未来电力系统储能的新形态―云储能

       一、云储能的定义

       云储能是一种基于已建成的现有电网的共享式储能技术，使用户可以随时、随地、按需使用由集中式或分布式的储能设施构成的共享储能资源，并按照使用需求而支付服务费。

       云储能依赖于共享资源而达到规模效益，使得用户可以更加方便地使用低价的电网电能和自建的分布式电源电能。云储能可以综合利用集中式的储能设施或聚合分布式的储能资源为用户提供储能服务。云储能可将原本分散在用户侧的储能装置集中到云端，用云端的虚拟储能容量来代替用户侧的实体储能。云端的虚拟储能容量以大规模的储能设备为主要支撑，以分布式的储能资源为辅助，可以为大量的用户提供分布式的储能服务。

       云储能提供商投资大规模的储能设备可以充分利用规模效应，而使用分布式的储能资源可以提高现有的闲置储能的利用率。使用云储能的用户可以根据实际需求向云储能提供商购买一定期限内的虚拟储能的使用权。云储能用户使用云端的虚拟储能如同使用实体储能，通过公共互联网，用户可以控制其云端虚拟电池充电和放电，但与使用实体储能不同的是，云储能用户免去了用户安装和维护储能设备所要付出的额外成本。而云储能提供商把原本分散在各个用户处的储能装置集中起来，通过统一建设、统一调度、统一维护，以更小的成本为用户提供更好的储能服务。根据云储能的理念，云储能模式的构建图可以表示如下图所示。

       二、云储能基本商业模式

       云储能是基于共享经济的一种新型的储能商业模式，其内涵包括：

1）价值主张：云储能以“共享”为主要价值取向，通过用户共享储能资源而提高资源利用效率，进而实现综合成本的降低，并在此基础上可以进一步满足更多用户的储能使用需求。

2）消费者目标群体：根据目前的研究，云储能所针对的细分市场为家庭用户和小商业用户。

3）核心能力：云储能提供商成功的关键是要聚拢大量的具有互补性的用户并实现规模效益。因此，它需要有数据分析、优化、通讯、预测等多种技术作为支撑。

4） 服务流程：云储能提供商根据其所掌握的技术经济信息为用户设定云储能服务价格。用户根据云储能服务的价格和自己的用电情况决定购买多少云端电池容量。云储能提供商根据用户购买云端电池容量的情况和所模拟出的用户充放电需求投资建设集中式的储能设施和租赁分布式的储能资源。用户向云储能提供商购买储能容量使用权之后，在运行中根据自身储能使用需求向其所购买的云端电池发出充电和放电指令。云储能提供商通过合理地选择储能设施的充放电时机以及充放电功率，以期达到尽可能小的自身成本。在运行过程中，配电网为云储能充当备用，当储能设施中的电能不足以满足用户的放电需求时，云储能提供商从电网直接购买电能供用户使用。

5）结算方法：用户使用云储能服务需要向云储能提供商支付服务费从而获得云端电池容量的使用权。在实际运行中，用户控制云端电池充电所产生的充电电费按照运行时的实时电价结算，由云储能提供商代收。用户控制云端电池放电不产生直接费用。用户控制云端电池放电功率超过用户负荷而产生的向电网反送电的收益将首先由云储能提供商代为支付。用户的负荷不能被云端电池放电所满足的部分将由用户直接与电网结算，支付相应的用电费用。云储能提供商向电网支付储能设施充电的电费、储能设施电量不能满足用户放电需求时从电网获得功率的电费。储能设施放电超过用户放电需求而产生的向电网反送电的收益将由电网支付给云储能提供商。因此，在实际运行中的结算次序首先是云储能提供商、用户与电网进行结算，然后是云储能提供商和用户之间进行结算。结算周期可视实际情况设定为每天、每周或每月。

6）利润来源：云储能提供商可以充分利用用户的储能使用需求在时间上的互补性，其所投资的储能设施的容量可以显著低于所有用户购买的云端电池容量的加总。而用户购买云端电池容量使用权所缴纳的云储能服务费是云储能提供商的收入，这就给云储能提供商提供了利润空间。虽然云储能提供商实际投资储能容量低于用户购买云端电池容量会导致云储能提供商运行成本增加，即其需要在储能装置电量不足以满足用户放电需求时从电网购买高价的电能以供用户使用，但是这种情况不经常发生，并且这部分增加的运行成本可以被云储能提供商减小容量投资所带来的收益完全覆盖。云储能提供商通过权衡投资成本和运行成本实现总成本最小化。此外，由于云储能提供商可以投资建设集中式的储能装置，因此可利用规模效应降低单位容量投资成本，进一步扩大其利润。

       三、云储能投资与规划

       云储能提供商想要为用户提供云储能服务，首先就是要确定其所需要投资和建设的储能设施的种类及相应的容量。为了解决这一问题，云储能提供商需要进行两方面的工作，一方面是要对用户使用云储能服务的需求进行有效的估计，另一方面是根据所估计出的用户储能需求进行最优化的投资决策，如下图所示。

       四、云储能运行

       云储能提供商的另一个核心任务就是在实时运行中满足用户的储能使用需求，并在此基础上实现运行成本最小化。云储能运行所涉及到的要素如下图所示。

       五、云储能服务定价

       价格机制设计是联系云储能提供商和用户的关键，是云储能模式盈利性的根本保证。为了促进云储能模式的快速发展并提升社会福利，云储能的服务定价必须在保证云储能提供商利润的基础上让用户相较于不使用云储能的情形获得一定的收益。云储能服务定价的方法主要可以分为三类，分别是按容量定价、按流量定价和按套餐定价。

       六、讨论

       云储能理论与方法的研究是一个新的领域，涉及内容广泛，而目前的研究工作所涵盖的范围较为有限。因此云储能领域的一些重要问题还需要后续的研究来解决。主要有以下3方面：

1）用分布式储能资源提供云储能服务

2）包含大规模云储能的未来电力系统形态

3）多能源系统中的云储能

       七、结语

       云储能是共享经济与电力系统储能融合的产物，是未来电网的一个新的形态选择。本文在给出了云储能的定义并详细阐述云储能基本商业模式的基础上对云储能的投资规划、运行、服务定价等子领域的研究方法、研究进展和研究思路进行了阐述。此外，本文还对未来云储能研究中的关键问题进行了讨论与展望。随着云储能研究的不断深入，未来可能会出现与云储能相关的工程实践，届时会对云储能的理论研究产生进一步的推动作用。

关键字:   未来电力储能新形态