王雅瑩 黃運(yùn) 陳澤壹 劉海燕

摘 要：儲能是現(xiàn)代能源系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，是提升傳統(tǒng)電力系統(tǒng)靈活性、經(jīng)濟(jì)性和安全性的重要手段。目前儲能的發(fā)展面臨著成本高、投資大和無法體現(xiàn)儲能綜合價值等問題，成為影響儲能大規(guī)模推廣的關(guān)鍵因素。因此，本文從全面壽命周期角度深入分析電化學(xué)儲能電站的成本構(gòu)成，并分析各項(xiàng)成本測算要考慮的主要參數(shù)，以期為電化學(xué)儲能電站的成本精細(xì)化管理提供依據(jù)和決策指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：電化學(xué)儲能電站;全壽命周期成本;建設(shè)成本;充電成本;年運(yùn)行維護(hù)成本

中圖分類號：F23 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2021.14.056

0 引言

儲能是現(xiàn)代能源系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，是提升傳統(tǒng)電力系統(tǒng)靈活性、經(jīng)濟(jì)性和安全性的重要手段。它可廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)的發(fā)、輸、配、用各個環(huán)節(jié)，可以提高電網(wǎng)運(yùn)行安全性、可靠性及靈活性，被各方認(rèn)為具有廣闊的發(fā)展機(jī)遇和應(yīng)用前景。相對于其他儲能技術(shù)，電池儲能技術(shù)系統(tǒng)反應(yīng)機(jī)制迅速，運(yùn)行效率高，方式多種多樣，經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)良，在電力系統(tǒng)各個領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。近年來，隨著我國儲能產(chǎn)業(yè)相關(guān)政策出臺和落地實(shí)施，電化學(xué)儲能技術(shù)應(yīng)用快速發(fā)展，已在電力系統(tǒng)發(fā)輸配用各個環(huán)節(jié)得到示范或商業(yè)化應(yīng)用。而目前來說，儲能成本高昂，投資額巨大，綜合價值不明顯，這些都是影響儲能大規(guī)模推廣的關(guān)鍵因素。

大量文獻(xiàn)研究電池儲能系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性及經(jīng)濟(jì)性評估，經(jīng)濟(jì)性評估過程中會涉及成本分析。孫波等認(rèn)為鈉硫儲能系統(tǒng)的總成本包括每年的建設(shè)成本、充電成本和運(yùn)行成本之和。其中運(yùn)行成本包括運(yùn)行、維護(hù)費(fèi)用以及系統(tǒng)因使用而需要支付的管理等費(fèi)用等。在成本分析方面，這些研究成果只考慮了投資成本和年運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用，對于全壽命周期成本中的更換成本、廢棄處置成本等未考慮周到。薛金花等建立了通用的全壽命周期成本模型，用于全面計(jì)算儲能的成本，包括儲能的安裝成本、運(yùn)行維護(hù)成本、更換成本和回收價值。葉邯等采用全壽命周期成本（life cycle cost，LCC）理論，通過構(gòu)建儲能系統(tǒng)的成本模型，分析電池儲能系統(tǒng)的成本構(gòu)成。電池儲能系統(tǒng)成本主要由采購成本、安裝成本、更換成本、年運(yùn)行維護(hù)成本、輔助設(shè)備成本和回收價值構(gòu)成。王明等應(yīng)用等效循環(huán)壽命法和雨流計(jì)數(shù)法測算電池儲能壽命，該測算是在LCC理論構(gòu)建儲能新系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)評價模型中進(jìn)行的，考慮儲能的初始投資及置換成本、輔助設(shè)備成本、運(yùn)行維護(hù)成本、報廢處理成本、懲罰成本、回收殘值。劉思強(qiáng)等從儲能產(chǎn)品與服務(wù)的價值角度出發(fā)，構(gòu)建了新型儲能項(xiàng)目綜合商業(yè)價值量化模型，該模型能應(yīng)用于多場景，成本模型中考慮了電池充放電成本、年運(yùn)行維護(hù)成本、用電成本、安裝建設(shè)成本和更換電池與設(shè)備成本。儲能電站的經(jīng)營過程中還會產(chǎn)生財(cái)務(wù)成本和稅費(fèi)，這些文獻(xiàn)并沒有考慮這些費(fèi)用。李娜等建立根據(jù)儲能電池系統(tǒng)和運(yùn)行特性與壽命，建立了梯次電池儲能系統(tǒng)平準(zhǔn)化成本分析模型，對電池儲能系統(tǒng)與梯次電池儲能系統(tǒng)的平準(zhǔn)化成本進(jìn)行一系列的對比分析，具體包括初始投資成本、運(yùn)行維護(hù)成本、充電成本和財(cái)務(wù)費(fèi)用。以上研究成果沒有綜合考慮電化學(xué)儲能的綜合成本，并分析各項(xiàng)成本測算需要考慮的主要參數(shù)。因此，本文主要從全壽命周期角度分析并量化電化學(xué)儲能電站成本，從全壽命周期角度對電化學(xué)儲能電站成本進(jìn)行管控，為電化學(xué)儲能電站成本的精益化管理提供依據(jù)和決策指導(dǎo)。

1 電化學(xué)儲能電站的成本構(gòu)成及影響參數(shù)

電化學(xué)儲能電站全壽命周期過程包括項(xiàng)目建設(shè)階段和項(xiàng)目運(yùn)營階段。一方面要分析電化學(xué)儲能電站成本構(gòu)成;另一方面要分析各項(xiàng)成本的計(jì)算影響參數(shù)。

1.1 建設(shè)成本

儲能電站的建設(shè)成本，也被稱為系統(tǒng)成本，是指單位容量的儲能系統(tǒng)的成本。主要由設(shè)備安裝成本（含電池成本）和施工建造成本組成（未計(jì)及土地成本）。儲能設(shè)備包括儲能電池、電池管理系統(tǒng)、儲能逆變器和配電系統(tǒng)等，這些設(shè)備的購置費(fèi)用構(gòu)成設(shè)備安裝成本。施工建造成本主要包括建筑工程費(fèi)、安裝工程費(fèi)和設(shè)備設(shè)施設(shè)計(jì)、調(diào)試等費(fèi)用。在設(shè)備成本中電池成本所占比例較大，同時電池的運(yùn)行維護(hù)和故障更換專業(yè)性較強(qiáng)，投資方為了降低一次性投資的財(cái)務(wù)負(fù)擔(dān)及電池的運(yùn)行維護(hù)難度，采取租賃方式，向電池生產(chǎn)廠家租賃電池，租期為十年;電池生產(chǎn)廠家在租賃期內(nèi)負(fù)責(zé)日常運(yùn)行維護(hù)和免費(fèi)更換故障電池，投資方按年支付電池成本。在進(jìn)行儲能建設(shè)成本的測算過程中要考慮總建設(shè)成本遞減比例、單位能量建設(shè)成本和儲能能力參數(shù)。

1.2 充電成本

儲能電站的充電成本是指充電過程中發(fā)生的全部費(fèi)用。在充電時，由于能源轉(zhuǎn)化效率不能達(dá)到百分之百，從而產(chǎn)生能量損耗生成的成本，因此，該部分成本主要取決于能量轉(zhuǎn)化效率。例如充電電費(fèi)為1個單位價格每千瓦時，對一個效率為75%的儲能設(shè)備而言其全部能源成本為：1/75%=1.33/千瓦時。測算儲能充電成本要考慮充電電價、設(shè)備利用效率、儲能系統(tǒng)每年的放電量和能源轉(zhuǎn)化效率參數(shù)。

1.3 運(yùn)營人工成本

在某些情況下，儲能設(shè)備運(yùn)行可能需要人工。在一定范圍內(nèi)，固定的人工成本與儲存電量的大小沒有關(guān)系，其費(fèi)用總額具有不變性?？勺兊娜斯こ杀九c存儲使用的頻率和持續(xù)時間成正比。在許多情況下，對于電池儲能電站人工成本的核算主要根據(jù)儲能設(shè)備及儲存能力的大小而定，暫時沒有明確的價值標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)楊海波等研究，儲能電站運(yùn)營人工成本可以通過單位人工成本和員工人數(shù)測算得出儲能電站運(yùn)營人工成本。

1.4 運(yùn)行維護(hù)成本

儲能電站的運(yùn)行維護(hù)成本是為了維持儲能電站處于良好的待機(jī)狀態(tài)所需要的費(fèi)用。該成本包括光伏電池板清洗費(fèi)用、電站管理、檢修費(fèi)用等。不管使用多少存儲，固定的維護(hù)成本都是相同的。可變的維護(hù)成本與存儲使用的頻率和持續(xù)時間成正比。運(yùn)行檢修成本一般按照運(yùn)檢費(fèi)率乘以初始投資得到?？紤]到ESS的使用壽命有限，系統(tǒng)在運(yùn)行中會發(fā)生一定的耗損，產(chǎn)生系統(tǒng)壽命耗損成本。所以在測算儲能電站運(yùn)行維護(hù)成本時，需要綜合考慮總建設(shè)成本遞減比例、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)率、單位能量建設(shè)成本和儲能能力等參數(shù)。

1.5 儲能用途的廠用電成本

儲能用途的廠用電成本是儲能電站用于儲能用途的用電成本。電廠維持儲能電站運(yùn)行所發(fā)生的外購電費(fèi)的成本，包括購電費(fèi)、自用電費(fèi)和與之相關(guān)的薪酬費(fèi)和管理費(fèi)用等。在儲能用途的廠用電成本計(jì)算過程中，要考慮常年平均用電率、儲能電站用于儲能用途的電量占廠用電量的比例、充電電價、儲能能力等參數(shù)。

1.6 更換儲能電池與設(shè)備成本

在電化學(xué)儲能項(xiàng)目中，儲能元件的蓄電池因?yàn)檠h(huán)次數(shù)較少，在運(yùn)行過程中需多次替換，就產(chǎn)生了更換儲能電池與設(shè)備成本（Replacement cost）。在通常情況下，電池和設(shè)備的使用壽命小于儲能系統(tǒng)項(xiàng)目周期，因此在項(xiàng)目的運(yùn)行周期內(nèi)需考慮到電池的更換成本，包括更新材料設(shè)備的購置費(fèi)用、安裝費(fèi)用、工人薪酬費(fèi)用等。更換成本被視為可變成本，其大小主要取決于電池的使用壽命及使用頻率。如按照鋰離子電池（磷酸鐵鋰）4000次循環(huán)壽命及每天充放電兩次來計(jì)算，電池每5.56年需要更換一次。當(dāng)儲能電池超過使用年限時，將電池全部更換是不經(jīng)濟(jì)、不環(huán)保的。因此在實(shí)際運(yùn)行中，根據(jù)電池的年衰減率每年增補(bǔ)一定的容量，保證儲能系統(tǒng)的可用容量。更換儲能電池與設(shè)備成本可以通過蓄電池替換年度成本、儲能裝置容量和儲能裝置轉(zhuǎn)換效率進(jìn)行計(jì)算。其中影響蓄電池替換年度成本的因素有替換費(fèi)用、替換周期、投資回報期、貼現(xiàn)率、蓄電池充放電循環(huán)周期次數(shù)、蓄電池年度運(yùn)行天數(shù)等。由于電池充放電循環(huán)次數(shù)有限，電池容量會逐漸衰減，在儲能系統(tǒng)運(yùn)行過程中需要經(jīng)常替換蓄電池，因此需要考慮電池容量衰減成本和資金的時間價值。但由于不同類型的儲能電池其壽命周期各不相同，并且其實(shí)際壽命與充放電深度和充放電次數(shù)等因素相關(guān)，具有不確定性，因此該參數(shù)在實(shí)際運(yùn)用中根據(jù)其影響因素確定。

1.7 考核成本

從全壽命周期成本的角度來看，傳統(tǒng)的成本電價模型沒有考慮到的考核費(fèi)用，是不可忽視的部分。根據(jù)《山東電網(wǎng)光伏電站調(diào)度管理規(guī)定（試行）》，省調(diào)下達(dá)的日發(fā)電調(diào)度計(jì)劃曲線和調(diào)度指令光伏電站應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行，及時調(diào)節(jié)有功出力，實(shí)際出力與調(diào)度計(jì)劃偏移的部分，按照曲線進(jìn)行違約考核?？己顺杀緶y算要考慮調(diào)度的考核費(fèi)用、電量懲罰價格、光儲電站計(jì)劃出力、光儲并網(wǎng)功率等參數(shù)。

1.8 處置成本

儲能系統(tǒng)各部分元件壽命耗盡時，需要對其進(jìn)行無害化處理，所投入的資金就是處置成本。該成本主要分為兩方面：環(huán)保費(fèi)用支出和設(shè)備殘值。回收電池所付出的成本就是環(huán)保費(fèi)用支，而初始投資成本和回收系數(shù)將決定設(shè)備殘值的大小。目前，我國對電池進(jìn)行資源化回收的產(chǎn)業(yè)還未成型，正處于發(fā)展之中。基于這個原因，大部分廢舊元件沒有得到有效的處置，這些廢棄物會給自然環(huán)境和人類健康帶來極大的威脅。現(xiàn)有的廢舊電池處理方式主要有固化深埋、存放于廢礦井和資源化回收。按照國外的經(jīng)驗(yàn)做法，與任何存儲系統(tǒng)相關(guān)的退役成本都不容忽視。壽命終結(jié)后的電池必須要進(jìn)行拆解，去除化學(xué)物質(zhì)。理想情況下，拆卸的電池及其化學(xué)物質(zhì)可以回收利用，這可以抵減部分拆解及處置有害物質(zhì)帶來的損失，但最終與處置相關(guān)的成本應(yīng)該包含在儲能電站的總成本當(dāng)中。

在可預(yù)見的未來，回收價值對電池儲能的經(jīng)濟(jì)性的影響會越來越大，原因是儲能電池回收機(jī)制的建立和日益完善。比如鉛炭電池，隨著鉛回收技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，目前鉛炭電池可實(shí)現(xiàn)100%回收，設(shè)備殘值可達(dá)到初始投資的20%。而廢鋰電池的回收就面臨了很多問題，它的回收技術(shù)復(fù)雜，成本高昂，目前尚無很好的回收方案，沒有明確的回收價值，設(shè)備殘值可看作零。因此，在儲能處置成本測算要考慮的有單位容量采購價格、儲能系統(tǒng)的額定容量、單位功率儲能逆變器價格、單位功率輔助設(shè)備成本和殘值率參數(shù)。

1.9 其他成本

儲能電站成本還包括財(cái)務(wù)成本、稅金等其他成本。財(cái)務(wù)成本主要是儲能電站長期貸款所產(chǎn)生的利息費(fèi)用。而利息費(fèi)用的測算要考慮貸款比例、調(diào)度時段、還款年限、貸款利率和初始投資參數(shù)。儲能電站經(jīng)營過程中要考慮稅收支出。稅金主要包括增值稅、所得稅和銷售稅金附加。其中，銷售稅金附加包括城市維護(hù)建設(shè)稅和教育費(fèi)附加。

2 結(jié)束語

隨著儲能成本的降低，儲能可以在電力系統(tǒng)發(fā)輸配用各個環(huán)節(jié)得到規(guī)模化應(yīng)用，大規(guī)模地發(fā)揮移峰、能量管理等作用。本文從全面壽命周期角度對電化學(xué)儲能項(xiàng)目進(jìn)行成本分析，并量化電化學(xué)儲能項(xiàng)目的各類成本。該成本分為建設(shè)成本和總運(yùn)營成本，其中，總營運(yùn)成本主要包括充電成本、人工成本、運(yùn)行維護(hù)成本、儲能用途的廠用電成本和更換儲能電池的成本，以及設(shè)備成本、處置成本、考核成本、財(cái)務(wù)成本、稅費(fèi)等。明確各項(xiàng)成本以及具體影響參數(shù)，能夠?yàn)殡娀瘜W(xué)儲能電站的成本精益化管理提供一定依據(jù)。

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