近年来,随着中国电力能源供给侧结构不断调整,电网中接入可再生能源比例越来越高。然而,以风光为代表的可再生能源发电自身具有间歇性、随机性等特点,导致大规模并网拉大了负荷峰谷差,在现有调峰资源不足条件下,系统调峰压力越来越大。为缓解调峰困境,各电网纷纷展开火电机组深度调峰,但深度调峰会增加运行成本。这意味着需要解决如何平衡火电调峰经济性与性能,及如何挖掘和优化利用新调峰资源。储能既能平抑供给侧可再生能源发电的随机性,根据需求侧负荷动态变化做出及时响应,通过存储与释放电能,使得电力实时平衡的“刚性”电力系统变得更加“柔性”,有利于储能的大规模并网。然而,国家发展改革委、国家能源局关于印发《输配电定价成本监审办法》的通知(发改价格规[2019]897号)明确抽水蓄能电站、电储能设施、电网所属且已单独核定上网电价的电厂的成本费用不计入输配电成本,这意味着如何建立储能市场化机制将成为影响储能在电力系统中应用推广及其商业价值实现的关键问题。本文主要研究内容如下:(1)分析了国内外储能技术发展现状、相关政策及在电力系统中的应用前景。首先,从储能技术发展现状和应用现状两个角度,对比了全球、中国储能发展和应用规模,并对未来储能发展趋势进行了预估。然后,对比分析不同储能技术的发展前景,梳理了中国储能技术发展的相关政策和存在的问题。最后,结合储能产业发展的典型特征,分析了储能在电力系统中应用现状及应用前景。(2)提出了储能发展成本演化趋势及最优设备选型模型。针对物理储能、电化学储能及其他类型储能,对比了不同储能技术的成熟度,提出基于全寿命周期的储能度电成本测算模型,并将学习曲线引入储能成本分析中,确立不同储能成本的演化趋势。最后,从经济性、社会性、环境性和技术性等4个维度构建储能设备类型优选评估指标体系,并提出基于一致性原则和模糊最优最劣方法的储能设备选型评估模,实例分析结果表明:尽管锂离子电池的经济性较差,但其社会性、环境性和技术性相对较好,综合效益最大,发展前景广阔。(3)提出了储能参与电量市场交易经济性界值分析模型。考虑清洁能源去补贴情景,提出了考虑清洁能源出力波动性的净负荷曲线概念,并提出了峰谷时段聚类优化模型,灵活划分负荷曲线的峰、平、谷时段。进一步,从全寿命周期角度出发,分析储能参与电量市场的成本和收益,提出储能最优峰谷分时价差测算模型,并对锂离子电池和液流钒电池开展实例分析。结果表明在2025年和2030年锂离子电池和液流巩电池单位容量投资成本下降至7500元/kW、4900元/kW和5500元/kW、2800元/kW,对应临界盈利价差分别为0.68元/kW·h、0.79元/kW-h和0.45元/kW·h、0.52元/kW·h,已接近抽蓄和压缩空气储能临界盈利价格。(4)提出了储能参与电量市场多级协同交易优化模型。考虑电量市场存在长期合约、日前现货和实时平衡三级时差,分析储能参与不同电力市场策略交易的差影响,分别提出储能参与电力合约交易效益协调模型、储能参与微网日前交易优化模型以及储能参与风电实时交易优化模型。通过构建上述三级市场交易模型,实现了储能参与“中长期-日前-实时”三级市场的逐级优化,特别是实时平衡市场,考虑了风电的不确定性,构造了风储联合竞价交易优化模型。最后,通过对上述三级市场交易优化模型开展实例分析,确立了所以交易策略的适用性。(5)提出了储能参与辅助服务市场交易经济性界值分析模型。对比了目前中国西北区域市场和东北区域市场储能参与调峰交易规则,并从经负荷率视角出发,研究了储能参与调峰交易的最优容量。进一步,以西北区域青海储能调峰交易规则为指导,提出了储能参与辅助服务市场交易经济性界值分析模型。结果表明:1)储能参与调峰的最佳填谷比例20%,电网的最佳储能系统容量占比9%;2)当调峰小时数在500h时,储能调峰价格应达到1.385元/kW·h,若存在峰谷分时电价,则储能调峰价格为1.008元/kW·h,若享受清洁能源发电补贴(50%),调峰价格可降低至0.585元/kW·h;3)若完全市场化方式进行成本回收,则调峰价格为1.602元/kW·h。随着储能调峰小时数增加,储能调峰价格阈值也逐渐下降。(6)提出了储能参与调峰辅助服务市场交易优化模型。分别测算了火电、储能和灵活性负荷参与调峰辅助服务交易的成本,其中,考虑了火电常规调峰、深度调峰和投油调峰三种调峰状态。然后,构造了储能参与光伏调峰辅助服务交易优化模型,对比了储能参与前后不同天气状态下的光伏调峰辅助服务交易方案。最后,提出了火电、储能和需求响应联合开展调峰交易优化模型,算例分析结果表明:当火电、储能、需求响应联合参与系统时,系统调峰成本和弃风率达到最低,表明多源联合调峰具有协同优化效应,会给系统带来增量收益。(7)设计了储能参与电力市场交易价值分析及商业模型。综合考虑储能在辅助服务、电网、电力用户以及可再生能源接入等5方面的综合价值,分析了储能系统的功能作用和综合价值,遴选了储能综合价值评估指标体系,并从经济效益、外部效益和减排效益等维度分别测算了储能给电源侧、电网侧和用户侧带来的综合价值。进一步,分别设计了针对电源侧、电网侧和用户侧的储能运营商业模型,最后对不同商业模式的盈利性开展实例分析。