储能系统参与能源与备用市场时建模假设对经济性能评估的影响研究

推荐：本研究针对电池储能系统(BESS)参与日前(DA)和频率控制备用(FCR)市场时存在的建模简化问题，通过量化分析运行效率恒定、运行阶段不确定性忽略和老化效应后评估等三大假设的影响，发现简化模型会导致全生命周期利润被高估30%（极端情况超60%），并提出考虑功率-能量比为1或0.5的系统最具经济性，为储能投资决策提供了关键方法论。

　　

随着可再生能源占比提升，电力系统对灵活性资源的需求激增，电池储能系统(BESS)因其快速响应特性成为参与能源与辅助服务市场的理想选择。然而在投资决策阶段，现有研究普遍存在三大建模简化：恒定运行效率、忽略实时运行不确定性、以及将老化效应作为后评估项，这些假设可能导致经济性评估严重偏离实际。法国格勒诺布尔阿尔卑斯大学（Université Grenoble Alpes）G2Elab实验室的Ahmed Mohamed团队在《Journal of Energy Chemistry》发表的研究，首次系统量化了这些假设对BESS全生命周期收益的影响。

研究采用法国2021年实际市场数据，构建了包含日前市场竞价、FCR容量预留和实时频率响应的多时间尺度模型。关键技术包括：1）基于历史价格和频率数据的反向预测法生成运行场景；2）线性化处理变效率曲线（R²=0.875）；3）通过月能量交换量（E_m^exch）代理老化效应；4）净现值(NPV)模型量化20年经济性。

研究结果显示：在运行效率方面，频率偏差95%时间低于0.05Hz导致BESS长期处于低负载运行（<25%额定功率），忽略效率曲线会使1MW/1MWh系统收益高估23%。在不确定性方面，采用简单预测（DA误差38%，FCR误差51%）仍能获取理论最优收益的90%，但需通过实时SoC校正避免惩罚（法国TSO规定未履约罚金为容量价格5倍）。最关键的发现来自老化模型——当功率能量比为1:1时，考虑老化代理（α=50）可使10MW系统NPV提升至667万欧元（投资回收期4年），而不控制使用强度（α=0）时需2次更换电池且NPV降至175万欧元。

这项研究颠覆了传统储能经济评估范式，证明：1）仅参与FCR市场时，能量容量超过6小时即无经济价值（因15分钟备用规则限制）；2）耦合DA市场可通过能量套利维持SoC，使FCR收益提升57%；3）最优功率能量比（0.5-1小时）由频率偏差统计特性决定。该成果为储能投资者提供了规避"模型乐观陷阱"的方法论框架，其线性化老化代理模型尤其适用于长期规划问题，未来可扩展应用于氢储能等其他灵活性资源评估。