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电化学储能电站的全寿命周期成本分析

2021-04-21 293 上传者：管理员

摘要：储能是现代能源系统的重要环节，是提升传统电力系统灵活性、经济性和安全性的重要手段。目前储能的发展面临着成本高、投资大和无法体现储能综合价值等问题，成为影响储能大规模推广的关键因素。因此，本文从全面寿命周期角度深入分析电化学储能电站的成本构成，并分析各项成本测算要考虑的主要参数，以期为电化学储能电站的成本精细化管理提供依据和决策指导。

关键词：
充电成本
全寿命周期成本
年运行维护成本
建设成本
电化学储能电站
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储能是现代能源系统的重要环节，是提升传统电力系统灵活性、经济性和安全性的重要手段。它可广泛应用于电力系统的发、输、配、用各个环节，可以提高电网运行安全性、可靠性及灵活性，被各方认为具有广阔的发展机遇和应用前景。相对于其他储能技术，电池储能技术系统反应机制迅速，运行效率高，方式多种多样，经济效益优良，在电力系统各个领域被广泛应用。近年来，随着我国储能产业相关政策出台和落地实施，电化学储能技术应用快速发展，已在电力系统发输配用各个环节得到示范或商业化应用。而目前来说，储能成本高昂，投资额巨大，综合价值不明显，这些都是影响储能大规模推广的关键因素。

大量文献研究电池储能系统的经济性及经济性评估，经济性评估过程中会涉及成本分析。孙波等认为钠硫储能系统的总成本包括每年的建设成本、充电成本和运行成本之和。其中运行成本包括运行、维护费用以及系统因使用而需要支付的管理等费用等。在成本分析方面，这些研究成果只考虑了投资成本和年运行维护费用，对于全寿命周期成本中的更换成本、废弃处置成本等未考虑周到。薛金花等建立了通用的全寿命周期成本模型，用于全面计算储能的成本，包括储能的安装成本、运行维护成本、更换成本和回收价值。叶邯等采用全寿命周期成本(lifecyclecost,LCC)理论，通过构建储能系统的成本模型，分析电池储能系统的成本构成。电池储能系统成本主要由采购成本、安装成本、更换成本、年运行维护成本、辅助设备成本和回收价值构成。王明等应用等效循环寿命法和雨流计数法测算电池储能寿命，该测算是在LCC理论构建储能新系统的经济评价模型中进行的，考虑储能的初始投资及置换成本、辅助设备成本、运行维护成本、报废处理成本、惩罚成本、回收残值。刘思强等从储能产品与服务的价值角度出发，构建了新型储能项目综合商业价值量化模型，该模型能应用于多场景，成本模型中考虑了电池充放电成本、年运行维护成本、用电成本、安装建设成本和更换电池与设备成本。储能电站的经营过程中还会产生财务成本和税费，这些文献并没有考虑这些费用。李娜等建立根据储能电池系统和运行特性与寿命，建立了梯次电池储能系统平准化成本分析模型，对电池储能系统与梯次电池储能系统的平准化成本进行一系列的对比分析，具体包括初始投资成本、运行维护成本、充电成本和财务费用。以上研究成果没有综合考虑电化学储能的综合成本，并分析各项成本测算需要考虑的主要参数。因此，本文主要从全寿命周期角度分析并量化电化学储能电站成本，从全寿命周期角度对电化学储能电站成本进行管控，为电化学储能电站成本的精益化管理提供依据和决策指导。

1、电化学储能电站的成本构成及影响参数

电化学储能电站全寿命周期过程包括项目建设阶段和项目运营阶段。一方面要分析电化学储能电站成本构成；另一方面要分析各项成本的计算影响参数。

1.1建设成本

储能电站的建设成本，也被称为系统成本，是指单位容量的储能系统的成本。主要由设备安装成本(含电池成本)和施工建造成本组成(未计及土地成本)。储能设备包括储能电池、电池管理系统、储能逆变器和配电系统等，这些设备的购置费用构成设备安装成本。施工建造成本主要包括建筑工程费、安装工程费和设备设施设计、调试等费用。在设备成本中电池成本所占比例较大，同时电池的运行维护和故障更换专业性较强，投资方为了降低一次性投资的财务负担及电池的运行维护难度，采取租赁方式，向电池生产厂家租赁电池，租期为十年；电池生产厂家在租赁期内负责日常运行维护和免费更换故障电池，投资方按年支付电池成本。在进行储能建设成本的测算过程中要考虑总建设成本递减比例、单位能量建设成本和储能能力参数。

1.2充电成本

储能电站的充电成本是指充电过程中发生的全部费用。在充电时，由于能源转化效率不能达到百分之百，从而产生能量损耗生成的成本，因此，该部分成本主要取决于能量转化效率。例如充电电费为1个单位价格每千瓦时，对一个效率为75%的储能设备而言其全部能源成本为：1/75%=1.33/千瓦时。测算储能充电成本要考虑充电电价、设备利用效率、储能系统每年的放电量和能源转化效率参数。

1.3运营人工成本

在某些情况下，储能设备运行可能需要人工。在一定范围内，固定的人工成本与储存电量的大小没有关系，其费用总额具有不变性。可变的人工成本与存储使用的频率和持续时间成正比。在许多情况下，对于电池储能电站人工成本的核算主要根据储能设备及储存能力的大小而定，暂时没有明确的价值标准。根据杨海波等研究，储能电站运营人工成本可以通过单位人工成本和员工人数测算得出储能电站运营人工成本。

1.4运行维护成本

储能电站的运行维护成本是为了维持储能电站处于良好的待机状态所需要的费用。该成本包括光伏电池板清洗费用、电站管理、检修费用等。不管使用多少存储，固定的维护成本都是相同的。可变的维护成本与存储使用的频率和持续时间成正比。运行检修成本一般按照运检费率乘以初始投资得到。考虑到ESS的使用寿命有限，系统在运行中会发生一定的耗损，产生系统寿命耗损成本。所以在测算储能电站运行维护成本时，需要综合考虑总建设成本递减比例、运行维护费率、单位能量建设成本和储能能力等参数。

1.5储能用途的厂用电成本

储能用途的厂用电成本是储能电站用于储能用途的用电成本。电厂维持储能电站运行所发生的外购电费的成本，包括购电费、自用电费和与之相关的薪酬费和管理费用等。在储能用途的厂用电成本计算过程中，要考虑常年平均用电率、储能电站用于储能用途的电量占厂用电量的比例、充电电价、储能能力等参数。

1.6更换储能电池与设备成本

在电化学储能项目中，储能元件的蓄电池因为循环次数较少，在运行过程中需多次替换，就产生了更换储能电池与设备成本(Replacementcost)。在通常情况下，电池和设备的使用寿命小于储能系统项目周期，因此在项目的运行周期内需考虑到电池的更换成本，包括更新材料设备的购置费用、安装费用、工人薪酬费用等。更换成本被视为可变成本，其大小主要取决于电池的使用寿命及使用频率。如按照锂离子电池(磷酸铁锂)4000次循环寿命及每天充放电两次来计算，电池每5.56年需要更换一次。当储能电池超过使用年限时，将电池全部更换是不经济、不环保的。因此在实际运行中，根据电池的年衰减率每年增补一定的容量，保证储能系统的可用容量。更换储能电池与设备成本可以通过蓄电池替换年度成本、储能装置容量和储能装置转换效率进行计算。其中影响蓄电池替换年度成本的因素有替换费用、替换周期、投资回报期、贴现率、蓄电池充放电循环周期次数、蓄电池年度运行天数等。由于电池充放电循环次数有限，电池容量会逐渐衰减，在储能系统运行过程中需要经常替换蓄电池，因此需要考虑电池容量衰减成本和资金的时间价值。但由于不同类型的储能电池其寿命周期各不相同，并且其实际寿命与充放电深度和充放电次数等因素相关，具有不确定性，因此该参数在实际运用中根据其影响因素确定。

1.7考核成本

从全寿命周期成本的角度来看，传统的成本电价模型没有考虑到的考核费用，是不可忽视的部分。根据《山东电网光伏电站调度管理规定(试行)》,省调下达的日发电调度计划曲线和调度指令光伏电站应严格执行，及时调节有功出力，实际出力与调度计划偏移的部分，按照曲线进行违约考核。考核成本测算要考虑调度的考核费用、电量惩罚价格、光储电站计划出力、光储并网功率等参数。

1.8处置成本

储能系统各部分元件寿命耗尽时，需要对其进行无害化处理，所投入的资金就是处置成本。该成本主要分为两方面：环保费用支出和设备残值。回收电池所付出的成本就是环保费用支，而初始投资成本和回收系数将决定设备残值的大小。目前，我国对电池进行资源化回收的产业还未成型，正处于发展之中。基于这个原因，大部分废旧元件没有得到有效的处置，这些废弃物会给自然环境和人类健康带来极大的威胁。现有的废旧电池处理方式主要有固化深埋、存放于废矿井和资源化回收。按照国外的经验做法，与任何存储系统相关的退役成本都不容忽视。寿命终结后的电池必须要进行拆解，去除化学物质。理想情况下，拆卸的电池及其化学物质可以回收利用，这可以抵减部分拆解及处置有害物质带来的损失，但最终与处置相关的成本应该包含在储能电站的总成本当中。

在可预见的未来，回收价值对电池储能的经济性的影响会越来越大，原因是储能电池回收机制的建立和日益完善。比如铅炭电池，随着铅回收技术的发展与进步，目前铅炭电池可实现100%回收，设备残值可达到初始投资的20%。而废锂电池的回收就面临了很多问题，它的回收技术复杂，成本高昂，目前尚无很好的回收方案，没有明确的回收价值，设备残值可看作零。因此，在储能处置成本测算要考虑的有单位容量采购价格、储能系统的额定容量、单位功率储能逆变器价格、单位功率辅助设备成本和残值率参数。

1.9其他成本

储能电站成本还包括财务成本、税金等其他成本。财务成本主要是储能电站长期贷款所产生的利息费用。而利息费用的测算要考虑贷款比例、调度时段、还款年限、贷款利率和初始投资参数。储能电站经营过程中要考虑税收支出。税金主要包括增值税、所得税和销售税金附加。其中，销售税金附加包括城市维护建设税和教育费附加。

2、结束语

随着储能成本的降低，储能可以在电力系统发输配用各个环节得到规模化应用，大规模地发挥移峰、能量管理等作用。本文从全面寿命周期角度对电化学储能项目进行成本分析，并量化电化学储能项目的各类成本。该成本分为建设成本和总运营成本，其中，总营运成本主要包括充电成本、人工成本、运行维护成本、储能用途的厂用电成本和更换储能电池的成本，以及设备成本、处置成本、考核成本、财务成本、税费等。明确各项成本以及具体影响参数，能够为电化学储能电站的成本精益化管理提供一定依据。

参考文献：

[1]孙波,廖强强,陆宇东,等.钠硫电池储能系统的电价机制研究[J].电网技术,2014,38(08):2108-2113.

[2]叶邯,李培强,黄际元,等.应用于调峰的电池储能系统平准化分析[J].供用电,2020,37(02):8-13.

[3]王明,李欣然,谭绍杰,等.考虑经济性的风储联合双应用的储容配置方法[J].电力系统及其自动化学报,2017,29(2):7-13.

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