“双碳”目标下面向新能源消纳场景的共享储能综合评价

邱伟强1，王茂春2，林振智1，杨莉1，王莲芳2，孙剑影2

（1. 浙江大学 电气工程学院；2. 国网青海省电力公司）

摘要

在“双碳”目标的驱动下，共享储能作为结合储能技术与共享经济理念的一类新型商业模式，有潜力在新能源消纳场景中发挥重要的作用。但是，如何评价共享储能商业模式的发展运营状况，目前仍缺少统一的评价标准与方法。为此，首先分析了新能源消纳场景中共享储能商业模式的基本要素，设计了共享储能综合评价指标体系，并详细概述了指标体系中各指标的定义与内涵；然后，利用模糊层次分析法进行指标赋权，通过设计目标方案，采用改进逼近理想解排序法，实现了不同评价方案间的横向对比评价以及评价方案与目标方案间的纵向对比评价；最后，以某共享储能交易试点的实际数据为算例，分析验证了所设计指标体系能够有效反映共享储能的运营状况以及存在的问题和变化趋势。

1、研究背景

随着推进低碳战略、发展低碳经济已经成为世界各国发展的大趋势，我国提出“二氧化碳排放力争2030年前达到峰值，力争2060年前实现碳中和”的目标（下文简称为“双碳”目标）。在“双碳”目标的驱动下，共享储能作为结合储能技术与共享经济理念的一类新型商业模式，能够激活闲置储能资源，提升储能资源利用率，有潜力在新能源消纳场景中发挥重要的作用。但是，如何评价共享储能商业模式的发展运营状况，目前仍缺少统一的评价标准与方法。

2、整体研究思路及创新点

首先，分析了“双碳”目标下面向新能源消纳场景的共享储能的运行机理与特点，并根据发展态势与市场状态2个基本评价要素，设计了共享储能综合评价指标体系；然后，采用模糊层次分析法（FAHP）进行指标赋权，充分考虑赋权专家的主观能动性以及指标重要度比较过程中的模糊性；最后，采用改进逼近理想解排序法（ITOPSIS）进行综合评价，通过引入目标方案，不仅能够进行不同评价方案之间的横向对比评价，还可以实现评价方案与目标方案之间的纵向对比评价，为决策者发展共享储能、助力实现“双碳”目标提供更加丰富的信息。

3、“双碳”目标下面向新能源消纳场景的共享储能商业模式

提高新能源消纳水平是实现“双碳”目标的重要途径，同时也是现阶段共享储能商业模式最具发展潜力与落地条件的应用场景之一。面向新能源消纳场景的共享储能典型框架如图1所示。共享储能设施能够与新能源场站在共享储能市场中进行交易，交易标为弃电期间储能资源的使用权。当达成交易的新能源场站发生弃电时，共享储能设施将根据交易结果存储弃电量。当电网处于负荷高峰或低发电出力时段时，共享储能设施将根据调度指令释放所存储的电量，完成弃电量的时空平移，实现该部分新能源电量的消纳。


图1 面向新能源消纳场景的共享储能典型框架

4、共享储能综合评价指标体系

考虑到相关部门决策者存在对于共享储能进行宏观调控与推广的需求，亟需构建能够全面评价新能源消纳场景中共享储能发展与运营状况的综合评价指标体系。共享储能的发展状况实际上是指商业模式的发展状态与形势，即发展态势，包含收益情况、投资回报率、资源配置状态与社会效益等多个方面。此外，共享储能的运营需要市场作为储能资源共享的媒介，将共享储能市场的运营状况定义为市场状态。因此，以“双碳”目标下新能源消纳场景的共享储能发展与运营状况为评价对象，包含发展态势和市场状态2类子目标，并且选取3层指标框架结构，构建共享储能综合评价指标体系如图2所示。


图2 共享储能综合评价指标体系

5、基于FAHP与ITOPSIS的共享储能综合评价方法

评价指标体系具有多层次、多指标的特点，本文基于FAHP与ITOPSIS提出了共享储能综合评价指标体系的决策分析方法。采用FAHP进行赋权一方面可以充分发挥专家的主动能动性，另一方面可以通过模糊数反映专家在赋权过程中的模糊不确定性。

传统的逼近理想解排序法TOPSIS一般用于多个备选评价方案的选优决策，正理想解图片与负理想解图片将从备选评价方案中选择。由于共享储能的综合评价并不限于多个评价周期之间的相对优劣，决策者可能更关心现阶段共享储能状态与目标状态间的差距。因此，本文充分考虑决策者对共享储能的发展期望，设计目标方案，将其作为评价过程的参考基准，形成ITOPSIS方法，实现评价周期内共享储能状态与所设计目标状态间的纵向对比。此时，指标的正理想解与负理想解可以分别表示为：


然后，采用极差变换对各类型指标进行规范化，计算各评价方案与正、负理想方案之间的欧氏距离以及相对贴近度，实现对于共享储能的综合评价。

6、算例分析

本文以青海省某共享储能交易试点为算例进行仿真分析，以验证所提共享储能综合评价指标体系的可行性与适用性。本文评估的算例数据来源于青海省共享储能交易试点12个典型月的交易数据，包括供应商／需求商主体数据、价格申报数据、双边交易电量数据、电网调用电量数据。

根据算例数据得到基础指标数值，可以发现：现阶段青海省共享储能资源全部用于消纳新能源电量，能够带来显著的二氧化碳减排效益。但是，现阶段的青海省共享储能的规模与满足新能源消纳需求规模之间还存在较大的差距。在市场状态方面，新能源场站的活跃度较低，主要受到电网调用储能调峰价格较高与青海省潮流断面严重受限两方面的影响。电网调用成为现阶段占据主导地位的共享储能交易方式，市场的资源优化配置作用无法得到充分发挥。

然后，采用基于FAHP与ITOPSIS的决策分析方法对算例进行综合评价。本文参照“双碳”目标，假设青海省共享储能的发展存在远景目标与短期目标。远景目标与短期目标下评价方案的相对贴近度如图3所示。


图3 基于ITOPSIS的不同目标下总目标层的相对贴近度

由图可知，在12个典型月数据形成的评价方案中，评价方案1的相对贴近度最高，说明典型月1的共享储能状态在全部典型月中与目标方案最为接近，但是仍存在较大的差距，而评价方案5的相对贴近度最低。ITOPSIS通过设计目标方案不仅可以进行各评价方案之间的横向对比评价，还能够实现评价方案与目标方案之间的纵向对比评价。

7、结论

本文立足于共享储能的商业模式需兼顾产业发展与市场运营的特点，充分考虑“双碳”目标下共享储能的应用场景与价值，构建了面向新能源消纳场景的共享储能综合评价指标体系，并采用基于FAHP和ITOPSIS的综合评价方法，对青海省共享储能交易试点进行了评价研究，所得结论如下。

1）本文构建的评价指标体系、权重赋值方案以及综合评价方法能够在考虑共享储能不同阶段发展目标的条件下，对新能源消纳场景的共享储能发展与运营状况进行量化分析与比较，进而为宏观调控政策的制定、激励考核机制的设计和市场交易规则的修订提供参考。

2）基于青海省共享储能交易试点数据，验证了共享储能商业模式在新能源消纳场景下的可行性，表明其能够以产生低碳效益的方式助力“双碳”目标的实现。但分析评价结果可以发现，现阶段青海省共享储能的发展与运营状况仍与目标方案之间有着较大的差距：共享储能的资源规模较小，双边交易电量比例较低，市场活跃度与竞争性不足。未来青海省可以在提高共享储能的资源利用率、研究平衡合理收益与市场活跃的价格机制、设计形式多样的盈利模式以及制定市场的准入与激励政策等方面进行探索。

下一步将研究将共享储能商业模式在“双碳”目标各关键时间节点的发展与运营状况映射至目标方案指标数值的方法，进一步提升本文所提方法的实用性。

原标题：“双碳”目标下面向新能源消纳场景的共享储能综合评价