
➢ BMS：占投资总成本约 6%~10%
➢ 辅助材料：例如集装箱，开关柜，线缆，铜排，继保等占投资总成本约 10%~15%
➢施工：由专业第三方电力施工团队完成，占投资总成本约 8%~10%
➢其他：例如空调，消防等占投资总成本约 2%
3.2系统价值
1)保电收益
根据该公共基础设施每年承担国际国内大型活动所需的任务，在特定时间提供电力保障服务，在该时间系统不考虑商业运营收益。
2)峰谷价差套利收益
该公共基础设施其他有效工作日200天，电池可用 SOC 范围 10%~95%, 能力转化效率为 93.5%。根据相应电价信息，每年可节约电费约约为投资额的7%左右。
3)需量控制收益
在应用储能系统后，可以有效降低最大需量，同时降低基本电费。每年节约的基本电费约为投资额的2.5%左右；
考虑到以上两种收益存在一部分重合，需要扣除部分收益。因此在储能系统建设投运后，每年收益约为整体投资额的8%左右。考虑到电池衰减，后续年份的收益略有递减。
综合来看，系统整体使用寿命15年，在这15年使用寿命中，基本可以做到动态回本，略有盈余，同时系统还产生了电力保障的极大社会收益。
3.3价值提升手段
项目投产前的计算相对保守，为了实现精细计算，目前项目已经结合电能采集设备，针对电能数据制定具体控制策略，提升收益。同时未来也计划利用储能设备参与到需求侧响应中，获取相关政策红利。
4 结语
本文根据电力保障系统的要求和目前相应的技术发展趋势，设计了种兼顾保电和商业运营的公共设施储能系统，并提供了一个实际的产业实施案例。相比于传统电力保障系统的纯投入，本文设计的系统可以在生命周期实现投资额的全额回收和略微盈利，同时还可以兼顾公共设施的电力保障功能。为探索综合能源业务在重要场景的业务模式提供了有效的样板和案例。
参考文献:
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[4]程启明, 徐聪, 程尹曼, 等.基于混合储能技术的光储式充电站直流微网系统协调控制[J].高电压技术, 2016, 42 (7) :2073-2083.
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[6]供配电系统设计规范:GB 50052—2009[S].北京:中国计划出版社, 2010.
[7]供电局保供电工作管理标准:Q/GZW 21201—2010[S], 2011.
[8]李万杰, 张国民, 艾立旺, 等.高温超导飞轮储能系统研究现状[J].电工电能新技术, 2017, 36 (10) :19-31.
作者简介：程玉，性别：男，出生年-月-日：1993年3月14日，籍贯(省-市)：安徽省-合肥市，现职称 ：装表接电班三级装接员，学 历 ： 本科，从事工作 :电力
论文作者:程玉1,杜长宇2,何之倬1,孙成刚1,杨在乐2
论文发表刊物:《电力设备》2019年第19期
论文发表时间:2020/1/9
标签：电力论文; 储能论文; 系统论文; 收益论文; 公共设施论文; 商业论文; 电费论文; 《电力设备》2019年第19期论文;