电化学储能用户侧削峰填谷的经济性

段聪

摘要：储能技术的应用可以有效解决新能源的并网消纳问题，通过削峰填谷减小电网的峰谷差率，同时储能还具有调频、备用等多种功能。但是成本和使用寿命的限制以及商业模式的缺乏，导致电化学储能的经济性仍然存在问题，为实现电化学储能的商业化运行，提升经济效益，本文对电化学储能用户侧削峰填谷的经济性进行了探讨，以供参阅。

关键词：电化学储能；用户侧；削峰填谷；经济性

1电化学储能用户侧削峰填谷经济性的实用判据

1.1电化学储能系统的构成及其成本

其主要包含蓄电池本体、BMS(蓄电池管理系统)、PCS(双向变流器)、EMS(能量管理系统)等。表1为各类型电化学储能成本构成。

1.2全生命周期储能系统的度电成本计算

全生命周期储能系统度电成本为：

式中：C_度电为系统蓄电成本；S₀为系统初始投资成本；S_C为系统残余价值；Q为储能全生命周期所发总电量。一般系统残余价值考虑蓄电池的残值和储能PCS的残值两方面，其计算公式为：

k₁为储能PCS的残值率；k₂为蓄电池的残值率；S_PCS为储能双向逆变器的初始价值；S_battry为蓄电池的初始价值。在满负荷等时长的运行情况下，全生命周期总电量的计算公式为：

P_max为储能系统最大输出功率；T为每天的max放电时长；D为年运行天数；m为储能系统运行寿命；λ为储能系统容量年衰减率。

1.3等效电价差

由于储能系统的PCS存在转换效率，蓄电池充放电时存在转换效率，这就导致了放电电量总是小于充电电量，假设充放电的转换效率为η，那么等效电价差的计算公式为：

C_等效=C_放电-C_充电/η

C_放电为放电时电价；C_充电为充电时电价

比较储能系统全生命周期度电成本与等效电价差概念，可以给出储能经济性的简单判据，当C_等效>C_度电，即当前等效电价差大于储能系统度电成本时，储能系统具有一定的经济性。

2铅碳电池和磷酸铁锂电池应用于用户侧削峰填谷的经济性

本文以建设一座1MW/2MWh的分布式储能电站为例，对铅碳电池和磷酸铁锂电池削峰填谷差价套利进行经济性分析比较。

2.1铅碳电池经济性分析

2.1.1边界条件

其主要有以下几点：铅碳电池系统的整体效率按85%计；DOD(放电深度)按70%计；铅碳电池的系统残值率按照25%计；PCS对蓄电池的寿命比取2；铅碳电池循环寿命取2800次，使用年限取8年(“两充两放"模式下需重置一次电池)；铅碳电池的年容量衰减率取2.5%；铅碳储能系统单位造价按1300元/kWh计；以某省2017年10kV大工业用电分时电价标准为例，该省尖峰电价1.0824元/kWh，高峰电价0.9004元/kWh，低谷电价0.4164元/kWh。

2.1.2经济性指标

“一充一放"模式下：全寿命周期系统的度电成本为0.5437元/kWh；等效电价差为0.5924元/kWh；储能系统IRR为1.53%。“两充两放”模式下：全寿命周期系统度电成本为0.4812元/kWh；等效电价差为0.5015元/kWh；储能系统IRR为1.58%。

2.1.3商业化应用条件

以IRR>8%为基准，在电池寿命及电价不变的情况下，“一充一放”系统造价需低于1050元/kWh，“两充两放”系统造价需低于1180元/kWh。在成本及电价不变的情况下，“一充一放”系统的循环寿命需达到5000次，“两充两放”系统的循环寿命需达到3500次。在成本及电池寿命不变的情况下，“一充一放”系统需要等效电价差达到0.8元/kWh，“两充两放”系统需要等效电价差达到0.6元/kWh。

2.2磷酸铁锂电池经济性分析

2.2.1边界条件

其主要有以下几点：磷酸铁锂电池系统的整体效率按90%计；DOD按90%计；逆变器对蓄电池的寿命比取2；磷酸铁锂电池循环寿命取2800次，使用年限取8年；磷酸铁锂电池的年容量衰减率取2.5%；电价按照某省2017年10kV大工业用电分时电价；磷酸铁锂储能系统的单位造价按2000元/kWh计。

2.2.2经济性指标

“一充一放"模式下：全寿命周期系统的度电成本为0.8110元/kWh；等效电价差为0.6197元/kWh；储能系统IRR为-6.24%。“两充两放"模式下：全寿命周期系统度电成本为0.7571元kWh；等效电价差为0.5287元kW；储能系统IRR为-17.95%。

2.2.3商业化应用条件

以IRR>8%为基准，在电池寿命及电价不变的情况下，“一充一放"系统造价需低于1200元/kWh，“两充两放"系统造价需低于1300元/kWh；在成本及电价不变的情况下，“一充一放”系统的循环寿命需达到7000次，“两充两放”系统的循环寿命需达到5600次；在成本及电池寿命不变的情况下，“一充一放”系统需要等效电价差达到1.07元/kWh，“两充两放"系统需要等效电价差达到0.86元/kWh。

2.3经济性结论

无论是铅碳电池储能还是磷酸铁锂电池储能，在用户侧削峰填谷应用场景下均不具有商业化运营的条件；由于铅碳电池存在较大的残值，故目前铅碳电池比磷酸铁锂电池更加接近商业应用；技术层面而言，锂电池还有较大的提升空间，循环寿命有望进一步提高，造价会进一步下降；而铅碳电池受原材料铅的影响，造价下降空间有限，且铅碳电池循环寿命提高有限，故从发展前景来看，磷酸铁锂电池要优于铅碳电池；随着技术的发展及电价政策的优化，“两充两放"的模式会更加优于“一充一放"模式。

2.4储能系统补偿措施建议

以总投资财务IRR达到8%为基准，给出2种充放电模式在目前条件下的初装补贴、容量补贴及度电补贴建议，见表2、表3。

3结束语

随着电池技术的不断发展，电化学储能在电力系统中的应用日益广泛，但目前受成本和使用寿命的限制，缺乏商业模式的支撑，其经济性仍然存在问题。本文给出了一种判断分布式电化学储能应用于削峰填谷的经济性判断方法，着重对铅碳电池和磷酸铁锂电池在削峰填谷应用场景下的经济性进行对比分析，并提出了相关的补偿建议。

参考文献

[1]吕成渊.规模化储能电站电池一致性的统计特性研究[J].发电技术，2021，42(3):298-305.

[2]周任军.用户侧储能对电网的影响及经济性分析[J].电器与能效管理技术，2020(5):7-13. 

作者介绍：

段聪（1989.1.30—）；女；河北邢台；汉；硕士研究生；咨询工程师：研究方向：新能源消纳与接入系统研究，抽水蓄能及新型储能运行模式和应用性研究；水电水利规划设计总院。