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“雙碳”目標(biāo)下面向新能源消納場(chǎng)景的共享儲(chǔ)能綜合評(píng)價(jià)

邱偉強(qiáng)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(guó)網(wǎng)青海省電力公司）

摘要

在“雙碳”目標(biāo)的驅(qū)動(dòng)下，共享儲(chǔ)能作為結(jié)合儲(chǔ)能技術(shù)與共享經(jīng)濟(jì)理念的一類新型商業(yè)模式，有潛力在新能源消納場(chǎng)景中發(fā)揮重要的作用。但是，如何評(píng)價(jià)共享儲(chǔ)能商業(yè)模式的發(fā)展運(yùn)營(yíng)狀況，目前仍缺少統(tǒng)一的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)與方法。為此，首先分析了新能源消納場(chǎng)景中共享儲(chǔ)能商業(yè)模式的基本要素，設(shè)計(jì)了共享儲(chǔ)能綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并詳細(xì)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(jìn)行指標(biāo)賦權(quán)，通過(guò)設(shè)計(jì)目標(biāo)方案，采用改進(jìn)逼近理想解排序法，實(shí)現(xiàn)了不同評(píng)價(jià)方案間的橫向?qū)Ρ仍u(píng)價(jià)以及評(píng)價(jià)方案與目標(biāo)方案間的縱向?qū)Ρ仍u(píng)價(jià)；最后，以某共享儲(chǔ)能交易試點(diǎn)的實(shí)際數(shù)據(jù)為算例，分析驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)指標(biāo)體系能夠有效反映共享儲(chǔ)能的運(yùn)營(yíng)狀況以及存在的問(wèn)題和變化趨勢(shì)。

1、研究背景

隨著推進(jìn)低碳戰(zhàn)略、發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)已經(jīng)成為世界各國(guó)發(fā)展的大趨勢(shì)，我國(guó)提出“二氧化碳排放力爭(zhēng)2030年前達(dá)到峰值，力爭(zhēng)2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和”的目標(biāo)（下文簡(jiǎn)稱為“雙碳”目標(biāo)）。在“雙碳”目標(biāo)的驅(qū)動(dòng)下，共享儲(chǔ)能作為結(jié)合儲(chǔ)能技術(shù)與共享經(jīng)濟(jì)理念的一類新型商業(yè)模式，能夠激活閑置儲(chǔ)能資源，提升儲(chǔ)能資源利用率，有潛力在新能源消納場(chǎng)景中發(fā)揮重要的作用。但是，如何評(píng)價(jià)共享儲(chǔ)能商業(yè)模式的發(fā)展運(yùn)營(yíng)狀況，目前仍缺少統(tǒng)一的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)與方法。

2、整體研究思路及創(chuàng)新點(diǎn)

首先，分析了“雙碳”目標(biāo)下面向新能源消納場(chǎng)景的共享儲(chǔ)能的運(yùn)行機(jī)理與特點(diǎn)，并根據(jù)發(fā)展態(tài)勢(shì)與市場(chǎng)狀態(tài)2個(gè)基本評(píng)價(jià)要素，設(shè)計(jì)了共享儲(chǔ)能綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系；然后，采用模糊層次分析法（FAHP）進(jìn)行指標(biāo)賦權(quán)，充分考慮賦權(quán)專家的主觀能動(dòng)性以及指標(biāo)重要度比較過(guò)程中的模糊性；最后，采用改進(jìn)逼近理想解排序法（ITOPSIS）進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，通過(guò)引入目標(biāo)方案，不僅能夠進(jìn)行不同評(píng)價(jià)方案之間的橫向?qū)Ρ仍u(píng)價(jià)，還可以實(shí)現(xiàn)評(píng)價(jià)方案與目標(biāo)方案之間的縱向?qū)Ρ仍u(píng)價(jià)，為決策者發(fā)展共享儲(chǔ)能、助力實(shí)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(chǎng)景的共享儲(chǔ)能商業(yè)模式

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


圖1 面向新能源消納場(chǎng)景的共享儲(chǔ)能典型框架

4、共享儲(chǔ)能綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

考慮到相關(guān)部門(mén)決策者存在對(duì)于共享儲(chǔ)能進(jìn)行宏觀調(diào)控與推廣的需求，亟需構(gòu)建能夠全面評(píng)價(jià)新能源消納場(chǎng)景中共享儲(chǔ)能發(fā)展與運(yùn)營(yíng)狀況的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。共享儲(chǔ)能的發(fā)展?fàn)顩r實(shí)際上是指商業(yè)模式的發(fā)展?fàn)顟B(tài)與形勢(shì)，即發(fā)展態(tài)勢(shì)，包含收益情況、投資回報(bào)率、資源配置狀態(tài)與社會(huì)效益等多個(gè)方面。此外，共享儲(chǔ)能的運(yùn)營(yíng)需要市場(chǎng)作為儲(chǔ)能資源共享的媒介，將共享儲(chǔ)能市場(chǎng)的運(yùn)營(yíng)狀況定義為市場(chǎng)狀態(tài)。因此，以“雙碳”目標(biāo)下新能源消納場(chǎng)景的共享儲(chǔ)能發(fā)展與運(yùn)營(yíng)狀況為評(píng)價(jià)對(duì)象，包含發(fā)展態(tài)勢(shì)和市場(chǎng)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(chǔ)能綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系如圖2所示。


圖2 共享儲(chǔ)能綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

5、基于FAHP與ITOPSIS的共享儲(chǔ)能綜合評(píng)價(jià)方法

評(píng)價(jià)指標(biāo)體系具有多層次、多指標(biāo)的特點(diǎn)，本文基于FAHP與ITOPSIS提出了共享儲(chǔ)能綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的決策分析方法。采用FAHP進(jìn)行賦權(quán)一方面可以充分發(fā)揮專家的主動(dòng)能動(dòng)性，另一方面可以通過(guò)模糊數(shù)反映專家在賦權(quán)過(guò)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(gè)備選評(píng)價(jià)方案的選優(yōu)決策，正理想解圖片與負(fù)理想解圖片將從備選評(píng)價(jià)方案中選擇。由于共享儲(chǔ)能的綜合評(píng)價(jià)并不限于多個(gè)評(píng)價(jià)周期之間的相對(duì)優(yōu)劣，決策者可能更關(guān)心現(xiàn)階段共享儲(chǔ)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(duì)共享儲(chǔ)能的發(fā)展期望，設(shè)計(jì)目標(biāo)方案，將其作為評(píng)價(jià)過(guò)程的參考基準(zhǔn)，形成ITOPSIS方法，實(shí)現(xiàn)評(píng)價(jià)周期內(nèi)共享儲(chǔ)能狀態(tài)與所設(shè)計(jì)目標(biāo)狀態(tài)間的縱向?qū)Ρ?。此時(shí)，指標(biāo)的正理想解與負(fù)理想解可以分別表示為：


然后，采用極差變換對(duì)各類型指標(biāo)進(jìn)行規(guī)范化，計(jì)算各評(píng)價(jià)方案與正、負(fù)理想方案之間的歐氏距離以及相對(duì)貼近度，實(shí)現(xiàn)對(duì)于共享儲(chǔ)能的綜合評(píng)價(jià)。

6、算例分析

本文以青海省某共享儲(chǔ)能交易試點(diǎn)為算例進(jìn)行仿真分析，以驗(yàn)證所提共享儲(chǔ)能綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的可行性與適用性。本文評(píng)估的算例數(shù)據(jù)來(lái)源于青海省共享儲(chǔ)能交易試點(diǎn)12個(gè)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(jià)格申報(bào)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(chǔ)能資源全部用于消納新能源電量，能夠帶來(lái)顯著的二氧化碳減排效益。但是，現(xiàn)階段的青海省共享儲(chǔ)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(chǎng)狀態(tài)方面，新能源場(chǎng)站的活躍度較低，主要受到電網(wǎng)調(diào)用儲(chǔ)能調(diào)峰價(jià)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(chǔ)能交易方式，市場(chǎng)的資源優(yōu)化配置作用無(wú)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(duì)算例進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。本文參照“雙碳”目標(biāo)，假設(shè)青海省共享儲(chǔ)能的發(fā)展存在遠(yuǎn)景目標(biāo)與短期目標(biāo)。遠(yuǎn)景目標(biāo)與短期目標(biāo)下評(píng)價(jià)方案的相對(duì)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(duì)貼近度

由圖可知，在12個(gè)典型月數(shù)據(jù)形成的評(píng)價(jià)方案中，評(píng)價(jià)方案1的相對(duì)貼近度最高，說(shuō)明典型月1的共享儲(chǔ)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(píng)價(jià)方案5的相對(duì)貼近度最低。ITOPSIS通過(guò)設(shè)計(jì)目標(biāo)方案不僅可以進(jìn)行各評(píng)價(jià)方案之間的橫向?qū)Ρ仍u(píng)價(jià)，還能夠?qū)崿F(xiàn)評(píng)價(jià)方案與目標(biāo)方案之間的縱向?qū)Ρ仍u(píng)價(jià)。

7、結(jié)論

本文立足于共享儲(chǔ)能的商業(yè)模式需兼顧產(chǎn)業(yè)發(fā)展與市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)的特點(diǎn)，充分考慮“雙碳”目標(biāo)下共享儲(chǔ)能的應(yīng)用場(chǎng)景與價(jià)值，構(gòu)建了面向新能源消納場(chǎng)景的共享儲(chǔ)能綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并采用基于FAHP和ITOPSIS的綜合評(píng)價(jià)方法，對(duì)青海省共享儲(chǔ)能交易試點(diǎn)進(jìn)行了評(píng)價(jià)研究，所得結(jié)論如下。

1）本文構(gòu)建的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系、權(quán)重賦值方案以及綜合評(píng)價(jià)方法能夠在考慮共享儲(chǔ)能不同階段發(fā)展目標(biāo)的條件下，對(duì)新能源消納場(chǎng)景的共享儲(chǔ)能發(fā)展與運(yùn)營(yíng)狀況進(jìn)行量化分析與比較，進(jìn)而為宏觀調(diào)控政策的制定、激勵(lì)考核機(jī)制的設(shè)計(jì)和市場(chǎng)交易規(guī)則的修訂提供參考。

2）基于青海省共享儲(chǔ)能交易試點(diǎn)數(shù)據(jù)，驗(yàn)證了共享儲(chǔ)能商業(yè)模式在新能源消納場(chǎng)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(shí)現(xiàn)。但分析評(píng)價(jià)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段青海省共享儲(chǔ)能的發(fā)展與運(yùn)營(yíng)狀況仍與目標(biāo)方案之間有著較大的差距：共享儲(chǔ)能的資源規(guī)模較小，雙邊交易電量比例較低，市場(chǎng)活躍度與競(jìng)爭(zhēng)性不足。未來(lái)青海省可以在提高共享儲(chǔ)能的資源利用率、研究平衡合理收益與市場(chǎng)活躍的價(jià)格機(jī)制、設(shè)計(jì)形式多樣的盈利模式以及制定市場(chǎng)的準(zhǔn)入與激勵(lì)政策等方面進(jìn)行探索。

下一步將研究將共享儲(chǔ)能商業(yè)模式在“雙碳”目標(biāo)各關(guān)鍵時(shí)間節(jié)點(diǎn)的發(fā)展與運(yùn)營(yíng)狀況映射至目標(biāo)方案指標(biāo)數(shù)值的方法，進(jìn)一步提升本文所提方法的實(shí)用性。

原標(biāo)題：“雙碳”目標(biāo)下面向新能源消納場(chǎng)景的共享儲(chǔ)能綜合評(píng)價(jià)