一种创新的能源存储经济性评估方法，该方法利用电价与建筑需求之间的不匹配特性来进行分析

《Journal of Energy Storage》：An innovative assessment methodology for energy storage economics using mismatch characteristic between electricity price and building demand

本文提出衡量电力定价与建筑用电需求不匹配的系数α，分析其如何影响储能经济性。研究表明，两种典型峰谷电价下α从0.79增至1.02，光伏渗透率提高至0.4时，过渡季α达1.18，储能收益显著提升。方法涵盖建筑能耗模型、电池优化策略及多场景评估，为不同政策下储能部署提供量化框架。

　　

罗子怡|张吉|李浩|刘晓晨|张涛|刘晓华|陈琦

清华大学建筑科学系，北京，100084，中国

摘要

能源存储在解决可再生能源发电与建筑电力需求不匹配问题中起着关键作用。然而，其部署往往受到经济可行性的限制，而经济可行性又受到当地电价政策的显著影响。本文提出了一种评估能源存储经济可行性的方法，通过量化电价与建筑电力需求之间的不匹配程度来实现。研究结果表明，在两种典型的分时（TOU）电价方案下，不匹配系数α从0.79增加到1.02，导致年最大经济效益（AEB）从5.6%增加到10.6%，这一增长既得益于峰谷（P-V）套利，也得益于容量费用的降低。峰谷能量比和峰谷电价差被认为是加剧电价-需求不匹配的关键因素。分布式光伏（PV）渗透率的提高进一步改变了建筑的净负荷特性。当PV渗透率从0增加到0.4时，过渡季节的不匹配系数α从0.99上升到1.18，同时能源存储的经济性能也得到提升。所提出的方法为在不同电价方案和建筑条件下评估能源存储的经济可行性提供了定量框架，为电价政策制定和能源存储部署提供了参考。

术语表

命名法

Pt时间（h）S太阳辐照度（W/m2）EC^PV光伏安装容量（kW_e）Pe光伏渗透率（?）G光伏发电量（kWh）E电量（kWh）y布尔变量（?）EC^bat蓄电池容量（kWh）H维持放电时间（h）DOD放电深度（?）C^ele电价（CNY/kWh）Canbat

缩写
DR	需求响应
PV	光伏
TOU	分时
P-V	峰谷
Symbols
功率（kW）
蓄电池相对容量（h）
蓄电池年化折旧成本（CNY）

Cinv投资

方法论

本研究旨在基于电价与建筑电力需求之间的不匹配特性，评估建筑能源存储系统的经济效益。研究方法包括三个部分：建筑能源模型、电池优化策略和模型评估，如图1所示。我们在术语表中整理了所有公式中使用的符号。

结果

第3.1节统计了中国各城市的当前电价，并总结了两种典型的电价情况。分析了在两种电价下的响应行为以及不匹配对经济效益的影响。第3.2节分析了在匹配和不匹配电价下配电容量的影响，这会显著影响容量费用。第3.3节研究了峰谷能量比和峰谷电价差对不匹配及能源存储的影响。

讨论

上述结果基于一座典型的商业建筑，然而建筑能耗是影响α的关键因素，而α主要受建筑类型的影响。因此，本节讨论了不同类型建筑（商场、办公楼、酒店和工厂）的对比研究。

不同类型的建筑在小时、天和季节尺度上的电力需求特征各不相同，如图10所示。这四座建筑位于同一城市。

结论

本研究提出了一个不匹配系数，用于定量评估电价信号与建筑电力需求之间的不匹配程度，并研究了其在不同电价和光伏渗透率情景下对能源存储系统经济性能的影响。主要结论如下：

(1)

所提出的不匹配系数有效评估了能源存储的经济效益。对于两种典型的分时电价方案，α从0.79增加到1.02，

CRediT作者贡献声明

罗子怡：撰写——原始稿件、可视化、软件开发、方法论、数据分析、概念构建。张吉：撰写——审稿与编辑、可视化、监督、资源协调。李浩：可视化、数据管理。刘晓晨：监督、资金获取、概念构建。张涛：监督、资金获取、概念构建。刘晓华：监督、资源协调、项目管理、方法论制定、资金获取、概念构建。

利益冲突声明

我们声明与任何可能不当影响我们工作的个人或组织没有财务和个人关系，也没有任何形式的专业或其他个人利益涉及可能影响本文所述观点或手稿评审的任何产品、服务及/或公司。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金（项目编号：52278114和52394223）、中国科学技术协会青年精英科学家资助计划（项目编号：2023QNRC001）以及清华大学-建筑设计研究院建筑协同与智慧创造联合研究中心的支持。