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“雙碳”目標(biāo)下面向新能源消納場景的共享儲能綜合評價

邱偉強1，王茂春2，林振智1，楊莉1，王蓮芳2，孫劍影2

（1. 浙江大學(xué) 電氣工程學(xué)院；2. 國網(wǎng)青海省電力公司）

摘要

在“雙碳”目標(biāo)的驅(qū)動下，共享儲能作為結(jié)合儲能技術(shù)與共享經(jīng)濟理念的一類新型商業(yè)模式，有潛力在新能源消納場景中發(fā)揮重要的作用。但是，如何評價共享儲能商業(yè)模式的發(fā)展運營狀況，目前仍缺少統(tǒng)一的評價標(biāo)準(zhǔn)與方法。為此，首先分析了新能源消納場景中共享儲能商業(yè)模式的基本要素，設(shè)計了共享儲能綜合評價指標(biāo)體系，并詳細概述了指標(biāo)體系中各指標(biāo)的定義與內(nèi)涵；然后，利用模糊層次分析法進行指標(biāo)賦權(quán)，通過設(shè)計目標(biāo)方案，采用改進逼近理想解排序法，實現(xiàn)了不同評價方案間的橫向?qū)Ρ仍u價以及評價方案與目標(biāo)方案間的縱向?qū)Ρ仍u價；最后，以某共享儲能交易試點的實際數(shù)據(jù)為算例，分析驗證了所設(shè)計指標(biāo)體系能夠有效反映共享儲能的運營狀況以及存在的問題和變化趨勢。

1、研究背景

隨著推進低碳戰(zhàn)略、發(fā)展低碳經(jīng)濟已經(jīng)成為世界各國發(fā)展的大趨勢，我國提出“二氧化碳排放力爭2030年前達到峰值，力爭2060年前實現(xiàn)碳中和”的目標(biāo)（下文簡稱為“雙碳”目標(biāo)）。在“雙碳”目標(biāo)的驅(qū)動下，共享儲能作為結(jié)合儲能技術(shù)與共享經(jīng)濟理念的一類新型商業(yè)模式，能夠激活閑置儲能資源，提升儲能資源利用率，有潛力在新能源消納場景中發(fā)揮重要的作用。但是，如何評價共享儲能商業(yè)模式的發(fā)展運營狀況，目前仍缺少統(tǒng)一的評價標(biāo)準(zhǔn)與方法。

2、整體研究思路及創(chuàng)新點

首先，分析了“雙碳”目標(biāo)下面向新能源消納場景的共享儲能的運行機理與特點，并根據(jù)發(fā)展態(tài)勢與市場狀態(tài)2個基本評價要素，設(shè)計了共享儲能綜合評價指標(biāo)體系；然后，采用模糊層次分析法（FAHP）進行指標(biāo)賦權(quán)，充分考慮賦權(quán)專家的主觀能動性以及指標(biāo)重要度比較過程中的模糊性；最后，采用改進逼近理想解排序法（ITOPSIS）進行綜合評價，通過引入目標(biāo)方案，不僅能夠進行不同評價方案之間的橫向?qū)Ρ仍u價，還可以實現(xiàn)評價方案與目標(biāo)方案之間的縱向?qū)Ρ仍u價，為決策者發(fā)展共享儲能、助力實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)提供更加豐富的信息。

3、“雙碳”目標(biāo)下面向新能源消納場景的共享儲能商業(yè)模式

提高新能源消納水平是實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要途徑，同時也是現(xiàn)階段共享儲能商業(yè)模式最具發(fā)展?jié)摿εc落地條件的應(yīng)用場景之一。面向新能源消納場景的共享儲能典型框架如圖1所示。共享儲能設(shè)施能夠與新能源場站在共享儲能市場中進行交易，交易標(biāo)為棄電期間儲能資源的使用權(quán)。當(dāng)達成交易的新能源場站發(fā)生棄電時，共享儲能設(shè)施將根據(jù)交易結(jié)果存儲棄電量。當(dāng)電網(wǎng)處于負荷高峰或低發(fā)電出力時段時，共享儲能設(shè)施將根據(jù)調(diào)度指令釋放所存儲的電量，完成棄電量的時空平移，實現(xiàn)該部分新能源電量的消納。


圖1 面向新能源消納場景的共享儲能典型框架

4、共享儲能綜合評價指標(biāo)體系

考慮到相關(guān)部門決策者存在對于共享儲能進行宏觀調(diào)控與推廣的需求，亟需構(gòu)建能夠全面評價新能源消納場景中共享儲能發(fā)展與運營狀況的綜合評價指標(biāo)體系。共享儲能的發(fā)展?fàn)顩r實際上是指商業(yè)模式的發(fā)展?fàn)顟B(tài)與形勢，即發(fā)展態(tài)勢，包含收益情況、投資回報率、資源配置狀態(tài)與社會效益等多個方面。此外，共享儲能的運營需要市場作為儲能資源共享的媒介，將共享儲能市場的運營狀況定義為市場狀態(tài)。因此，以“雙碳”目標(biāo)下新能源消納場景的共享儲能發(fā)展與運營狀況為評價對象，包含發(fā)展態(tài)勢和市場狀態(tài)2類子目標(biāo)，并且選取3層指標(biāo)框架結(jié)構(gòu)，構(gòu)建共享儲能綜合評價指標(biāo)體系如圖2所示。


圖2 共享儲能綜合評價指標(biāo)體系

5、基于FAHP與ITOPSIS的共享儲能綜合評價方法

評價指標(biāo)體系具有多層次、多指標(biāo)的特點，本文基于FAHP與ITOPSIS提出了共享儲能綜合評價指標(biāo)體系的決策分析方法。采用FAHP進行賦權(quán)一方面可以充分發(fā)揮專家的主動能動性，另一方面可以通過模糊數(shù)反映專家在賦權(quán)過程中的模糊不確定性。

傳統(tǒng)的逼近理想解排序法TOPSIS一般用于多個備選評價方案的選優(yōu)決策，正理想解圖片與負理想解圖片將從備選評價方案中選擇。由于共享儲能的綜合評價并不限于多個評價周期之間的相對優(yōu)劣，決策者可能更關(guān)心現(xiàn)階段共享儲能狀態(tài)與目標(biāo)狀態(tài)間的差距。因此，本文充分考慮決策者對共享儲能的發(fā)展期望，設(shè)計目標(biāo)方案，將其作為評價過程的參考基準(zhǔn)，形成ITOPSIS方法，實現(xiàn)評價周期內(nèi)共享儲能狀態(tài)與所設(shè)計目標(biāo)狀態(tài)間的縱向?qū)Ρ?。此時，指標(biāo)的正理想解與負理想解可以分別表示為：


然后，采用極差變換對各類型指標(biāo)進行規(guī)范化，計算各評價方案與正、負理想方案之間的歐氏距離以及相對貼近度，實現(xiàn)對于共享儲能的綜合評價。

6、算例分析

本文以青海省某共享儲能交易試點為算例進行仿真分析，以驗證所提共享儲能綜合評價指標(biāo)體系的可行性與適用性。本文評估的算例數(shù)據(jù)來源于青海省共享儲能交易試點12個典型月的交易數(shù)據(jù)，包括供應(yīng)商／需求商主體數(shù)據(jù)、價格申報數(shù)據(jù)、雙邊交易電量數(shù)據(jù)、電網(wǎng)調(diào)用電量數(shù)據(jù)。

根據(jù)算例數(shù)據(jù)得到基礎(chǔ)指標(biāo)數(shù)值，可以發(fā)現(xiàn)：現(xiàn)階段青海省共享儲能資源全部用于消納新能源電量，能夠帶來顯著的二氧化碳減排效益。但是，現(xiàn)階段的青海省共享儲能的規(guī)模與滿足新能源消納需求規(guī)模之間還存在較大的差距。在市場狀態(tài)方面，新能源場站的活躍度較低，主要受到電網(wǎng)調(diào)用儲能調(diào)峰價格較高與青海省潮流斷面嚴(yán)重受限兩方面的影響。電網(wǎng)調(diào)用成為現(xiàn)階段占據(jù)主導(dǎo)地位的共享儲能交易方式，市場的資源優(yōu)化配置作用無法得到充分發(fā)揮。

然后，采用基于FAHP與ITOPSIS的決策分析方法對算例進行綜合評價。本文參照“雙碳”目標(biāo)，假設(shè)青海省共享儲能的發(fā)展存在遠景目標(biāo)與短期目標(biāo)。遠景目標(biāo)與短期目標(biāo)下評價方案的相對貼近度如圖3所示。


圖3 基于ITOPSIS的不同目標(biāo)下總目標(biāo)層的相對貼近度

由圖可知，在12個典型月數(shù)據(jù)形成的評價方案中，評價方案1的相對貼近度最高，說明典型月1的共享儲能狀態(tài)在全部典型月中與目標(biāo)方案最為接近，但是仍存在較大的差距，而評價方案5的相對貼近度最低。ITOPSIS通過設(shè)計目標(biāo)方案不僅可以進行各評價方案之間的橫向?qū)Ρ仍u價，還能夠?qū)崿F(xiàn)評價方案與目標(biāo)方案之間的縱向?qū)Ρ仍u價。

7、結(jié)論

本文立足于共享儲能的商業(yè)模式需兼顧產(chǎn)業(yè)發(fā)展與市場運營的特點，充分考慮“雙碳”目標(biāo)下共享儲能的應(yīng)用場景與價值，構(gòu)建了面向新能源消納場景的共享儲能綜合評價指標(biāo)體系，并采用基于FAHP和ITOPSIS的綜合評價方法，對青海省共享儲能交易試點進行了評價研究，所得結(jié)論如下。

1）本文構(gòu)建的評價指標(biāo)體系、權(quán)重賦值方案以及綜合評價方法能夠在考慮共享儲能不同階段發(fā)展目標(biāo)的條件下，對新能源消納場景的共享儲能發(fā)展與運營狀況進行量化分析與比較，進而為宏觀調(diào)控政策的制定、激勵考核機制的設(shè)計和市場交易規(guī)則的修訂提供參考。

2）基于青海省共享儲能交易試點數(shù)據(jù)，驗證了共享儲能商業(yè)模式在新能源消納場景下的可行性，表明其能夠以產(chǎn)生低碳效益的方式助力“雙碳”目標(biāo)的實現(xiàn)。但分析評價結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段青海省共享儲能的發(fā)展與運營狀況仍與目標(biāo)方案之間有著較大的差距：共享儲能的資源規(guī)模較小，雙邊交易電量比例較低，市場活躍度與競爭性不足。未來青海省可以在提高共享儲能的資源利用率、研究平衡合理收益與市場活躍的價格機制、設(shè)計形式多樣的盈利模式以及制定市場的準(zhǔn)入與激勵政策等方面進行探索。

下一步將研究將共享儲能商業(yè)模式在“雙碳”目標(biāo)各關(guān)鍵時間節(jié)點的發(fā)展與運營狀況映射至目標(biāo)方案指標(biāo)數(shù)值的方法，進一步提升本文所提方法的實用性。

原標(biāo)題：“雙碳”目標(biāo)下面向新能源消納場景的共享儲能綜合評價