将可变可再生动力整合至电网体系面对严重应战与机会。电池储能体系（BESS）作为最具潜力的解决计划之一，可以供给调峰、负荷搬运、辅佐服务、要害负荷备用等多种功用。但是当时BESS的布置仍受限于其昂扬本钱（尽管持续坚持逐年下降趋势）以及监管应战，特别是针对其所供给各项服务的补偿机制问题。
在此布景下，本研讨考察了监管框架与商场鼓励机制，并评价了配备电池储能体系（BESS）的光伏电站运营与财务方针，以确认其在公用事业规划商场中的经济可行性。提出了一种两阶段电力体系本钱优化模型（BESS装置与运转阶段），该模型归纳考虑能量与备用容量分配、直流耦合电池装置以及现有太阳能电站的扩展包。此外，该模型根据System Advisor Model（SAM）软件完成的PV+BESS模仿，归入电池荷电状况与健康状况参数，以捕捉电池储能体系的非线性特性与退化行为。
该模型以智利电力体系为事例进行研讨，在电池储能体系（BESS）装置和直流太阳能容量扩展包阶段选用26节点网络，在运转阶段选用212节点网络，归纳考虑国家电网中最要害的节点，共包含311座太阳能电站和超过1000台发电机组。研讨模仿了多种情形，首要针对不同备用容量调用概率进行剖析。本研讨为光伏+电池储能电站如何有用融入动力商场供给了重要见地，重点探讨其经过参加频率控制备用容量服务来支持可再生动力技能更广泛使用的机制。
研讨结果标明，绝大多数电池储能体系(BESS)布置首要用于供给辅佐服务而非能量套利，且大多数光伏电站挑选扩展直流侧容量，经过这种隐性储能办法提高体系灵活性——因其本钱低于束缚级储能(BESS)。此外，电池设施的全国性散布特征标明，电力体系要完成最低本钱运转需要散布式储能架构，而非将储能会集布局于特定区域。此外，在考察的监管框架和补偿机制下，地理位置与太阳能资源对经济可行性的影响并不明显；独立体系运营商（ISO）倾向的解决计划对单个发电厂运营商（一般为电厂一切者）或许并非最优挑选；且电池衰减程度在不同电厂与情形下存在明显差异。因而，需结合会集式与独立视角开展详细研讨，以完成储能体系在电网中的有用布置。

引言

2012至2022年间，全球可再生动力发电量增加8.36%，而电力需求增幅达28.5%[1]。其间太阳能增速最快，全球占比达4.5%，在美国、我国、印度、巴西和智利等国家呈现明显扩展包（Expansion）态势，其占比提高17%[1]。
在此布景下，光伏动力因其模块化特性锋芒毕露，可完成从家庭用户到公用事业规划电厂的多层级布置。据猜测，到2027年其装机容量将超越煤炭[2]，然后巩固其作为脱碳要害技能和完成《巴黎协议》方针中心手法的地位[3]。但是，受气候与地理要素影响[4][5]，光伏发电具有动摇性和间歇性特征；加之小型电站的涣散式散布特性，以及相对于传统发电办法更低的体系惯性[5][6]，这些要素对电网稳定性、供电可靠性及电能质量构成了严峻应战。
光伏动力的奉献遭到输电拥塞和发电束缚的束缚[7]。高浸透率重塑了净负荷曲线，发生常规发电机组难以跟随的爬坡需求，往往导致弃光现象[8][9][10]。电网稳定性依赖于频率控制、电压调理等辅佐服务(AS)[11][12][13]，但当时针对低可再生动力浸透率规划的商场机制或许不再最优[11][14][15]。可变可再生动力（RES）增加了备用容量需求，甚至导致电价归零或呈现负值，凸显出商场规划调整的必要性[16][17][18]。为支持可再生动力并网，学界提出了需求响应、发电猜测、灵活发电及储能等多种措施[13]。其间，储能体系（ESS）在改进电能质量、保证需求侧供电可靠性、应急供电及削峰填谷方面发挥着要害作用[5][19][20]。为完成《巴黎协议》方针，全球储能容量到2030年有必要增加两倍[21][22]。在抽水蓄能[23]、储热[23][24]、超级电容器、飞轮及氢燃料电池[24]等技能中，电池储能体系（BESS）凭仗其灵活性、模块化特性及多性向服务才能锋芒毕露，成为大规划可再生动力并网最具吸引力的解决计划之一[5][25][26][27]。
尽管具有诸多优势，电池储能体系(BESS)的本钱仍高于其他技能[25][28]，这束缚了大规模使用。预计到2050年其本钱将下降21%–67%[29]，但监管应战依然存在，由于商场需要明确BESS在电能、容量和备用容量中的参加机制，并拟定合理的补偿计划。研讨标明，计入辅佐服务(AS)收益可提高BESS在欧洲商场的可行性[30][31]，但最终效益仍取决于动力价格、出资本钱及调度曲线。体系容量装备与选址还需详尽考量电池衰减及体系组件特性。此外，需经过监管方针鼓励BESS参加辅佐服务商场，以响应速度更快、灵活性更高的解决计划替代传统技能[32][33]。
文献总述着重了光伏+储能电站技能经济评价的要害要素，包含评价方针、方针函数、时间尺度、电站规划、体系建模和经济框架。这些要素有必要依据详细事例进行调整，由于电力体系在结构、需求、商场规划和监管方针方面存在差异[22][34]。其间中心问题在于电力体系的表征办法。价格接受者办法因核算本钱较低且精度相当而被广泛选用，该办法经过历史数据或猜测值假设已知边际本钱，适用于评价电站规划相对于体系较小的场景[28][35][36][37][38]。相比之下，生产本钱模型（PCM）能模仿详细的体系运转情况，完成电能与备用容量的协作优化，已被PJM、CAISO、ERCOT和智利等独立体系运营商所选用[39][40][41][42]。但是，鲜有研讨将光伏电站重构或电池储能体系（BESS）布置归入电力容量商场（PCM）考量，由于容量规划问题传统上仅由分辨率和研讨规模受限的长时间规划模型处理[43][44]。
经济评价的规模和精密程度差异明显。线性价格接受者模型已使用于光伏+电池储能体系或风电+电池储能体系的容量规划，一般以秒级至小时级的时间分辨率完成收益最大化[35][45][46][47]。其他办法包含居民负荷聚合的随机优化[48]，以及经过遗传算法在混合体系中完成容量装备与收益最大化的联合优化[49]。受核算才能和数据可获得性束缚，电力体系和光伏电站评价普遍选用小时级模型。但是，小时内的光伏功率动摇会影响发电与储能调度，因而需要选用亚小时级模型以防止滑润效应导致的储能需求低估[28][50][51]。
在PV+BESS建模方针函数与评价方针中，首要识别出两个方针：最大化电厂收益（MR）[28][37]或最小化体系总本钱（MC）[52]，后者在评价辅佐服务参加时尤为重要。财务评价一般选用平准化动力本钱（LCOE）[28][53]，而储能专用方针包含平准化储能本钱（LCOS）[54]及整合LCOE与LCOS的平准化交给本钱（LCOD）[55]。由于LCOD或许明显偏离LCOS，建议与LCOE联合使用。其他出资决策方针如净现值（NPV）、内部收益率（IRR）和出资回收期（PP）等也具有参考价值[56]。
动摇性可再生动力（RES）参加辅佐服务（AS）具有多重优势。首先，它为发电厂一切者供给了额外收益来历。其次，这使得独立体系运营商（ISO）可以获取本钱更低的备用容量以满意爬坡束缚[42]。但是在美国等国家，可再生动力参加辅佐服务的份额仍然较低，这引发了关于监管框架与现有鼓励机制的思考。
在文献[42]中，研讨者选用四种光伏与风电场的装备计划（含/不含电池储能体系BESS），结合旋转备用与频率调理服务，对PJM、CAISO、MISO、ERCOT、SPP及NYISO等多个电力商场进行了剖析。该研讨经过价格接受者形式评价收益，结果标明在大多数场景下，引进BESS可提高收益水平。研讨发现，除非能量价格高至套利更具经济性，不然运营商倾向于供给备用容量。此外，答应可再生动力（RES）参加辅佐服务（AS）能降低均匀调理本钱。最后，较高的辅佐服务（AS）报酬能鼓励商场主体抵消因可再生动力（RES）浸透率提高导致的动力价格跌落。在智利，RES参加AS商场同样遭到束缚。该商场根据设备损耗本钱拍卖机制运转，并设有分技能类型的最高限价。体系运营商（ISO）经过日前协同优化（Co-op）分配备用容量与电能，实时运转后则按机会本钱对AS进行结算，这种机制未能为商场主体供给额外的参加鼓励。此外，现行核算公式既未考虑小时内的动摇特性，也未区别充放电循环的差异，这些缺点或许对储能体系发生负面影响[57][58]。
表1总结了本节文献总述的首要发现。如数据所示，大多数研讨将电池储能体系（BESS）视为以小时分辨率调度的线性设备。类似地，概率潮流（PT）办法使用广泛，且多数研讨聚焦于小型电网。选用概率潮流模型（PCM）办法的大规划研讨较为罕见，由于核算复杂度和本钱过高，这些研讨仍选用BESS的线性小时模型。此外，除一项研讨外，本总述包含的一切研讨均考虑结合辅佐服务（AS）的小时级调度，但选用的是PCM办法框架。如[28]所示，选用更粗的时间分辨率会明显改变对储能容量及其调度特性的需求——即使不考虑辅佐服务（AS），这种影响已然存在，而一旦归入AS考量，这种变化只会进一步加重。因而，经过上述总述可得出结论：目前尚无研讨在亚小时尺度上，选用电力容量商场（PCM）办法，一起考量辅佐服务（AS）及电池储能体系（BESS）短期（充放电动态）与长时间（ degradation）非线性特性的情况下，对大规划电网进行过剖析。
正是根据这些原因，本研讨致力于解决上述一切缺点，并在考虑辅佐服务（AS）的电力商场机制（PCM）框架下，以小时级时间尺度评价光伏+电池储能体系（PV+BESS）电站在大规划电网中的动态特性与经济可行性，一起将电池储能体系的非线性特性归入评价规模。
详细而言，本研讨的首要奉献包含：

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  本文提出了一种考虑辅佐服务并计及光伏+电池储能体系动态中次小时级与长时间非线性特性的大规划电力体系归纳模型。该模型可以为光伏电站、电池储能电站及光储联合电站中的隐式与束缚级储能确认容量扩展计划，继而以电网本钱最小化为方针协调体系运转。
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  本研讨证明了隐式储能战略的有用性，以及储能直流耦合形式对光伏直流容量的价值。同样地，研讨标明光伏容量在备用商场中具有明显的潜在参加度，但需经过发电量猜测来指导光伏组件的备用容量分配。
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  电池储能体系（BESS）的退化程度被证明极易遭到备用容量激活的影响。尽管已知BESS退化与其使用量成正比，但依据实践启用的备用容量份额不同，其年退化率动摇规模可达1%至10%。因而，这构成了电网耦合储能体系技能经济评价及其后续可行性的严重不确认性来历。
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  本研讨标明，经济可行性无法仅经过太阳能资源禀赋、动力及辅佐服务补偿机制或备用容量的实践调用率任一要素得到保证。研讨未发现具有明显可行性的典型光伏电站装备计划，且可行与不可行光伏+电池储能体系(PV+BESS)电站在装备参数上无明显差异。但是，可行计划一般表现出太阳能场超配比略低、电池储能容量较小的特征。整体而言，体系更倾向于选用隐式储能战略，表现为装备相对较低功率与容量的电池储能体系。
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  在储藏具有体系性的体系中，存储容量的明显涣散化作为一种有用战略呈现，用以对冲太阳能资源动摇与输电线路拥堵风险。
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  尽管给定容量的电池储能体系（BESS）可以降低整体本钱然后使整个体系获益，但会导致电厂装备计划对其个体一切者而言缺少经济可行性。因而，选用会集规划形式来布置和运营储能体系会发生脱离实践的解决计划。本研讨着重需要选用新型双向办法：在坚持降低体系总本钱这一方针函数的一起，最终结果需确保有用的容量扩展包仅包含具有经济可行性的电厂，由于只要这些电厂才会实践建成。

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