導讀

      儲能是促進可(kě)再生(shēng)能源消納和(hé)提升電(diàn)網韌性的重要手段，而儲能成本是決定儲能技(jì)術(shù)應用和(hé)産業發展規模的重要參數(shù)。2019年第9期《電(diàn)工電(diàn)能新技(jì)術(shù)》(儲能應用專刊)發表文章《儲能的度電(diàn)成本和(hé)裏程成本分析》，結合産業調研對容量型儲能的度電(diàn)成本和(hé)功率型儲能的裏程成本進行(xíng)了詳細測算(suàn)。結果表明(míng)，電(diàn)化學儲能目前的度電(diàn)成本大(dà)緻在0.6~0.9元/(kW·h)，距離規模應用的目标成本0.3~0.4元/(kW·h)還(hái)有(yǒu)差距。儲能技(jì)術(shù)的發展需要圍繞“低(dī)成本、長壽命、高(gāo)安全和(hé)易回收”的目标，在綜合考慮系統制(zhì)造、系統壽命、系統安全和(hé)回收再生(shēng)的基礎上(shàng)，開(kāi)發變革性的儲能技(jì)術(shù)和(hé)産品。論文工作(zuò)為(wèi)建設市場(chǎng)應用導向的綠色儲能技(jì)術(shù)創新體(tǐ)系提供了重要參考。

1、研究背景

      根據時(shí)長要求的不同，儲能的應用場(chǎng)景大(dà)緻可(kě)以分為(wèi)容量型(≥4小(xiǎo)時(shí))、能量型(約1~2小(xiǎo)時(shí))、功率型(≤30分鍾)和(hé)備用型(≥15分鍾)四類。不同應用場(chǎng)景對儲能技(jì)術(shù)的性能要求有(yǒu)所不同，而儲能成本則是決定儲能技(jì)術(shù)應用和(hé)産業發展規模最重要的參數(shù)。基于儲能全生(shēng)命周期建模的儲能平準化(度電(diàn))成本是目前國際上(shàng)通(tōng)用的儲能成本評價指标。

      度電(diàn)成本的評價适合容量型儲能場(chǎng)景(如削峰填谷)，因為(wèi)可(kě)以将其直接與峰谷電(diàn)價差進行(xíng)比較，從而判斷儲能投資是否具有(yǒu)經濟效益。但(dàn)是，在功率型調頻儲能場(chǎng)景下，采用裏程成本作(zuò)為(wèi)功率型儲能經濟性的評判标準更為(wèi)合理(lǐ)。

     2017-2019年，中國化學與物理(lǐ)電(diàn)源行(xíng)業協會(huì)儲能應用分會(huì)前後組織了六次全國範圍的儲能産業調研活動，共走訪100多(duō)家(jiā)儲能相關企事業單位和(hé)30餘個(gè)儲能電(diàn)站(zhàn)項目，掌握了豐富的實際儲能數(shù)據。因此，本文結合實地項目調研和(hé)其它資料數(shù)據，對各類儲能技(jì)術(shù)進行(xíng)分析，給出儲能技(jì)術(shù)度電(diàn)成本和(hé)裏程成本的詳細計(jì)算(suàn)方法，抛磚引玉，為(wèi)不同應用場(chǎng)景儲能技(jì)術(shù)的經濟性分析和(hé)比較提供量化評價依據。

2、儲能電(diàn)站(zhàn)全生(shēng)命周期成本

      儲能電(diàn)站(zhàn)全生(shēng)命周期成本可(kě)以分為(wèi)安裝成本和(hé)運行(xíng)成本，其中儲能電(diàn)站(zhàn)的安裝成本主要包括儲能系統成本、功率轉換成本和(hé)土建成本，運行(xíng)成本則包括運維成本、回收殘值和(hé)其他附加成本(如檢測費、入網費等)。

     儲能電(diàn)站(zhàn)全生(shēng)命周期的成本構成如圖1所示。

圖1 儲能電(diàn)站(zhàn)全生(shēng)命周期成本構成

3、系統成本

     儲能系統成本包括儲能系統的材料成本和(hé)制(zhì)造成本。由于任何儲能系統都具有(yǒu)一定的能量特性和(hé)功率特性，因此可(kě)以分别采用儲能系統能量成本Csys-e(萬元/(MW·h))和(hé)儲能系統功率成本Csys-p(萬元/MW)來(lái)評價同一儲能技(jì)術(shù)分别應用在容量型和(hé)功率型場(chǎng)景的系統成本。

       目前已商業化應用的儲能技(jì)術(shù)有(yǒu)抽水(shuǐ)蓄能、鉛蓄電(diàn)池和(hé)磷酸鐵(tiě)锂電(diàn)池。綜合調研數(shù)據獲知，目前抽水(shuǐ)蓄能電(diàn)站(zhàn)的投資成本為(wèi)60~64億元/GW，抽水(shuǐ)蓄能的系統能量成本為(wèi)120~170萬元/(MW·h)，未來(lái)随着選址經濟性的降低(dī)，系統成本會(huì)有(yǒu)一定程度上(shàng)升。鉛蓄電(diàn)池的系統能量成本在95~125萬元/(MW·h)，受上(shàng)遊鉛價及環保回收管控壓力的影(yǐng)響，未來(lái)系統成本降低(dī)的空(kōng)間(jiān)很(hěn)小(xiǎo)。磷酸鐵(tiě)锂電(diàn)池作(zuò)為(wèi)目前商業化應用的綜合性能較高(gāo)的典型儲能技(jì)術(shù)，系統能量成本為(wèi)150~230萬元/MWh，未來(lái)随着低(dī)成本創新電(diàn)池結構和(hé)工藝的開(kāi)發，其成本還(hái)有(yǒu)繼續下降的空(kōng)間(jiān)。

      作(zuò)為(wèi)功率型儲能技(jì)術(shù)，飛輪和(hé)超級電(diàn)容器(qì)屬于秒(miǎo)級至分鍾級時(shí)長儲能系統，如果要滿足不低(dī)于15min時(shí)長的電(diàn)力儲能時(shí)間(jiān)，系統功率成本大(dà)約在1000~1500萬元/MW。钛酸锂電(diàn)池也是典型的功率型儲能技(jì)術(shù)，目前系統功率成本為(wèi)200~300萬元/MW，未來(lái)還(hái)有(yǒu)進一步下降空(kōng)間(jiān)。

4、度電(diàn)成本

       度電(diàn)成本，也稱平準化成本(Levelized Cost of Electricity，LCOE)，是對儲能電(diàn)站(zhàn)全生(shēng)命周期內(nèi)的成本和(hé)發電(diàn)量進行(xíng)平準化後計(jì)算(suàn)得(de)到的儲能成本，即儲能電(diàn)站(zhàn)總投資/儲能電(diàn)站(zhàn)總處理(lǐ)電(diàn)量。度電(diàn)成本的計(jì)算(suàn)對于在容量型場(chǎng)景應用的儲能技(jì)術(shù)經濟性評估具有(yǒu)重要指導意義。針對度電(diàn)成本，除考慮儲能技(jì)術(shù)的使用壽命外，還(hái)應該考慮電(diàn)站(zhàn)能量效率以及電(diàn)化學儲能技(jì)術(shù)的放電(diàn)深度和(hé)容量衰減等。根據調研及文獻數(shù)據，圖2給出了不同儲能技(jì)術(shù)的度電(diàn)成本範圍。其中，容量型磷酸鐵(tiě)锂儲能電(diàn)站(zhàn)的度電(diàn)成本目前為(wèi)0.62~0.82元/(kW·h)。

圖2 幾類典型儲能技(jì)術(shù)的度電(diàn)成本

      對于锂離子電(diàn)池儲能技(jì)術(shù)，從全生(shēng)命周期的成本構成看，其功率轉換和(hé)土建的成本下降空(kōng)間(jiān)十分有(yǒu)限。過去8年裏，锂離子電(diàn)池單體(tǐ)(不是系統)的能量成本從450~600萬元/(MW·h)降至100~150萬元/(MW·h)，下降幅度近80%。但(dàn)其成本的年均下降比例并非線性，近兩年的成本降低(dī)幅度不到2013年的一半，沿用現有(yǒu)工藝技(jì)術(shù)成本下降空(kōng)間(jiān)有(yǒu)限，必須開(kāi)發變革性的電(diàn)池技(jì)術(shù)，從産品全生(shēng)命周期成本的角度考慮電(diàn)池結構和(hé)工藝創新設計(jì)，降低(dī)制(zhì)造、運維和(hé)回收處置成本，提高(gāo)系統殘值。以磷酸鐵(tiě)锂儲能電(diàn)池為(wèi)例，未來(lái)若能做(zuò)到以下幾點：1、進一步改進電(diàn)池結構和(hé)工藝，提高(gāo)材料利用率，降低(dī)10%的材料成本和(hé)30%的制(zhì)造成本;2、設計(jì)方便拆解回收的電(diàn)極及殼體(tǐ)結構，增加電(diàn)站(zhàn)殘值至20%;3、通(tōng)過在線維護系統補充活性锂離子，将系統終止(70%容量保持率)時(shí)的循環壽命提高(gāo)到7000次，則電(diàn)站(zhàn)的度電(diàn)成本可(kě)降至約0.3元/(kW·h)，可(kě)滿足容量型儲能大(dà)規模商業化應用的目标要求。

5、裏程成本

      裏程成本指在功率型調頻儲能電(diàn)站(zhàn)的生(shēng)命周期內(nèi)，平均到單位調頻裏程的電(diàn)站(zhàn)投資成本，即儲能電(diàn)站(zhàn)總投資/儲能電(diàn)站(zhàn)總調頻裏程。裏程成本是評價儲能電(diàn)站(zhàn)參與電(diàn)網一次調頻或二次調頻經濟性的重要指标。電(diàn)網的一次調頻指機組調速器(qì)及負荷特性自發吸收電(diàn)網高(gāo)頻低(dī)幅負荷波動以減少(shǎo)頻率變化，時(shí)間(jiān)尺度在秒(miǎo)級至分鍾級，火(huǒ)電(diàn)機組通(tōng)常的響應時(shí)間(jiān)在10~30s之間(jiān);二次調頻即AGC調頻，由機組跟随AGC指令以平抑區(qū)域控制(zhì)偏差，實現無差調節。由于受能量轉換機械過程的限制(zhì)，火(huǒ)電(diàn)機組提供二次調頻的響應速度比一次調頻要慢，響應時(shí)間(jiān)一般需要1～2min。儲能設備與火(huǒ)電(diàn)機組相結合共同提供調頻服務，可(kě)以提高(gāo)火(huǒ)電(diàn)機組運行(xíng)效率，減少(shǎo)機組磨損，提高(gāo)機組對于電(diàn)網AGC調頻指令的調節速率、響應速度和(hé)響應精度。根據調研及文獻數(shù)據，給出不同儲能技(jì)術(shù)用于AGC輔助調頻時(shí)的裏程成本範圍，如圖3所示。

圖3 幾類典型儲能技(jì)術(shù)的裏程成本

      從調研情況和(hé)數(shù)據分析來(lái)看，三元锂電(diàn)池應用于調頻儲能的安全問題尚有(yǒu)待解決。超級電(diàn)容器(qì)和(hé)飛輪瞬态輸出的功率成本雖然很(hěn)低(dī)，但(dàn)為(wèi)達到AGC調頻應用的規定出力時(shí)間(jiān)，需要增加配置容量，因此實際的系統功率成本非常高(gāo)，尚不能被市場(chǎng)接受。目前功率型磷酸鐵(tiě)锂電(diàn)池已能夠在局部地區(qū)的電(diàn)力輔助服務市場(chǎng)獲得(de)較好收益，但(dàn)每天頻繁的充放電(diàn)次數(shù)對于電(diàn)池壽命沖擊影(yǐng)響較大(dà)， SOC的估算(suàn)也較困難，另外，在系統生(shēng)命後期，電(diàn)池不一緻性問題突出。這些(xiē)都是未來(lái)功率型儲能技(jì)術(shù)有(yǒu)待解決的瓶頸問題。

6、結論

(1)儲能電(diàn)站(zhàn)的全生(shēng)命周期成本包括系統成本、功率轉換成本、土建成本、運維成本、回收殘值和(hé)其它成本。根據容量型和(hé)功率型應用場(chǎng)景的不同，應分别用度電(diàn)成本和(hé)裏程成本評估儲能電(diàn)站(zhàn)的經濟性;

(2)當前抽水(shuǐ)蓄能電(diàn)站(zhàn)投資功率成本約5500~7000元/kW，度電(diàn)成本0.21~0.25元/kWh，未來(lái)随選址經濟性降低(dī)，度電(diàn)成本會(huì)有(yǒu)小(xiǎo)幅上(shàng)升;電(diàn)化學儲能目前的度電(diàn)成本大(dà)緻在0.6~0.9元/kWh，距離規模應用的目标成本0.3~0.4元/kWh還(hái)有(yǒu)相當的差距，容量型電(diàn)化學儲能技(jì)術(shù)中經濟性較好的是磷酸鐵(tiě)锂電(diàn)池，但(dàn)與抽水(shuǐ)蓄能相比仍然偏高(gāo)，度電(diàn)成本為(wèi)0.6~0.8元/kWh，尚不能完全依賴峰谷價差實現盈利;磷酸鐵(tiě)锂電(diàn)池儲能電(diàn)站(zhàn)在功率型場(chǎng)景應用的裏程成本6~9元/MW，能夠在局部地區(qū)的輔助調頻服務市場(chǎng)獲得(de)收益;

(3)圍繞“低(dī)成本、長壽命、高(gāo)安全和(hé)易回收”的目标，未來(lái)電(diàn)化學儲能技(jì)術(shù)的研究需要明(míng)确攻關方向，重點突破以下內(nèi)容：①開(kāi)發颠覆性的儲能本體(tǐ)內(nèi)部安全可(kě)控技(jì)術(shù)，提升儲能系統安全至完全可(kě)控等級;②開(kāi)發颠覆性的修複延壽技(jì)術(shù)，延長儲能系統壽命至10~20年;③開(kāi)發易回收的電(diàn)池結構技(jì)術(shù)和(hé)低(dī)成本的回收再生(shēng)技(jì)術(shù)，實現貴金屬元素資源再生(shēng)率大(dà)于90%;④開(kāi)發低(dī)成本系統制(zhì)造技(jì)術(shù)，降低(dī)系統成本40%以上(shàng)，實現高(gāo)性能儲能裝備的國産化，服務于全球儲能市場(chǎng)。

免責聲明(míng)：本文原載于互聯網，版權歸原作(zuò)者所有(yǒu)。如涉及作(zuò)品版權問題，請(qǐng)與我們聯系，我們将在第一時(shí)間(jiān)協商版權問題或删除內(nèi)容！內(nèi)容為(wèi)作(zuò)者個(gè)人(rén)觀點，并不代表本公衆号贊同其觀點和(hé)對其真實性負責。