·综述·?储能技术专题电器与能效管理技术（2020No．5）黄博文（1985—），男，高级工程师，博士，主要从事分布式储能研究。潘轩（1996—），男，硕士研究生，研究方向为需求侧响应与分布式储能。彭雪莹（1994—），女，硕士研究生，研究方向为分布式储能。用户侧储能对电网的影响及经济性分析黄博文1，潘轩2，彭雪莹2，任胜男2，周任军2（1．国家电网湖南综合能源服务有限公司，湖南长沙410114；2．长沙理工大学湖南省清洁能源与智能电网协同创新中心，湖南长沙410114）摘要：用户侧储能技术能够有效解决可再生能源的大规模接入问题，是实现电力削峰填谷的重要途径。有必要深入研究用户侧储能对电网的影响和经济性，从而能够趋利避害地应对用户侧储能投资、发展和建设布局。从多方面对用户侧储能给电网和电力市场带来的影响进行了分析，并对其发展提出了建议。用户侧储能发展的动力在于其经济性，然而目前用户侧储能的经济性分析一般聚焦于其整体经济性，未针对不同的用户类型进行针对性分析。通过对不同类型典型用户的用电负荷进行分析，研究不同类型用户配置储能的经济性和潜力。关键词：用户侧储能；负荷分析；电力市场；储能经济性分析中图分类号：TM73文献标志码：A文章编号：2095-8188（2020）05-0007-07DOI：10．16628/j．cnki．2095－8188．2020．05．002ImpactofUser－SideEnergyStorageonPowerGridandEconomicAnalysisHUANGBowen1，PANxuan2，PENGxueying2，ＲENShengnan2，ZHOUＲenjun2（1．StateGridHunanIntegratedEnergyServiceCo．，Ltd．，Changsha410114，China；2．HunanProvinceCollaborativeInnovationCenterofCleanEnergyandSmartGridChangshaUniversityofScienceandTechnology，Changsha410114，China）Abstract：User-sideenergystoragetechnologycaneffectivelysolvetheproblemoflarge-scaleaccesstorenewableenergy，andisanimportantwaytoachievepowerpeakclippingandvalleyfilling．Therefore，itisnecessarytoconductin-depthresearchontheimpactandeconomicsofuser-sideenergystorageonthepowergrid，soastobeabletodealwithuser-sideenergystorageinvestment，development，andconstructionlayout．Theimpactofuser-sideenergystorageonthepowergridandpowermarketfromvariousaspectswasanalyzed．Therecommendationsforthedevelopmentofuser-sideenergystorageweremade．Thedrivingforceofuser-sideenergystoragedevelopmentliesinitseconomics．However，thecurrenteconomicanalysisofuser-sideenergystoragegenerallyfocusesonitsoveralleconomics，andnotargetedanalysisisperformedfordifferenttypesofusers．Thepowerconsumptionofdifferenttypesoftypicaluserswereanalyzedtostudytheeconomicsandpotentialofdifferenttypesofuserstoconfigureenergystorage．Keywords：user-sideenergystorage；loadanalysis；electricitymarket；energystorageeconomicanalysis0引言储能技术不仅能够解决可再生能源大规模接入、弃风、弃光问题，同时也能解决常规电力削峰填谷，提高常规能源发电与输电效率、电网安全性和稳定性［1-3］。根据储能技术在电力系统中应用环节的场景不同，可将其划分为电源侧储能、电网侧储能以及用户侧储能。用户侧储能方式主要包括电储能、热（冷）储能、气储能等。当前大型储能技术主要—7—电器与能效管理技术（2020No．5）?储能技术专题·综述·有抽水蓄能电站、压缩空气储能、飞轮储能、电化学储能、超级电容器储能、超导磁储能等。本文主要着重于用户侧电化学储能研究，为简化描述，下文均采用用户侧储能。目前，由于电池成本较高，补贴政策缺失，仅通过峰谷套利，用户侧的收益较低，投资回收期较长，导致用户侧储能发展受限［4］。随着储能政策的引导、储能技术的不断发展与突破、储能市场成本的持续下降，用户侧储能必将得到蓬勃发展。用户侧储能规模化发展也会改变现有电力系统运行结构［5］。本文从供电灵活性、运行可靠性、容量配置、检修维护、管理调度等方面分析用户侧储能对电网的影响，从供售电电量、电力现货市场、辅助服务市场、市场参与主体等方面分析其对电力市场的影响。目前，用户侧储能主要通过峰谷套利、降低容量费用、参与辅助服务市场获取补贴等方式来盈利［6-7］，但是对于不同类型的用户，其投资参与储能的经济性和潜力不同。本文选取商业、工业、非居民用户中的典型用户进行用电负荷分析，研究不同类型用户配置储能的经济性和潜力［8］，并对用户侧储能的发展提出建议。1用户侧储能现状1．1用户侧储能发展概述用户侧储能是指在用户场地或其邻近区域建设的储能系统，并将储能系统接入用户供用能网络，由用户自行调用或接受外来信息控制的储能系统［9］，通过用能市场化方式，进而可为电网提供削峰填谷、需量管理、备用电源、分布式发电+储能一体化运行等功能。相对电网侧和电源侧储能，用户侧储能直接面对用户，具有规模小、布局分散、自主调控等特点，这些因素决定了其发展主要由市场驱动。目前，我国用户侧储能产业仍处于起步阶段，根据2019年储能产业应用研究报告，截至2018年底，全国用户侧储能累计设备容量达到254．4MW。2016～2018年，用户侧储能增装量为8．3MW、59．6MW、144．8MW，呈现出较好的增长趋势。目前，国内用户侧储能主要分布在经济发达且峰谷电价差较大的江苏、广东等地区，主要参与用户为工商业用户，投资商家包括浙江南都电源动力股份有限公司（简称南都电源）、江苏中天科技股份有限公司（简称中天科技）等电池厂家以及其他一些投资机构。1．2用户侧储能存在的问题虽然用户侧储能近3年发展保持高速增长势头，但目前仍处于市场发展前期，其商业模式、技术经济性、管理方式和政策方面还存在诸多问题，亟需解决。（1）政策性问题。近年来，国家出台了多项政策推进储能发展，但我国大部分省市暂未出台针对用户侧电池储能的充/放电电价、容量补贴细则、充/放电补贴细则、用户容量费抵扣细则等，配用电侧的电力现货市场和用户侧参与辅助服务市场等方面的市场机制尚未真正建立［8］。（2）收益问题。用户侧储能收益主要受限于投资成本和峰谷价差。目前，在储能电池成本较高、峰谷电价差偏低情况下，用户侧储能投资回收期很长，甚至在电池寿命内无法收回成本。（3）技术性问题。用户侧储能发展的技术关键在于充/放电优化控制和电能质量问题。用户侧储能的快速发展，使得电网将面临大规模无序充/放电的储能设备，就需要提高充/放电控制水平，整合汇聚用户侧储能。（4）建设规范化问题。用户侧储能布局分散、电池多样性、技术规格暂未统一，标准化施工建设、验收运营有待进一步细化，使得电网统一监管、控制运行存在极大困难。2用户侧储能对电网和电力市场的影响用户侧储能对电力系统的影响主要集中在电网和电力市场2个方面。本节将从多个方面和角度来分析用户侧储能对电网和电力市场的影响。2．1用户侧储能对电网的影响（1）削峰填谷。用户在配置储能设施后，通过在用电低谷期对储能电池进行充电，在用电高峰期进行放电的行为来获取利润，一定程度上实现了电力负荷的削峰填谷，从而可以延缓发电装机的投资。在一些局部电网受阻塞的情况下，用户侧投资储能建设能够推迟输配电线路建设以及配电设施升级，降低电网的成本投入。（2）电网灵活性方面。用户侧储能装置既可—8—·综述·?储能技术专题电器与能效管理技术（2020No．5）以从电网获取电量，又可以向电网输送电量，这种能量双向流动的特性使得电网更加灵活［10］。用户侧储能汇聚后，可以优先使用清洁能源发电，能够促进新能源消纳，实现负荷的削峰填谷，提高电网运行的灵活性。（3）电网可靠性方面。用户侧储能装置相当于用户为自身和电网提供了分布式备用电源，提升用户在紧急停电状态下自我供电能力。此外，电力系统中用户侧储能对微电网运行的可靠性具有重要作用，尤其是在微电网实行孤岛运行模式下，用户侧储能可以一定程度上为用户提供持续供电。（4）容量配置方面。大工业用户执行两部制电价，电费包括容量电费和电量电费，其中容量电费可按照自备专用变压器容量或当月用电高峰15min平均最大负荷容量收取。对于电网投资建设的用户变压器，如果在用户配变低压侧安装储能设备，减少峰荷从电网获取的功率，则可以减少用户变压器容量，从而减少电网配电容量投资；储能配置也能削减用电高峰的最大负荷容量，可降低容量电费的支出，从而减少电网容量电费的收益。（5）检修维护方面。用户侧储能规模化接入电网后会对电网检修、维护产生两方面影响。一方面，大量储能接入后，电力系统检修维护计划变得更加灵活，使得储能设施能够保证用户在一定时间范围内具有自我供电能力，提高用户用电可靠性；另一方面，用户侧储能装置本身需要维护检修，使得供用电维护检修内容范围可能扩大。（6）管理调度方面。相对于传统的大电网运行模式，用户侧储能的接入及出力具有分散性和不可控性，如任其无序充/放电，相当于接入一大批随机性的扰动电源，使得电网频率、电压、电能质量等受到不良影响，也带来一些调度和管理方面的困难［11］。同时，储能电池具有一定危险性，若不出台相关的技术规范和管理规范，会引起很大的安全隐患。综上所述，用户侧储能发展对电网既有积极影响，又有消极影响。从积极影响来看，用户侧储能可以提高新能源发电渗透率以及供电可靠性和稳定性，降低电网投资成本；当用户侧储能发展具有一定规模时，售电量会增加，电力负荷峰值会降低，这意味着在主电网建设、配电网建设、高压建设等方面的投资会大幅减少。从消极影响来看，用户侧储能的发展增加电网的调度、检修维护和管理难度，用户侧储能的乱建、乱充、乱放不仅不能起到削峰填谷的效果，还会造成电力系统的扰动。因此，政府、电网公司必须出台相应的运行管理规范，对并网的用户侧储能进行统一的调度和监管。2．2用户侧储能对电力市场的影响（1）电量方面。从短期来看，用户侧储能只是改变用户用电行为，将高峰期用电转移到低谷用电，并没有改变用户用电量，因此电网供售电量没有改变。从长期来看，由于用户侧储能的发展，峰谷套利降低用户用电成本，用户用能方式逐渐向电能转变，进而增加电能在其能源消费中的比例，增加电网供售电量。（2）电力现货市场。用户在用电低谷期给储能电池充电，在电力高峰期放电给负荷，在满足自身用电需求和用电习惯的同时进行峰谷套利，降低电费支出。随着相关电价政策、补贴政策、辅助市场政策的完善，储能用户在满足自储自用的前提下，将多余售电量卖给电网或其他电力用户来获得峰谷价差和辅助服务补偿，从而实现“自储自用，余电上网”。用户侧储能这种既向电网买电又向电网卖电的行为会增加用户电量计量和费用结算的困难，同时对于用户上网电价的制定也造成一系列的影响，尤其是在未来实行实时电价时，结算方式会更加复杂。（3）电力市场参与主体。在“自储自用，余电上网”的情况下，用户获利的途径增多，就会吸引一大批企业甚至国家电网来投资、建设用户侧储能电站。在上述情况下，用户不仅是电力购买使用者，还担任电力零售商的角色，使得电力市场参与主体变得更加多样化。从大范围看，电力市场参与主体包括发电企业、交易机构、电网企业、售电主体、电力用户，还有政府相关监管机构和市场管理委员会；从小范围看，电力市场参与主体主要包括投资方、运营方和用户。电力市场参与主体的多样化会使得售电公司的竞争更加激烈，利润更加分散化，间接地刺激了电力行业的发展。（4）电力辅助服务市场。用户侧储能可独立或在国家电网统一调度下参与电力辅助服务市场，包括调峰、调频、备用、电压支撑、改善电能质量和黑启动等，同时用户也可以获得来自政府相—9—电器与能效管理技术（2020No．5）?储能技术专题·综述·关部门的补贴。用户侧储能参与电力市场可以提高用户的收益，提高售电公司的竞争意识，促进电力行业的发展。但是目前用户侧储能参与电力市场仍处于商业化应用初期。一是市场主体身份的缺失［12］，目前国内相关政策尚未赋予用户侧储能市场交易主体的身份，使得储能用户不能以合理的身份参与电力市场。二是用户侧储能的上网电价尚未制定。现有的用户侧储能项目均为“自储自用”，随着储能电池成本的降低和相关补助政策的出台，用户侧储能会逐步与光伏等分布式能源一样，发展为“自储自用，余电上网”的形式，就需要制定储能上网电价［13-15］。目前，储能的充/放电价格尚未独立制定，用户侧储能的充电价格采用销售电价，用户侧储能上网电价尚未制定［16-18］。用户侧储能多为小容量储能系统，无法直接参与传统的电力批发市场，增加了电网的调度、监管麻烦，这需要探索一种能将其汇聚起来的互联网模式，从而通过远程控制、经济激励的方式引导用户侧储能进行有序充/放电［19］。3用户侧储能可行性分析本文选取湖南省商业、工业、非居民用户的典型用户进行负荷分析和用户侧储能经济性分析。3．1商业用户用电特性和储能可行性分析为分析典型商业用户用电特性，选取湖南省步步高商业连锁股份有限公司梅溪湖分公司（简称“步步高”）进行用电特性分析。考虑到商业用户功率季节差异性，选取2019年1月8日（星期二）、4月8日（星期一）、8月6日（星期二）、10月7日（星期一）用电数据进行对比；为分析工作、节假日用电差异，选取2019年1月6日（星期日）、1月7日（星期一）、1月8日（星期二）进行用电特性分析。步步高用电季节性对比如图1所示，步步高用电工作日、休息日对比如图2所示。由图1、图2可知，步步高商业负荷曲线具有明显峰谷特征，峰谷负荷差较大，2个尖峰位置分别出现在中午12∶00和晚上8∶00。工作日、节假日负荷差异性小，季节差异性存在小幅波动，凉爽性天气条件下（春秋季：4月、10月）的用电负荷明显低于极端性天气（冬夏季：1月、8月），寒冬酷暑条件下空调能耗更高。图1步步高用电季节性对比图2步步高用电工作日、休息日对比该商业用户接入电压为10kV，选取2019年8月6日用电数据，分析其尖期、峰期、平期、谷期电量、电价、电费。步步高用电量、电费数据（2019年8月6日）如表1所示。由表1可知，步步高尖期用电量占全天用电量的比例为20．1%，尖期用电电费占全天电费的比例为23．4%。尖期用电量和电费支出占比大，其配置储能的经济性和潜力均比较高。表1步步高用电量、电费数据（2019年8月6日）参数尖期峰期平期谷期总量用电量/kWh2016040559309598880100440单价/（元·kWh－1）1．0820．9820．8320．632—电费/元21813．1239828．9425757．895612．1693012．11自储自用的情况下，为减少储能投资，步步高对储能电池定容时仅需考虑自身尖期用电总量。考虑到电池充放电时的损耗，储能电池的容量应略微大于尖期总负荷，电池所储电量全部供给尖期使用；若有余量，供给峰期使用。为了使电池的—01—·综述·?储能技术专题电器与能效管理技术（2020No．5）利用率达到最大化，步步高需要制定相应的充放电控制策略，每天充/放电2次，分别在谷期和平期充电，在尖期和峰期放电。3．2工业用户用电特性和储能可行性分析为分析典型大工业用户用电特性，选取湖南华菱湘潭钢铁有限公司（简称“湘潭钢铁”）和长沙中联重科环境产业有限公司（简称“中联重科”）进行用电特性分析。湘潭钢铁用电季节性对比及工作日、休息日对比分别如图3、图4所示。由图3、图4可知，湘潭钢铁负荷波动性较大，季节用电总量比较平稳，且不存在负荷峰谷现象。图3湘潭钢铁用电季节性对比图4湘潭钢铁用电工作日、休息日对比湘潭钢铁为大工业用户，接入电压为220kV，执行大工业用电电价。湘潭钢铁用电量、电费数据（2019年8月6日）如表2所示。当天尖期用电量占全天用电量的比例为13．2%，尖期用电电费占全天电费的比例为19．1%。湘潭钢铁在尖期用电量与电费占比较小，且其用电负荷大、用电量多，小容量的储能无法满足用电要求，而配备大容量的储能电站成本高，仅通过自充自用、峰谷套利可能无法实现自盈利，其配置储能经济性和潜力较低。表2湘潭钢铁用电量、电费数据（2019年8月6日）参数尖期峰期平期谷期总量用电量/kWh2182404681604083205561601647360电费单价/（元·kWh－1）0．78370．68370．53370．3337—电费/元171034320080217920185590894626中联重科为大工业用户，接入电压为10kV。中联重科用电季节性对比及用电工作日、休息日对比分别如图5、图6所示。由图5、图6可知，中联重科负荷季节性波动大，8月份用电负荷远高于其他月份，与长沙当地高温天气相关。同时，中联重科工作日、节假日用电负荷差别大，与其生产性质相关，周中生产，周末休息。中联重科用电负荷具有峰谷特点，两个用电高峰期分别处于8∶00～12∶00、14∶00～16∶00，具有典型的运行生产用电特性。图5中联重科用电季节性对比图6中联重科用电工作日、休息日对比中联重科尖期用电量、电费数据（2019年8月6日）如表3所示。由表3可知，中联重工尖期用电量占全天用电量的比例为10．6%，尖期用电电费占全天电费的比例为13．8%，尖期用电量和—11—电器与能效管理技术（2020No．5）?储能技术专题·综述·表3中联重科用电量、电费数据（2019年8月6日）参数尖期峰期平期谷期总量用电量/kWh37391547911260463935119电费单价/（元·kWh－1）0．80370．70370．55370．3537—电费/元3005．0310892．576234．671640．821773电费支出占比小。虽然其负荷曲线具有明显的峰谷特性，但是其用电集中在电价峰期、平期，配置储能的经济性不高。其负荷季节差异性较大，且工作日、节假日差异较大，自充自用情况下储能设备利用率低，投资回收期较长，经济性低。3．3非居民用户用电特性和储能可行性分析为分析典型非居民用户用电特性，选取湖南省湘雅医院（简称“湘雅医院”）进行用电特性分析。湘雅医院用电类型为非居民照明，接入电压为10kV。湘雅医院用电季节性对比及用电工作日、休息日对比分别如图7、图8所示。由图7、图8可知，湘雅医院季节性波动大，8月份用电负荷远高于其他月份，与长沙当地高温天气相关。同时，湘雅医院工作日用电负荷远高于节假日用电负荷，且用电负荷高峰一般出现在上午时段，与医院的具体工作时段有关。图7湘雅医院用电季节性对比湘雅医院用电量、电费数据（2019年8月6日）如表4所示。由表4可知，湘雅医院尖期用电量占全天用电量的比例为12．3%，尖期用电电费占全天电费的比例为16%，尖期用电量和电费支出占比小，虽然其负荷曲线具有峰谷特性，但是峰谷差较小，且用电集中在电价峰期、平期、谷期，配置储能的经济性不高。湘雅医院季节性差异较大，工作日、休息日差异较大，储能设备利用率低。图8湘雅医院用电工作日、休息日对比表4湘雅医院用电量、电费数据（2019年8月6日）参数尖期峰期平期谷期总量用电量/kWh31799818396876076440258840单价/（元·kWh－1）0．99270．89270．74270．5427—电费/元315667305751068414831971763．4各类用户发展储能的可能性分析（1）工商业用户发展储能的可能性。工商业用户一般具有明显的峰谷特性，且用电一般集中在电价尖期、峰期，在所有用户类型中发展储能的可能性最高。但个别工商业用户存在季节性差异，在自储自用的情况下，发展储能的经济性不高。这些企业可以就近选取季节性互补企业进行组合，如夏季用电负荷大的企业可以与冬季用电负荷大的企业合作，从而提高储能设备利用率，增加用户侧储能收益。当储能政策逐步完善后，如果用户侧放电能够上网，可以将储能作为一项独立盈利业务，按照较大负荷需求匹配容量，低谷时正常峰谷充电，返送电网。（2）大工业用户发展储能的可能性。大工业用户一般分为两种：第一种负荷具有明显峰谷特性；第二类负荷不具有峰谷特性。对于负荷不具有峰谷特性的大工业用户，其尖期用电量和电费占比较小，发展储能的可行性不高。对于具有峰谷特性的大工业用户，如果其用电量主要集中在电价尖期、峰期，则该类用户具有配置储能的动力。总体来说，大工业用户的负荷普遍较高，小容量分布式储能无法满足其用电需求，配备大容量储能成本过高。在用户侧储能政策逐步完善后，大工业用户可投资储能，通过峰谷套利、辅助服务—21—·综述·?储能技术专题电器与能效管理技术（2020No．5）补偿、电价政策优惠实现自盈利的可能。（3）非居民用户发展储能的可能性。执行非居民电价的用户主体负荷通常具有明显峰谷特性，但是其用电量主要集中在电价峰期、平期。同时，用户季节负荷差异较大，工作日、节假日负荷也存在较大差值，如果配备用户侧储能，储能设施利用率不高，储能发展可行性低。（4）居民用户发展储能的可能性。执行居民电价的学校、个人负荷具有明显的峰谷特性，且用电量主要集中在电价尖期、峰期，具有很大的储能配置潜力。但是目前居民用户采用统一电价制度，无法通过峰谷套利，暂时发展储能的可能性较小。4结语政府和相关部门应鼓励用户侧储能发展，规范用户侧储能管理。对用户侧储能发展的主要建议如下：（1）整合汇聚本地目标和网侧汇聚应用目标，将分布式储能的无序、自主运行整合成接受统一控制或调度。整合已有储能资源，提前规划布局用户侧储能发展规模。如采用云储能、虚拟电厂、负荷聚集商等模型对用户侧储能进行整合、汇聚和管理。（2）制定相关技术规范。考虑用户侧储能不同接入电压等级的功率和容量、安装地址条件、运行检修标准、计费交易方式以及参与主体资质等，制定规范、统一的技术规范，从而有利于用户侧储能的汇聚与管理。（3）建立储能统一监控系统。用户侧储能系统接入电网后，可与电网侧储能一同监控，建立云监控系统，实现储能系统的远程监测、运行控制、能量管理，保证储能电站安全运行。（4）开放电力辅助服务市场，加大政策补贴。配合政府机构，制定合理的储能充放电价政策，出台相关的储能参与电力辅助服务市场的规定和补贴细则，引导用户侧储能的健康发展。其补贴细则可根据储能的接入容量、充放电时间等进行具体制定。【参考文献】［1］岳芬．全视角解读分布式储能全球发展现状，研判未来趋势［J］．电器工业，2019（12）：38-43．［2］前瞻产业研究院．2019年储能电站行业市场规模与未来发展前景［J］．电器工业，2019（12）：44-50．［3］刘英军，刘畅，王伟，等．储能发展现状与趋势分析［J］．中外能源，2017，22（4）：80-88．［4］元博．用户侧储能盈利仍有不确定性发展应借助“互联网思维”［N］．中国能源报，20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