儲能的度電成本和里程成本分析

1、儲能的度電成本和里程成本分析儲能是促進(jìn)可再生能源消納和提升電網(wǎng)韌性的重要手段，而儲能成本是決 定儲能技術(shù)應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)模的重要參數(shù)。2019年第9期電工電能新技 術(shù)（儲能應(yīng)用?？┌l(fā)表文章儲能的度電成本和里程成本分析，結(jié)合產(chǎn) 業(yè)調(diào)研對容量型儲能的度電成本和功率型儲能的里程成本進(jìn)行了詳細(xì)測算。結(jié) 果表明，電化學(xué)儲能目前的度電成本大致在0.60.9元/（kWh），距離規(guī)模應(yīng) 用的目標(biāo)成本0.30.4元/（kWh）還有差距。儲能技術(shù)的發(fā)展需要圍繞“低成 本、長壽命、高安全和易回收”的目標(biāo)，在綜合考慮系統(tǒng)制造、系統(tǒng)壽命、系 統(tǒng)安全和回收再生的基礎(chǔ)上，開發(fā)變革性的儲能技術(shù)和產(chǎn)品。論文工作為建設(shè) 市場應(yīng)

2、用導(dǎo)向的綠色儲能技術(shù)創(chuàng)新體系提供了重要參考。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（N4小 時）、能量型（約廣2小時）、功率型（W30分鐘）和備用型（N15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)?；趦δ苋芷诮５膬δ芷綔?zhǔn) 化（度電）成本是目前國際上通用的儲能成本評價(jià)指標(biāo)。度電成本的評價(jià)適合容量型儲能場景（如削峰填谷），因?yàn)榭梢詫⑵渲苯?與峰谷電價(jià)差進(jìn)行比較，從而判斷儲能投資是否具有經(jīng)濟(jì)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(jì)性的評判標(biāo)準(zhǔn)更為合 理。2017-

3、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(xiàng)目，掌握了豐富的實(shí)際儲能數(shù)據(jù)。因此，本文結(jié)合實(shí)地項(xiàng)目調(diào)研 和其它資料數(shù)據(jù)，對各類儲能技術(shù)進(jìn)行分析，給出儲能技術(shù)度電成本和里程成 本的詳細(xì)計(jì)算方法，拋磚引玉，為不同應(yīng)用場景儲能技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性分析和比較 提供量化評價(jià)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(yùn)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(yùn)行成本則包括運(yùn)維成本、回收殘值和其他附加成本(如檢測費(fèi)、入網(wǎng)費(fèi)等)。儲能電站全生命周期

4、的成本構(gòu)成如圖1所示。儲能系統(tǒng)成本功率傳換成本上建成本運(yùn)維成本系統(tǒng)殘值k 其它成本儲能本體系統(tǒng)功率我換設(shè)條軟件、輔助設(shè)施等建設(shè)設(shè)計(jì)改造胞工等折IH人燃料動力、部件更換等一回收收益與系統(tǒng)回收處置成本之差利息、入網(wǎng)椅測、項(xiàng)日管理等安裝成本圖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(jià)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。目前己商業(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

5、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6064億元/GW，抽水蓄能的 系統(tǒng)能量成本為120170萬元/(MW - h)，未來隨著選址經(jīng)濟(jì)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95125萬元/(MWh)，受上 游鉛價(jià)及環(huán)?；厥展芸貕毫Φ挠绊懀磥硐到y(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 150230萬元/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

6、率成本大約在10001500萬元/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200300萬元/MW，未來還有進(jìn)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(jìn)行平準(zhǔn)化后計(jì)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(jì)算對于在容量型場 景應(yīng)用的儲能技術(shù)經(jīng)濟(jì)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(xiàn)數(shù)據(jù)，圖2給出了不同儲能技術(shù)的度電

7、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0.620.82元/(kWh)。圖2幾類典型儲能技術(shù)的度電成本210 SS對于鋰離子電池儲能技術(shù)，從全生命周期的成本構(gòu)成看，其功率轉(zhuǎn)換和土 建的成本下降空間十分有限。過去8年里，鋰離子電池單體(不是系統(tǒng))的能 量成本從450600萬元/(MW - h)降至100150萬元/(MW - h)，下降幅度近 80%。但其成本的年均下降比例并非線性，近兩年的成本降低幅度不到2013年 的一半，沿用現(xiàn)有工藝技術(shù)成本下降空間有限，必須開發(fā)變革性的電池技術(shù)， 從產(chǎn)品全生命周期成本的角度考慮電池結(jié)構(gòu)和工藝創(chuàng)新設(shè)計(jì)，降低制造、運(yùn)維 和回收處置成本，提高系統(tǒng)殘

8、值。以磷酸鐵鋰儲能電池為例，未來若能做到以 下幾點(diǎn)：1、進(jìn)一步改進(jìn)電池結(jié)構(gòu)和工藝，提高材料利用率，降低10%的材料成 本和30%的制造成本；2、設(shè)計(jì)方便拆解回收的電極及殼體結(jié)構(gòu)，增加電站殘值 至20%； 3、通過在線維護(hù)系統(tǒng)補(bǔ)充活性鋰離子，將系統(tǒng)終止(70%容量保持 率)時的循環(huán)壽命提高到7000次，則電站的度電成本可降至約0.3元 /(kW - h)，可滿足容量型儲能大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的目標(biāo)要求。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(jià)儲能 電站參與電網(wǎng)一次調(diào)頻或二次調(diào)頻經(jīng)濟(jì)性的重要指標(biāo)。電

9、網(wǎng)的一次調(diào)頻指機(jī)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(jī)組通常的響應(yīng)時間在1030s之間；二次調(diào)頻即AGC調(diào) 頻，由機(jī)組跟隨AGC指令以平抑區(qū)域控制偏差，實(shí)現(xiàn)無差調(diào)節(jié)。由于受能量轉(zhuǎn) 換機(jī)械過程的限制，火電機(jī)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12min。儲能設(shè)備與火電機(jī)組相結(jié)合共同提供調(diào)頻服務(wù)，可以 提高火電機(jī)組運(yùn)行效率，減少機(jī)組磨損，提高機(jī)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(xiàn)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

10、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(dá)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(shí)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(yùn)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，

11、應(yīng)分別用度電成本和里程成本評估儲能電站的經(jīng)濟(jì)性；（2）當(dāng)前抽水蓄能電站投資功率成本約55007000元/kW，度電成本0.210.25元/kWh，未來隨選址經(jīng)濟(jì)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0.60.9元/kWh，距離規(guī)模應(yīng)用的目標(biāo)成本0.30.4元/kWh還有相當(dāng)?shù)牟罹啵萘啃碗娀瘜W(xué)儲能技術(shù)中經(jīng)濟(jì)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0.60.8元/kWh，尚不 能完全依賴峰谷價(jià)差實(shí)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69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