电网连接卡特蓄电池储能系统（BESS）在电力配电中的技术经济学：印度配电公司的案例研究

印度的快速经济增长推动了电力需求的激增，预计到2031-32年度峰值需求将达到366 GW。印度政府目标到2030年开发500吉瓦的可再生能源（RE）容量。随着国家整合可再生能源以实现这些目标，能源来源的多样性要求强大的储能解决方案。本文探讨了在2027-28年目标年度，将电网连接电池储能系统（BESS）整合到一家大型国有配电公司（DISCOM）中的技术经济可行性。DISCOM是印度大规模部署可再生能源资源及其整合的关键利益相关者。在配电层面部署BESS可以为配电公司带来多项技术经济效益，并进一步加速国家的可再生能源项目。
本研究采用基于混合整数线性规划（MILP）的模拟模型MiPower电力系统优化（MiPSO）和MiPower进行负载流分析，量化五个不同的价值流、收入流和价值堆栈：固定容量购电协议（PPA）递延、能源套利、偏差结算机制（DSM）、无功功率支持以及网络费用节省（州输电费和一般网络接入费）。BESS容量通过电网评估、供需评估以及资源充足性计划进行估算。
报告指出，基于每千瓦时165美元的资本支出，已识别的BESS装机容量可提供4至5年的回本期，内部收益率（IRR）为31.07%，净现值（NPV）为654.2亿印度卢比，储能成本为2.44卢比/千瓦时，相当于印度正常太阳能发电。预计此次部署将在第一年内将DISCOM的实际电价降低约9.64派萨/千瓦时（电价降低0.1%）。这些发现为DISCOMs利用BESS实现经济优化、电网稳定和高效资本支出提供了战略框架。
由于人口众多和经济增长，印度的能源需求正在上升。该国使用煤炭、可再生能源和进口石油的混合能源，重点关注清洁能源。过去七年，发电量年均增长5%，2023-24年达到1734太瓦时。煤炭依然占主导地位，占74.7%，其次是可再生能源（包括大型水电）占20.8%，核能占2.8%，石油和天然气占1.8%。可再生电力年增长率为8%，从2016-17年的204太瓦时增至2023-24年的360太瓦时。根据中央电力局（CEA）的国家电力规划，峰值用电需求预计将从2024-25年的273 GW增加到2026-27年的297 GW，并到2031-32年达到366 GW。装机容量需求将在2026-27财年达到669吉瓦，2031-32财年将达到900吉瓦。在过去十年里，印度通过扩展清洁电力基础设施，显著减少了电力短缺。装机容量几乎从2013-14年的248吉瓦翻倍，到2025年9月30日达到500.89吉瓦。可再生能源装机容量从76吉瓦提升至191吉瓦，其在电力结构中的份额从18%提升至21%。截至2024年12月31日，印度装机的储能系统（ESS）装机容量为4.86吉瓦，其中包括4.75吉瓦抽水蓄能（PSP）和0.11吉瓦电池储能系统（BESS）。到2031-32财年，为了支持364吉瓦太阳能和121吉瓦风能，国家需要73.93吉瓦/411.4吉瓦时的储能——其中26吉瓦/175吉瓦时来自PSP，47吉瓦/236吉瓦时来自贝斯。图1、图2分别展示了按设备容量和按来源划分的发电量（NITI Ayog，2025a）。
印度的电力需求在2024年5月创下了250吉瓦的历史新高。2023-24年度峰值需求达到243 GW，较前一年增长13%，创下30年来最高年增长率。
过去十年，电力消耗年均增长率为9%，而前十年为5%。峰值需求从2013年的135 GW稳步上升至2023年的243 GW，年均增长率为4%。历史上，印度的平均能源赤字和峰值赤字分别为8%和15%。到2022年，这一比例显著下降，分别为0.4%和1.2%。图3显示了印度2020–2024财年的载重持续时间曲线（NITI Ayog，2025b）。
基于负荷持续时间曲线，BESS能够有效支持高峰时段前5%的需求，减少昂贵的企业PPA发电需求。持续使用高成本热电且时间有限，导致配电公司因利用不足和高固定成本而负担重。相反，通过BESS转为非太阳能时段的低成本可再生能源，能够更经济地满足DISCOM的需求。根据第20次电力调查（EPS），印度预计2025-26年度峰值需求为260吉瓦，2031-32年度为366吉瓦。图4展示了印度的能源和峰值需求预测趋势（印度政府，2024年）。
印度拥有108家电力配电公司（DISCOMs），分类如下：

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  国有配电公司（57家）：由州政府运营，覆盖大部分地区。他们经常因高AT&C损失、付款延迟和监管挑战而面临财务问题。
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  被认定为DISCOMs（37个）：与特定的工业或机构机构相关。
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  私人配电司令（14个）：在孟买、德里和艾哈迈达巴德等城市中心开展工作。这些通常显示出更好的财务状况、更低的AT&C损失以及因运营自主性而提升的服务质量。

DISCOM还按规模分类：

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  大型配电指挥官：服务多个区或整个邦（例如马哈拉施特拉邦电力配电有限公司、北方邦电力公司）。
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  小型DISCOMs：在特定城市或工业区运营（例如，塔塔电力德里配电有限公司，BSES拉杰达尼电力有限公司）。

本文讨论的代表性DISCOM是一个国有的大型实体。它通过从国有发电站、州际发电站（ISGS）以及双边贸易和能源交易所采购电力需求来满足需求。选定的DISCOM累计装机容量为9.93 GW，分别为：火力5.11 GW，水电0.44 GW，ISGS2.74 GW，以及2023-24年度可再生资源总计1.62 GW。图5、图6分别展示了印度按装机容量和按来源划分的发电量（NITI Ayog，2025a）。
根据2023–24年度DISCOM的月度能源和峰值需求，峰值需求为9.181吉瓦，总能源容量为49,840吉瓦时。根据第20次电力调查（EPS），DISCOM2027–28年度峰值需求目标为11.38吉瓦。图7展示了DISCOM（印度政府，2024年）的能源和峰值需求预测趋势。
估算出的需求发电容量（=非太阳能时段的峰值需求-可调度容量）给出了未来几年预计需求时需增加的固定容量。展望印度潜在的可再生能源新增，非太阳能时段峰值需求与可调度容量之间的容量差距将在未来几年扩大，为潜在的BESS（电气化服务系统）部署铺平道路。
图8展示了太阳能和非太阳能时段的同比峰值需求，以及可用的可调度发电容量。未来几年，非太阳能时段峰值需求与可调度容量之间的容量差距将扩大，为潜在的BESS在电网部署铺平道路。此外，观察到2027-28年度满足系统需求所需的固定发电容量超过2 GW。
截至2024年底，全球电池装机容量达到200吉瓦时。可再生能源市场的增长反映了全球向可再生和可持续能源技术的转变。全球范围内，可再生能源装机容量预计将在2025年至2030年间增加近4600吉瓦，是前五年（2019–2024年）部署量的两倍，主要由太阳能光伏驱动。公用事业规模和分布式太阳能光伏的增长翻倍多，占全球可再生电力装机容量扩展的近80%。低模块成本、相对高效的许可流程以及广泛的社会认可推动了太阳能光伏的加速采用。
该研究探讨了将BESS与可再生能源电厂整合，以应对可再生能源的变异性和不可预测性，以稳定能源生产并提升电网可靠性。本书提出了一种BESS规划策略，旨在通过粒子群优化（PSO）和内部点法（IPM）进行双层规划，减少风电废弃并增加独立投资者的收入（Baldasso，2021）。储能系统的大小基于两个因素：其功率容量和能量容量，即它们能储存多少（千瓦时）的能量。高功率元件成本且低能耗元件成本的技术通常更适合长期储能应用。低功率组件成本高的技术更适合短期储存。同时低功耗且低能耗的技术将成为整体成本最低的（Augustine & Blair， 2021）。
该研究强调BESS如何提升电网可靠性、降低成本并推动能源转型目标，同时涵盖多种应用、技术、安全问题和经济趋势（Hannan等，2021）。本书探讨了利用ReEDS模型，聚焦运营影响及与可变可再生能源整合的电网规模储能部署成本优化情景，并强调储能在改善负重平衡、时移、减排、输电系统优化及与可预测光伏周期对齐方面的作用（Jorgenson等，2022）。在IEEE 33总线系统上测试时，作者建立了用于生命周期成本和电压偏差的改进平衡优化器（IEO）算法，将系统年成本降至187万美元，同时平滑了牵引线功率波动，显著降低了负载峰谷差，优于标准粒子群或灰狼优化器（Zhang 和 Wang，2022）。ESS在配电网的灵活性、稳定性和成本降低方面的优势被研究（Hoosh等，2023）。通过修改后的IEEE 33总线网络和混合整数二次约束规划（MIQCP）优化模型，展示了ESS在能源套利、电压调节和拥塞管理方面的潜力。该研究（Kamaludeen 等，2023）重点关注BESS智能逆变器如何利用无功功率补偿提供无功功率（VAR）支持而不影响系统寿命。它包括使用真实网格组件进行模拟，研究变电站中无功电阻、电容器组和分流电抗器的相互作用，以提升可靠性。（Puech等，2023）提出了一个基于BESS的混合整数线性规划模型，用于实现当天能源套利，优化充放电操作以实现最佳盈利。它在一年内实现了80%至90%的最大潜在利润，这些利润基于德国、法国、意大利、丹麦和西班牙的电价。对于Al-Bayda的中压网络，本研究（Nouh & Saed， 2023）优化了光伏系统和BESSS的尺寸和位置，以提升电压并降低功率损耗。
BESS是电力配电网络中标准电网加固的替代方案，在负载增长率适中的情况下具有成本效益，相关内容包括资本拨款和收入叠加以提升经济可行性和削减高峰的解决方案（Martínez等，2024）。利用PLEXOS模拟工具，研究印度尼西亚到2045年实现100%可再生能源系统的转变，特别强调电池储能的战略整合以提升电网稳定性和控制变异性（Amiruddin 等，2024）。本研究探讨了电化学电池技术在电网优化中的作用，提供频率调节、电压支持和时移等关键功能，以管理可再生能源的间歇性，并得出结论：先进的控制系统使BESS成为未来韧性电力网络不可避免且具成本效益的解决方案（Suyambu 和 Vishwakarma，2024）。
BESS与风电场的集成以实现批发能源套利和限制措施缓解，是长期技术经济分析的主题（Grimaldi等，2025）。讨论了电池技术的改进以及混合配置中储能系统的协同效应，揭示了其在可再生能源整合过程中的技术、经济和环境影响（Taabodi 等，2025）。
通过优先考虑多目标函数如有源功率损失和电压稳定性，研究验证了BESS测定的概率优化技术比传统确定性方法更能有效考虑太阳辐照度不确定性，从而为径向配电系统提供更稳健的BESS解决方案（Karve等，2025）。通过在33千伏配电网络上线性优化框架，研究证明，最优规模的BESS对于缓解反向电力流和将负荷概率损失（LOLP）维持在1%以下至关重要，并可减少能源赤字，同时实现约36.7万美元的年度运营节约（Jaradat & Khatib， 2025年）。研究表明，优化混合光伏-BESS系统的电网连接容量，使开发者能够有效应对基础设施瓶颈，证明储能能显著缩小所需电网连接规模，同时在市场波动中保持项目盈利能力（Jeddi，2025）。研究重申，协调的多服务电池储能系统（BESS）框架对于应对配电网络中高度可再生能源整合带来的电压不稳定性和电力质量挑战至关重要。然而，在性能下降感知调度和基于市场的估值方面仍存在重大障碍，凸显了对网络韧性控制系统的进一步研究必要性（Mushid & Khan， 2025）。
针对可再生能源间歇性的挑战，研究利用ETAP模拟软件分析IEEE 33总线系统，证明战略性BESS布置对于在多样化运行条件下与可变可再生能源集成的配电网络中，降低电压波动和最小化输电损耗至关重要（Jain等，2025）。该研究展示了并发展了一个概率框架，结合了改进灰狼优化（IGWO）技术与模糊逻辑建模，以模拟可再生能源的不确定性，验证了最佳BESS布置对于减少系统损失和确保混合配电网络经济可行性至关重要（Sreerama Kumar和Alotaibi，2025）。该研究展示了现代能源交易的复杂性，提出了独立BESS的综合运营框架，验证跨市场交易策略——涵盖日内和日内市场——对于最大化波动性可再生能源重电网套利潜力至关重要（van Sandbergen，2025）。
在对欧洲市场的全面分析中，研究指出市场选择是BESS财务可行性的关键决定因素，验证的是具体的波动模式，而不仅仅是平均电价。研究发现，爱沙尼亚和卢森堡被选为BESS套利最有利可图的司法管辖区，因为爱沙尼亚价格波动性高，有利于单日循环，而卢森堡的市场结构则支持有利可图的双循环策略（Khan & Jamil，2025）。该研究明确分析了印度市场，得出结论：商业BESS项目通过将能源套利收入与频率调节服务在偏离结算机制（DSM）下有策略地叠加，可实现15–22%的内部收益率（IRR）（Das等，2025）。将公用事业规模的BESS作为输电资产的部署，表明使用存储缓解拥堵显著推迟了昂贵的基础设施升级，并直接替代了不断上涨的普通网络接入（GNA）费用（Torres等，2025）。
在印度德里安装的10兆瓦BESS，采用NMC化学成分的锂离子电池，以实现更快的爬坡速率，提升电网稳定性和峰值负荷管理，同时通过作为太阳能发电与用电之间的缓冲，保证可靠性和持续供电，正在研究并重点展示其成功完成五年多的运营。电池技术的进步（如转向磷酸铁锂化学）、制造规模经济、优化供应链、系统效率提升、电池寿命延长以及支持性政策，是降低BES成本的关键因素。年度电池储能系统成本调查显示，2024年全球锂离子电池组价格平均下降20%，达到每千瓦时115美元，详见彭博新电交易所（BloombergNEF，2024）。印度首个商业批准的独立电池储能系统，具备每日四小时供电能力，配备20兆瓦BESS，正在南德里基洛克里的BSES Rajdhani Power Limited（BRPL）33千伏变电站安装。这组20兆瓦的电池群每天可提供4小时的电力——白天和夜间各2小时。该项目与IndiGrid及全球能源联盟（GEAPP）合作实施，该系统将改善供电，覆盖南德里基洛克里地区一个极度拥堵且低收入的地区10万居民（GEAPP，无日期）。交钥匙储能系统的价格从2023年起同比下降了40%，全球平均为每千瓦时165美元，而2020年的平均值为每千瓦时203美元。研究显示，这是自2017年调查启动以来的最高年度下降（Colthorpe，2025）。图9展示了印度近期BESS招标流程（招标节点机构网站、新闻稿）。
并网电池储能系统（Grid-BESS）在印度日益受到关注，众多招标正在进行，以加快其部署。例如，印度太阳能公司（SECI）已启动了基于电价的全球竞争招标项目，如500兆瓦/1000兆瓦时独立BESS。同样，NTPC电力公司已招标250兆瓦/1000兆瓦时独立并网BESS，提供为期12年的能源购买协议。这些项目旨在增强电网稳定性，支持可再生能源的整合，并优化能源分配。此外，印度政府通过可行性缺口资金（VGF）推动此类项目，使其对开发商具有经济可行性。仅2025年就发布了超过366份BESS招标，包括比哈尔邦500兆瓦时独立BESS项目等州级项目，势头显而易见。SECI已启动大规模1000兆瓦/4000兆瓦时ISTS连接BESS项目招标，该项目连接州际输电系统（ISTS），旨在支持可再生能源的整合并缓解电网拥堵。这些招标体现了印度建设韧性和可持续能源基础设施的承诺。
基于文献调查，之前关于BESS的研究主要关注能源套利、削峰、频率调节、电网稳定性、可靠性、韧性和无功功率补偿等益处。然而，这些价值流在整合研究中往往未被量化。其他渠道如偏离结算机制（DSM）和网络收费仍未被充分探索。虽然分量策略受到关注，但缺乏系统化的方法来优化BESS的布置。该论文的主要目标如下：

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  探索诸如企业产能、PPA递延和偏离结算机制（DSM）等综合价值流，以及其他价值流。
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  评估网络费用（州传输费和一般网络接入费（GNA）费用）对BESS技术经济分析的影响。
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  通过识别标准，制定系统化方法，优化BESS的规模和位置，这对于降低成本和提升系统性能至关重要。
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  估算包括现有和拟议BESS价值流在内的各种财务参数。