1、研究背景
根據(jù)時長要求的不同,儲能的應(yīng)用場景大致可以分為容量型(≥4小時)、能量型(約1~2小時)、功率型(≤30分鐘)和備用型(≥15分鐘)四類。不同應(yīng)用場景對儲能技術(shù)的性能要求有所不同,而儲能成本則是決定儲能技術(shù)應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)模最重要的參數(shù)。基于儲能全生命周期建模的儲能平準(zhǔn)化(度電)成本是目前國際上通用的儲能成本評價指標(biāo)。
度電成本的評價適合容量型儲能場景(如削峰填谷),因為可以將其直接與峰谷電價差進行比較,從而判斷儲能投資是否具有經(jīng)濟效益。但是,在功率型調(diào)頻儲能場景下,采用里程成本作為功率型儲能經(jīng)濟性的評判標(biāo)準(zhǔn)更為合理。
2017-2019年,中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會儲能應(yīng)用分會前后組織了六次全國范圍的儲能產(chǎn)業(yè)調(diào)研活動,共走訪100多家儲能相關(guān)企事業(yè)單位和30余個儲能電站項目,掌握了豐富的實際儲能數(shù)據(jù)。因此,本文結(jié)合實地項目調(diào)研和其它資料數(shù)據(jù),對各類儲能技術(shù)進行分析,給出儲能技術(shù)度電成本和里程成本的詳細(xì)計算方法,拋磚引玉,為不同應(yīng)用場景儲能技術(shù)的經(jīng)濟性分析和比較提供量化評價依據(jù)。
2、儲能電站全生命周期成本
儲能電站全生命周期成本可以分為安裝成本和運行成本,其中儲能電站的安裝成本主要包括儲能系統(tǒng)成本、功率轉(zhuǎn)換成本和土建成本,運行成本則包括運維成本、回收殘值和其他附加成本(如檢測費、入網(wǎng)費等)。儲能電站全生命周期的成本構(gòu)成如圖1所示。
圖1 儲能電站全生命周期成本構(gòu)成
3、系統(tǒng)成本
儲能系統(tǒng)成本包括儲能系統(tǒng)的材料成本和制造成本。由于任何儲能系統(tǒng)都具有一定的能量特性和功率特性,因此可以分別采用儲能系統(tǒng)能量成本Csys-e(萬元/(MW·h))和儲能系統(tǒng)功率成本Csys-p(萬元/MW)來評價同一儲能技術(shù)分別應(yīng)用在容量型和功率型場景的系統(tǒng)成本。
目前已商業(yè)化應(yīng)用的儲能技術(shù)有抽水蓄能、鉛蓄電池和磷酸鐵鋰電池。綜合調(diào)研數(shù)據(jù)獲知,目前抽水蓄能電站的投資成本為60~64億元/GW,抽水蓄能的系統(tǒng)能量成本為120~170萬元/(MW·h),未來隨著選址經(jīng)濟性的降低,系統(tǒng)成本會有一定程度上升。鉛蓄電池的系統(tǒng)能量成本在95~125萬元/(MW·h),受上游鉛價及環(huán)?;厥展芸貕毫Φ挠绊?,未來系統(tǒng)成本降低的空間很小。磷酸鐵鋰電池作為目前商業(yè)化應(yīng)用的綜合性能較高的典型儲能技術(shù),系統(tǒng)能量成本為150~230萬元/MWh,未來隨著低成本創(chuàng)新電池結(jié)構(gòu)和工藝的開發(fā),其成本還有繼續(xù)下降的空間。
作為功率型儲能技術(shù),飛輪和超級電容器屬于秒級至分鐘級時長儲能系統(tǒng),如果要滿足不低于15min時長的電力儲能時間,系統(tǒng)功率成本大約在1000~1500萬元/MW。鈦酸鋰電池也是典型的功率型儲能技術(shù),目前系統(tǒng)功率成本為200~300萬元/MW,未來還有進一步下降空間。
4、度電成本
度電成本,也稱平準(zhǔn)化成本(Levelized Cost of Electricity,LCOE),是對儲能電站全生命周期內(nèi)的成本和發(fā)電量進行平準(zhǔn)化后計算得到的儲能成本,即儲能電站總投資/儲能電站總處理電量。度電成本的計算對于在容量型場景應(yīng)用的儲能技術(shù)經(jīng)濟性評估具有重要指導(dǎo)意義。針對度電成本,除考慮儲能技術(shù)的使用壽命外,還應(yīng)該考慮電站能量效率以及電化學(xué)儲能技術(shù)的放電深度和容量衰減等。根據(jù)調(diào)研及文獻數(shù)據(jù),圖2給出了不同儲能技術(shù)的度電成本范圍。其中,容量型磷酸鐵鋰儲能電站的度電成本目前為0.62~0.82元/(kW·h)。
圖2 幾類典型儲能技術(shù)的度電成本
5、里程成本
里程成本指在功率型調(diào)頻儲能電站的生命周期內(nèi),平均到單位調(diào)頻里程的電站投資成本,即儲能電站總投資/儲能電站總調(diào)頻里程。里程成本是評價儲能電站參與電網(wǎng)一次調(diào)頻或二次調(diào)頻經(jīng)濟性的重要指標(biāo)。電網(wǎng)的一次調(diào)頻指機組調(diào)速器及負(fù)荷特性自發(fā)吸收電網(wǎng)高頻低幅負(fù)荷波動以減少頻率變化,時間尺度在秒級至分鐘級,火電機組通常的響應(yīng)時間在10~30s之間;二次調(diào)頻即AGC調(diào)頻,由機組跟隨AGC指令以平抑區(qū)域控制偏差,實現(xiàn)無差調(diào)節(jié)。由于受能量轉(zhuǎn)換機械過程的限制,火電機組提供二次調(diào)頻的響應(yīng)速度比一次調(diào)頻要慢,響應(yīng)時間一般需要1~2min。儲能設(shè)備與火電機組相結(jié)合共同提供調(diào)頻服務(wù),可以提高火電機組運行效率,減少機組磨損,提高機組對于電網(wǎng)AGC調(diào)頻指令的調(diào)節(jié)速率、響應(yīng)速度和響應(yīng)精度。根據(jù)調(diào)研及文獻數(shù)據(jù),給出不同儲能技術(shù)用于AGC輔助調(diào)頻時的里程成本范圍,如圖3所示。
圖3 幾類典型儲能技術(shù)的里程成本
從調(diào)研情況和數(shù)據(jù)分析來看,三元鋰電池應(yīng)用于調(diào)頻儲能的安全問題尚有待解決。超級電容器和飛輪瞬態(tài)輸出的功率成本雖然很低,但為達到AGC調(diào)頻應(yīng)用的規(guī)定出力時間,需要增加配置容量,因此實際的系統(tǒng)功率成本非常高,尚不能被市場接受。目前功率型磷酸鐵鋰電池已能夠在局部地區(qū)的電力輔助服務(wù)市場獲得較好收益,但每天頻繁的充放電次數(shù)對于電池壽命沖擊影響較大, SOC的估算也較困難,另外,在系統(tǒng)生命后期,電池不一致性問題突出。這些都是未來功率型儲能技術(shù)有待解決的瓶頸問題。
6、結(jié)論
(1)儲能電站的全生命周期成本包括系統(tǒng)成本、功率轉(zhuǎn)換成本、土建成本、運維成本、回收殘值和其它成本。根據(jù)容量型和功率型應(yīng)用場景的不同,應(yīng)分別用度電成本和里程成本評估儲能電站的經(jīng)濟性;
(2)當(dāng)前抽水蓄能電站投資功率成本約5500~7000元/kW,度電成本0.21~0.25元/kWh,未來隨選址經(jīng)濟性降低,度電成本會有小幅上升;電化學(xué)儲能目前的度電成本大致在0.6~0.9元/kWh,距離規(guī)模應(yīng)用的目標(biāo)成本0.3~0.4元/kWh還有相當(dāng)?shù)牟罹?,容量型電化學(xué)儲能技術(shù)中經(jīng)濟性較好的是磷酸鐵鋰電池,但與抽水蓄能相比仍然偏高,度電成本為0.6~0.8元/kWh,尚不能完全依賴峰谷價差實現(xiàn)盈利;磷酸鐵鋰電池儲能電站在功率型場景應(yīng)用的里程成本6~9元/MW,能夠在局部地區(qū)的輔助調(diào)頻服務(wù)市場獲得收益;
(3)圍繞“低成本、長壽命、高安全和易回收”的目標(biāo),未來電化學(xué)儲能技術(shù)的研究需要明確攻關(guān)方向,重點突破以下內(nèi)容:①開發(fā)顛覆性的儲能本體內(nèi)部安全可控技術(shù),提升儲能系統(tǒng)安全至完全可控等級;②開發(fā)顛覆性的修復(fù)延壽技術(shù),延長儲能系統(tǒng)壽命至10~20年;③開發(fā)易回收的電池結(jié)構(gòu)技術(shù)和低成本的回收再生技術(shù),實現(xiàn)貴金屬元素資源再生率大于90%;④開發(fā)低成本系統(tǒng)制造技術(shù),降低系統(tǒng)成本40%以上,實現(xiàn)高性能儲能裝備的國產(chǎn)化,服務(wù)于全球儲能市場。
原標(biāo)題:儲能的度電成本和里程成本分析