浅谈用电企业配建电化学储能电站的规划方案

1研究背景及意义

1.1 研究背景

电化学储能是通过电化学反应储存电能的技术,也是应用最广泛的新型储能技术之一。与压缩空气储能、飞轮、超级电容等其他储能技术路线相比,锂离子电池储能系统能量密度较高,响应速度适中,适用范围广,且更易于量产、安装和运维,已实现大规模商业应用。而钠离子电池、液流电池等电化学储能技术正在逐渐实现应用突破, 目前市场占比很小。2023年,中国新增投运新型储能项目装机规模21.5GW/46.6 GW.h,功率和能量规模同比增长均超150%,三倍于2022年新增投运规模水平,并且首次超过抽水蓄能新增投运近四倍之多。从技术路线来看,锂电占比进一步提高,从2022年的94%增长至2023年的97%[1]。在电力市场化改革背景下,全国工商业分时电价政策覆盖率已达95%以上。国家发改委2021年发布的《关于进一步完善分时电价机制的通知》合理拉大了峰谷电价价差,有利于引导用户在电力系统低谷时段多用电,并为新型储能发展创造了更大空间[2]。另外,截至2023年第三季度,全国已有23个省份出台储能参与需求侧响应实施细则,其中江苏、广东等地的市场化响应补偿标准达到3~5元.(kW.h)—1.次—1。据中国电力企业联合会统计,工商业用户通过储能系统实现的平均度电成本降幅达18%~25%。江苏2025年6月开始执行的电价政策《省发展改革委关于优化工商业分时电价结构促进新能源消纳降低企业用电成本支持经济社会发展的通知》(苏发改价格发(2025〕426号)直接降低了工商业用户的用电成本,同时缩小了峰谷价差。江苏省的电价比由峰谷4.2:1、平谷2.4:1降低至峰谷2.5:1、平谷1.6:1,电化学储能电站的收益虽大幅减少,但仍是企业降本增效的重要选项之一。

1.2 研究意义

在锂电储能技术成熟和峰谷电价差巨大的背景下,企业配建储能电站可创造三重价值:

1)直接经济收益(以江苏为例):峰谷套利空间约0.58元/(kw.h),平谷套利空间约0.25元/(kw.h)。需求侧响应收益3元/(kw.h)(不含响应速度系数)。

2)实现动态扩容:降低变压器峰值负载率20%~50%。

3)绿色转型加分:助力企业ESG评级提升。

2储能系统容量配置方法

储能的主要收益方式是峰谷、峰平的价差套利[3],为实现收益最大化,在配置容量时应当确保储能电池在一年内大部分日期能满充满放,因此需要对企业的用电情况进行以下几个方面的分析:1)用电企业电费的计价方式;2)企业在一个年度内的分月用电规律;3)日用电负荷在峰、平、谷三个时段的规律;

4)企业的生产经营状况和中长期建设规划[4]。

2.1电费计价方式

工商业用电分为单一制和两部制两类。单一制适用于用电量小的工商户,没有峰谷价差,不在本文讨论范围。两部制指电费由基本电费和电度电费两部分构成,其中基本电费由用户 自选按容量电价或需量电价计费,电度电费按实际用电量计算,峰、平、谷三个时段的电费单价不同。当用户采用需量计费时,需注意储能系统充电时在电费计量点的最大功率不得超过月度的最大功率,也就是说不增加需量电费;采用容量计费时,需注意储能系统充电时电费计量点的最大功率不得超过变压器总容量。

2.2 用电负荷规律对容量的限值

储能系统在充电时作为负载,将增加变电所该时刻的总用电功率。当企业基本电费采用需量计费时,高峰时段用电的最大功率需明显大于平时和谷时,才具有建设储能电站的经济价值。如果企业的日最大功率出现在谷时,储能系统充电功率会直接产生基本电费,显著降低峰谷套利的收益。因此,宜做储能的日负荷曲线,形态应当与峰、平、谷时段电价对比图类似。2025年江苏省发改委发布《省发展改革委关于优化工商业分时电价结构促进新能源消纳降低企业用电成本支持经济社会发展的通知》(苏发改价格发(2025〕426号),2025年6月1日起执行的分时时段及电价如图1、图2所示,以春秋季节为例,为进一步提高收益一般采用两充两放的方式,即谷时02:00—06:00充电,平时06:00—10:00放电,谷时10:00—14:00充电,峰时15:00—22:00放电,其余时段不充不放。

一年的日负荷数据量非常大,作为用电企业很难做到全面分析,从规划方案的角度可以先分析年用电负荷规律,挑选有代表性的月份再做详细分析,减少计算量。

2.2.1年用电负荷分析

分析企业年用电负荷是为了快速找到计算储能容量有代表性的月份,对于间歇性生产的企业这项工作尤其重要,因为企业往往会呈现出季节等因素造成的用电量大月和小月。以某企业分月用电量折线图为例(图3),可以看出2月用电量最低,8月用电量最高,可重点查看用电量最低月份和最高月份的日用电情况进行容量分析,其他月份抽取少量样本作为验证。月用电量情况应当以供电公司的《电费核查联》作为数据来源。

2.2.2 日用电负荷分析和容量计算模型

日用电负荷可以从企业变电所的抄表系统获取,也可以到当地供电公司申请调取每15min的日负荷数据或从网上国网APP查询。分析日负荷情况时,需要计算和筛选以下数据以便做进一步分析:

P峰:“峰”时段平均功率,kW;

P平:“平”时段(上午)的平均功率,kW;

P谷1:“谷”时段(凌晨)的平均功率,kW;

P谷2:“谷”时段(中午)的平均功率,kW;

W平:“平”时段(上午)可消纳电量,kW.h;

W峰:“峰”时段可消纳电量,kW.h;

P最大需量:《电费核查联》中需量电费计算依据。

容量计算模型:

1)按凌晨的“谷”时充电,上午的“平”时放电计算储能系统额定容量C1为:

式中:Δt1为谷时4~6 h(春秋4 h、夏冬6 h);η为储能系统充放电效率(建议取80%~90%);DODmax为最大放电深度(取95%左右)。

2)按中午的“谷”时充电,峰时放电计算储能系统额定容量C2为:

式中:Δt2为谷时2~4 h(春秋4 h、夏冬2 h)。

3)确定容量:

每日用电情况都可以得到一组C1、C2 的计算容量,计算结果越多偏差越小。结合峰谷价差、峰平价差综合判断容量的最终取值。

4)实例计算:

图2所示某企业2月和8月用电参数如表1所示。

则2月的理论需求容量:

8月的理论需求容量:

由于2月用电量较中位数偏离较远,叠加中午“谷”时只有2h充电时间,因此计算容量较其余11个月明显偏低,综合考虑全年工况建议配置0.5MW/1MW.h储能系统,可以匹配市场上主流的261 kW.h储能柜4台。

2.3 中长期建设规划的影响

储能系统的初次投资非常大,一般回收期在4~8年,而以上分析计算都是基于近一年的用电情况,因此,在做电站的规划方案时需要综合考虑企业中长期发展趋势,如新增生产线挤占储能系统的充电容量,变更基本电费计费方式释放的储能容量,企业产能调整造成用电量大幅减少,电价政策中长期预测等情况。

3场地规划与改造方案

储能电站一般露天建设,通过电缆接入变电所现有供配电系统。电站选址宜靠近变电所,周边有道路、消防水接口,与周围建筑的距离根据企业建筑的性质参照相应防火规范的要求,场地有一定的预留空间便于储能系统扩容。占地与电站的接入方式相关,当采用低压接入时,以若干台储能柜为一组成组排列,周围留出2~3 m通道;当采用高压接入时,除了储能柜之外,还需配置一台PCS储能变流升压一体机,场地比低压接入时大几十平方米。

变电所的改造主要是考虑并网柜的安装位置和连接储能电站的电缆通道。并网柜与低压开关柜尺寸相同,是储能系统与供配电系统之间的关键接口设备,实现电能的双向转换。安装位置要求可参考《20 kv及以下变电所设计规范》《低压配电设计规范》中关于配电设备布置的相关内容。

4经济分析与运营模式

储能电站的建设投入主要包括设备费用、施工费用和运维费用,以10 MW.h储能电站为例,其建设费用在1 000万元以上。主要投资模式对比如表2所示。

储能电站的收益包括峰、平、谷电价差的套利收益和需求响应收益两部分。投资回收期受设备性能影响较大, 由于电化学储能的大规模商用主要从2023年开始,储能电池的技术发展日新月异, 目前还没有投资回收期的可靠数据。从用电企业的角度来看,由于储能电站从建设到运维的专业性非常强,且锂电池具有火灾爆炸的安全风险,采用EMC模式较为适宜。

5相关规范和业务流程

国内电化学储能电站的建设处于起步阶段,政策法规还在不断修订和完善,可参考的规范主要有GB51048—2014《电化学储能电站设计规范》、GB/T36276—2023《电力储能用锂离子电池》、GB55037—2022《建筑防火通用规范》等。用电企业配建的储能电站需要进行备案和供电公司的设计审查、验收,安全“三同时”和消防验收由于各地政策不同需要咨询当地的应急部门。

6 结论与建议

电化学储能电站可为企业创造显著经济效益,但需注意:

1)政策敏感性:关注分时电价和时段调整的风险;

2)技术选型:优先选用循环寿命>6 000次的磷酸铁锂电池;

3)运营优化:结合AI预测算法动态调整充放电策略。

建议用电企业优先采用EMC模式引入投资方建设储能电站,以较低的风险直接分享收益。如果企业自身有较强的运维能力,可采用“EMC+自投”混合模式,首期由服务商投资,在企业熟悉运维管理和维修保障后与投资方协商回购设备所有权,实现风险收益平衡。

[参考文献]

[1] 中国能源研究会储能专委会,中关村储能产业技术联盟(CNESA).储能产业研究白皮书2024(摘要版)[R],2024.

[2] 国家发展改革委.国家发展改革委关于进一步完善分时电价机制的通知:发改价格〔2021〕1093号[A].

[3]王书锋.考虑用户侧用电需求的电力系统储能电站容量规划方法[J].电力设备管理,2025(1):253-255.

[4]周昌平,叶任时,刘智超.工商业储能多场景优化配置与经济效益动态评估[J].电气应用,2025,44(1):43-50.

《机电信息》2025年第19期第8篇