各類儲(chǔ)能技術(shù)度電成本分析

　　受益于“十四五”儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)政策利好，以及新型儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用市場(chǎng)的快速發(fā)展，市場(chǎng)前景被上市公司及投資方長(zhǎng)期看好，企業(yè)正加速多元布局。

　　在新型電力系統(tǒng)中，儲(chǔ)能將成為至關(guān)重要的一環(huán)，是新能源消納以及電網(wǎng)安全保障必要保障，在發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、用電側(cè)都會(huì)得到廣泛的應(yīng)用，需求空間廣闊。國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，風(fēng)光強(qiáng)制配儲(chǔ)政策推動(dòng)儲(chǔ)能需求指數(shù)增長(zhǎng)。在市場(chǎng)需求爆發(fā)以及政策鼓勵(lì)的雙重推動(dòng)下，成熟的抽水蓄能、鋰電儲(chǔ)能呈現(xiàn)爆發(fā)性增長(zhǎng)，其他新型儲(chǔ)能技術(shù)也進(jìn)入了發(fā)展快車道。

　　今天將帶大家了解各種儲(chǔ)能度電成本計(jì)算。

　　一、儲(chǔ)能度電成本的計(jì)算

　　1、 平準(zhǔn)化度電成本的計(jì)算方法

　　平準(zhǔn)化度電成本(Levelized Cost of Energy, LCOE)，是對(duì)項(xiàng)目生命周期內(nèi) 的成本和發(fā)電量先進(jìn)行平準(zhǔn)化，再計(jì)算得到的發(fā)電成本，即生命周期內(nèi)的成本現(xiàn)值 /生命周期內(nèi)發(fā)電量現(xiàn)值。

　　相類似地，儲(chǔ)能的全生命周期成本即平準(zhǔn)化儲(chǔ)能成本(Levelized Cost of Storage，LCOS)。LCOS 可以概括為一項(xiàng)儲(chǔ)能技術(shù)的全生命周期成本除以其累計(jì)傳輸?shù)碾娔芰炕螂姽β?，反映了凈現(xiàn)值為零時(shí)的內(nèi)部平均電價(jià)，即該項(xiàng)投資的盈利點(diǎn)。平準(zhǔn)化儲(chǔ)能成本(LCOS)量化了特定儲(chǔ)能技術(shù)和應(yīng)用場(chǎng)景下單位放電量的折現(xiàn)成本，考慮了影響放電壽命成本的所有技術(shù)和經(jīng)濟(jì)參數(shù)，可以與平準(zhǔn)化度電成本 (LCOE)類比，是進(jìn)行儲(chǔ)能技術(shù)成本比較的合適工具。

　　具體而言，平準(zhǔn)化儲(chǔ)能成本為投資成本、運(yùn)營(yíng)維護(hù)(O&M)、充電成本，三者 之和除以投資期間的總放電量，鑒于數(shù)據(jù)的可得性，暫不考慮放電深度和容量衰退、 回收成本。

　　具體計(jì)算公式以及涉及的指標(biāo)如下：

　　1)投資成本

　　容量成本是指儲(chǔ)能系統(tǒng)中與儲(chǔ)能容量相關(guān)的設(shè)備和施工成本，如電池儲(chǔ)能中的電池、電池集裝箱等設(shè)備費(fèi)用和施工費(fèi)用，抽水蓄能電站中水庫(kù)的成本，壓縮空氣儲(chǔ)能中儲(chǔ)氣室和儲(chǔ)熱系統(tǒng)的成本等。

　　功率成本是指儲(chǔ)能系統(tǒng)中與功率相關(guān)的設(shè)備和施工成本，如電池儲(chǔ)能系統(tǒng)中的變流器、變壓器等設(shè)備，抽水蓄能電站中的水輪機(jī)，如電池儲(chǔ)能系統(tǒng)中的變流器、變壓器等設(shè)備，抽水蓄能電站中的水輪機(jī)，壓縮空氣儲(chǔ)能中的壓縮機(jī)和膨脹機(jī)等。

　　如公式中所示，CE 為隨容量變化的裝機(jī)成本，CP 為隨功率變化的裝機(jī)成本，功率成本+容量成本=單位功率成本*儲(chǔ)能功率+單位容量成本*儲(chǔ)能容量=單位功率成本*儲(chǔ)能容量/放電時(shí)長(zhǎng) +單位容量成本*儲(chǔ)能容量。

　　2)充電成本

　　充電成本是計(jì)算度電成本的重要要素，但由于充電成本需要考慮電價(jià)本身，各地區(qū)差異化較大，很難比較。另外，不同類型電力能源上網(wǎng)電價(jià)也不相同，風(fēng)電、氣電、火電價(jià)格較貴，風(fēng)光實(shí)現(xiàn)評(píng)價(jià)上網(wǎng)。因此，如果僅從比較各類儲(chǔ)能技術(shù)的度電成本角度出發(fā)，可以統(tǒng)一不考慮其充電成本 PC，只考慮其儲(chǔ)存和釋放過(guò)程的成本。

　　3)運(yùn)維成本

　　儲(chǔ)能的運(yùn)維成本主要包括這就人工、燃料動(dòng)力、部件更換等。

　　4)累計(jì)輸送電量

　　要計(jì)算儲(chǔ)能的度電成本，就要儲(chǔ)能系統(tǒng)全生命周期可以釋放多少度電或循環(huán)的次數(shù)。這其中涉及到儲(chǔ)能系統(tǒng)的系統(tǒng)壽命 T(年為單位)、年循環(huán)次數(shù) n(t)、以及循環(huán)效率。

　　為了對(duì)比各類儲(chǔ)能技術(shù)度電成本的變化趨勢(shì)，首先對(duì)各類技術(shù)到 2030 年的儲(chǔ) 能容量、能量單元成本、使用壽命、充放電效率等進(jìn)行假設(shè)：

　　A、容量成本方面

　　假設(shè) 2030 年前儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展速度較快，后期隨著技術(shù)、設(shè)備成熟度提高，降本速度逐漸放緩，即假設(shè) 2020-2030 年期間以上幾種儲(chǔ)能方式容量成本下降 20%。

　　鉛炭電池，由于材料成本(鉛)占比較大，因此其容量成本下降空間較為有限，假設(shè) 2020-2030 年容量成本不變。

　　抽水蓄能方面，假設(shè) 2020-2030 年抽水蓄能容量成本上升 10%。

　　壓縮空氣儲(chǔ)能方面，考慮到壓縮空氣儲(chǔ)能所用設(shè)備均已高度成熟化，因此其成本下降幅度有限，假設(shè)到 2030 年成本下降 10%。

　　氫儲(chǔ)能方面，假設(shè) 2020-2030 年容量成本也保持不變。

　　B、功率成本方面

　　鉛炭電池材料成本占比較高，成本下降空間有限，假設(shè) 2020-2030 年，鉛炭電池功率成本下降 10%，其余電化學(xué)儲(chǔ)能功率成本下降 20%。

　　機(jī)械儲(chǔ)能方面，考慮到壓縮空氣儲(chǔ)能所用壓縮機(jī)、膨脹機(jī)、儲(chǔ)氣、熱交換等設(shè)備均已高度成熟化，因此其功率成本下降幅度也有限，假設(shè)到 2030 年下降至 7500 元/kW。

　　氫儲(chǔ)能方面，假設(shè) 2020-2030 年氫儲(chǔ)能功率成本下降 10%。

　　C、充放電效率方面

　　假設(shè)短期內(nèi)到 2030 年鋰離子、鈉離子電池充放電效率達(dá)到 90%，液流電池、鉛炭電池充放電效率達(dá)到 85%。抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能充放電效率也有小幅提升，但相對(duì)其他技術(shù)充放電效率較低。

　　折現(xiàn)率是指將未來(lái)有限期預(yù)期收益折算成現(xiàn)值的比率。折現(xiàn)率越高，就意味著 對(duì)于當(dāng)下的偏好越高。這一概念也可以用于儲(chǔ)能的成本計(jì)算。假設(shè)儲(chǔ)能成本的折現(xiàn)率為 7%， 每年的運(yùn)維費(fèi)用一般為初始投資成本的 3%左右。

　　我們可以大致測(cè)算出各類儲(chǔ)能技術(shù)的度電成本：

　　1、從2020 年來(lái)看，各類儲(chǔ)能技術(shù)度電成本的排序從低到高分別是：抽水蓄能<鋰離子電池<全釩液流電池<鉛炭電池<壓縮空氣<鈉離子電池<鈉硫電池<氫儲(chǔ)能。

　　抽水蓄能仍然是當(dāng)前度電成本最低的方案，顯著低于其他儲(chǔ)能技術(shù)，鋰離子、全釩液流電池儲(chǔ)能成本相當(dāng)，是僅次于抽水蓄能的度電成本較低的技術(shù)。

　　壓縮空氣儲(chǔ)能、鈉離子電池儲(chǔ)能度電成本也處于1 元/kWh 之下，鈉硫電池、氫儲(chǔ)能尚不具備成本優(yōu)勢(shì)。

　　2、到 2030 年，各類儲(chǔ)能技術(shù)的度電成本從低到高排序或依次為：鋰離子電池<抽水蓄能<全釩液流電池<鉛炭電池< 鈉離子電池<壓縮空氣<鈉硫電池<氫儲(chǔ)能。

　　也就是說(shuō)，若鋰離子電池容量成本、功率成本在 2020-2030 年能實(shí)現(xiàn) 20% 的下降，則到 2030 年其平準(zhǔn)化儲(chǔ)能度電成本將有望低于現(xiàn)階段最經(jīng)濟(jì)的抽水蓄能。

　　總體上看，全釩液流電池、鋰離子電池均有望實(shí)現(xiàn)較大幅度降本，到 2030 年仍是電化學(xué)儲(chǔ)能中度電成本最低的兩種技術(shù);鉛炭電池、鈉離子電池、壓縮空氣儲(chǔ)能度電成本其次，氫儲(chǔ)能度電成本仍然處于較高水平。

　　二、關(guān)于各類儲(chǔ)能經(jīng)濟(jì)性對(duì)比中需要注意的幾點(diǎn)問(wèn)題

　　1 、關(guān)于各類儲(chǔ)能技術(shù)度電成本的可比性

　　由于抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能、重力儲(chǔ)能等機(jī)械儲(chǔ)能物理儲(chǔ)能壽命更長(zhǎng)，均在 30年左右，因此從現(xiàn)階段看，其度電成本自然會(huì)更低，相比之下，電化學(xué)儲(chǔ)能的系統(tǒng)壽命較短，在度電成本上較機(jī)械儲(chǔ)能沒(méi)有明顯優(yōu)勢(shì)。因此，平準(zhǔn)化儲(chǔ)能度電成本更適合將各類電化學(xué)儲(chǔ)能、各類機(jī)械儲(chǔ)能分別進(jìn)行對(duì)比。

　　2、為什么將初始投資成本分為容量成本、功率成本?

　　以大型鋰離子電池儲(chǔ)能電站為例，100MW/200MWh 是比較常見(jiàn)的配置，其 中 100MW 是指對(duì)外充放電的功率，200MWh 是指容量。一般可以理解為與直流側(cè)相關(guān)的部件與時(shí)長(zhǎng)、容量相關(guān)，而交流，即逆變器之后的環(huán)節(jié)與功率相關(guān)，與時(shí)長(zhǎng)無(wú)關(guān)。所以，可以將儲(chǔ)能系統(tǒng)各部件的成本大致分為與容量相關(guān)、與功率相關(guān)兩部分，即容量成本、功率成本。也有部分與容量、功率都無(wú)關(guān)的成本，比如電池管理系統(tǒng)(EMS)，但由于占比較小，在我們的測(cè)算過(guò)程中暫不考慮。

　　3、儲(chǔ)能度電成本要降低到多少才有意義?

　　儲(chǔ)能，即能量的存儲(chǔ)，指在能量富余時(shí)利用裝置或介質(zhì)將能量存儲(chǔ)起來(lái)，并在 需要時(shí)再釋放的過(guò)程，其本質(zhì)是調(diào)節(jié)能量供求在時(shí)間和強(qiáng)度上的不匹配問(wèn)題。

　　對(duì)于風(fēng)電、光伏等間歇式能源而言，當(dāng)期發(fā)電成本、儲(chǔ)能度電成本之和低于火電時(shí)，其相比火電則更有優(yōu)勢(shì)。例如，在一些資源較好的的地區(qū)光伏發(fā)電成本在 0.1-0.15 元/kwh，那么只要上網(wǎng)電價(jià)高于這一價(jià)格就可以實(shí)現(xiàn)盈利。而如果配套一個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)，隨著其循環(huán)次數(shù)快速提升，假設(shè)儲(chǔ)能系統(tǒng)本身的度電成本可以降低至 0.2 元，則通過(guò)儲(chǔ)能系統(tǒng)輸送電成本則為 0.3-0.35 元/kwh。以國(guó)電電力為例，2022 年 1-6 月平均上網(wǎng)電價(jià) 為 0.35 元/kwh。

　　因此，若當(dāng)前儲(chǔ)能度電成本可以降低至 0.2 元/kwh 及以下，則光儲(chǔ)結(jié)合相比火電或具備經(jīng)濟(jì)性，而其二者結(jié)合提供的電也更加穩(wěn)定可控。但各地區(qū)發(fā)電成本、上網(wǎng)電價(jià)不同，或存在一定差異性。

　　4、鋰離子電池放電時(shí)長(zhǎng)假設(shè)為 4 小時(shí)，還有提升空間嗎?

　　對(duì)于鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)而言，充放電時(shí)常常與功率、容量相關(guān)。以目前的 200MWh 系統(tǒng)為例，若以 100MW 功率放電，可以釋放 2 小時(shí)，如果以 50MW 功率放電，放電時(shí)長(zhǎng)可以達(dá)到 4 小時(shí)。如果配置 800MWh 大容量的電芯也并非不可以，但由于電芯價(jià)格較貴，在鋰電池儲(chǔ)能 EPC 度電成本占比中近一半，因此，增加電池容量必然會(huì)導(dǎo)致成本大幅提升，在當(dāng)前儲(chǔ)能收益較小的階段，做更大容量電芯并不劃算。

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