陸上風(fēng)電配套儲能系統(tǒng)的經(jīng)濟性研究

張嬛閣

（中國華電科工集團有限公司，北京 100160）

風(fēng)電等間歇式電源具有波動性和不確定性，且目前絕大多數(shù)間歇式電源對電網(wǎng)不表現(xiàn)出慣性，大規(guī)模接入后會顯著加劇電網(wǎng)調(diào)頻壓力，尤其是當(dāng)含大規(guī)模風(fēng)電的電網(wǎng)發(fā)生沖擊性負荷擾動時，傳統(tǒng)電源的調(diào)頻容量及響應(yīng)速度將難以滿足調(diào)頻需求，且常規(guī)電源頻繁參與系統(tǒng)調(diào)節(jié)影響其經(jīng)濟壽命，該問題已成為電網(wǎng)接納風(fēng)電的主要制約因素之一。

儲能系統(tǒng)具有對功率和能量的時間遷移能力，對地理條件要求低，其額定功率和額定容量可以獨立配置。大規(guī)模儲能與大容量風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)合是可再生能源發(fā)展的必要趨勢，借助儲能裝置來抑制風(fēng)電系統(tǒng)固有的波動，使間歇性、波動性很強的可再生能源變得“可控、可調(diào)”。配套儲能系統(tǒng)，提高電能并網(wǎng)穩(wěn)定性成為當(dāng)下新能源并網(wǎng)的主要方式。

儲能設(shè)施的配套建設(shè)雖有效緩解新能源接入增強的調(diào)峰壓力，改善新能源出力特性，提高系統(tǒng)對新能源的消納能力。但當(dāng)前儲能初始投資大，儲能本身的能源節(jié)約效益、環(huán)保效益和容量效益等無法產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟效益，儲能設(shè)施參與電力輔助服務(wù)市場機制還未成熟，在短期內(nèi)很難收回成本，獲得利潤，對項目經(jīng)濟性產(chǎn)生影響。目前，許多學(xué)者的研究方向主要圍繞調(diào)頻控制策略與儲能技術(shù)研究，針對風(fēng)電配套儲能后的經(jīng)濟效益的研究較少，文中主要圍繞配置儲能后的風(fēng)儲項目經(jīng)濟效益可行性展開研究。

一、電化學(xué)儲能的優(yōu)勢

電化學(xué)儲能具有建設(shè)周期短、能量密度高、響應(yīng)速度快的突出優(yōu)點。在各類電化學(xué)儲能技術(shù)中，鋰離子電池的累計裝機占比60%以上，已成為儲能市場未來的主流技術(shù)之一。鋰電儲能系統(tǒng)通常包含：電池組、電池管理系統(tǒng)（BMS）、儲能雙向變流器（PCS）、能量管理系統(tǒng)（EMS）、開關(guān)柜、安防系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)等。目前鋰電儲能的初始投資成本一般在1800元/（kW·h），循環(huán)次數(shù)可達4000～5000次。本文風(fēng)電場配套儲能選型選用鋰電儲能電站。

二、陸上風(fēng)電場配套儲能的效益分析

假設(shè)某地擬建設(shè)的配套15MW/60MW·h鋰電儲能電站的100MW陸上風(fēng)電為例進行財務(wù)分析。該陸上風(fēng)電場2019年底核準(zhǔn)，并計劃2021年底前完成并網(wǎng)。風(fēng)電場部分初始投資按照8000元/kW考慮（風(fēng)機價格按照3500元/kW），風(fēng)電場年有效利用小時數(shù)為2400h。儲能電站規(guī)模為15MW/60MW·h，造價指標(biāo)按照1800元/（kW·h）考慮，年運行350天，每日充放電一次，放電深度為95%，轉(zhuǎn)換效率為93%。由于運營期限不同，考慮在運營期第11年更換電池，更換成本按初始投資的60%估列。項目的建設(shè)資金來源為20%資本金和80%銀行貸款，年貸款利率為4.90%。

根據(jù)國家發(fā)展改革委2019年5月21日發(fā)布的《國家發(fā)展改革委關(guān)于完善風(fēng)電上網(wǎng)電價政策的通知》（發(fā)改價格〔2019〕882號），將陸上風(fēng)電標(biāo)桿上網(wǎng)電價改為指導(dǎo)價，新核準(zhǔn)的集中式陸上風(fēng)電項目上網(wǎng)電價全部通過競爭方式確定，不得高于項目所在資源區(qū)指導(dǎo)價。擬定本項目所在的Ⅳ類資源區(qū)2020年指導(dǎo)價調(diào)整為0.47元/（kW·h）。此外，為落實國務(wù)院辦公廳《能源發(fā)展戰(zhàn)略行動計劃（2014—2020）》關(guān)于風(fēng)電2020年實現(xiàn)與煤電平價上網(wǎng)的目標(biāo)要求，國家逐步取消對于陸上風(fēng)電的補貼實現(xiàn)平價上網(wǎng)，已是必然趨勢。

在此背景下，根據(jù)國家現(xiàn)行財稅制度以及國家計委和建設(shè)部頒發(fā)的《建設(shè)項目經(jīng)濟評價方法與參數(shù)》（第三版），分析電價在0.47、0.436、0.42、0.391元/（kW·h）（平價）時，陸上風(fēng)電場本體及配套儲能系統(tǒng)后陸上風(fēng)電場的收益情況。

可知，若風(fēng)電場不存在棄風(fēng)問題，所發(fā)電量能夠完全被消納的情況下，在電價降至平價后，陸上風(fēng)電場本體資本金內(nèi)部收益率仍可達8%以上，實現(xiàn)了平價上網(wǎng)的投資收益要求。但是配套15MW/60MW·h儲能增加初始投資之后，電價在0.436元/（kW·h）以下時，已無法滿足投資回報要求，風(fēng)電場配套儲能系統(tǒng)的方案不可行。

三、陸上風(fēng)電配套儲能敏感性分析

在陸上風(fēng)電補貼逐步取消的背景下，配套儲能的陸上風(fēng)電在經(jīng)濟性上面臨困境。為探討此類項目的可行性，在平價上網(wǎng)的前提下，選取項目造價、年有效利用小時數(shù)、儲能容量配置比例三個關(guān)鍵因素，進行多因素敏感性分析。分析在儲能容量配置15%、10%和5%的比例下，按現(xiàn)有造價水平、造價降低5%和造價降低10%三種情況，在年有效利用小時數(shù)逐步提高的條件下，三者對于項目資本金內(nèi)部收益率的影響，結(jié)果如圖2所示。通過降低造價水平、提高風(fēng)場的年有效利用小時數(shù)以及降低儲能的容量配置一種或多種方式組合，均可提高配套儲能的風(fēng)電場經(jīng)濟性。

在假定的關(guān)鍵因素變化幅度下，當(dāng)容量配置、風(fēng)電造價指標(biāo)、儲能造價指標(biāo)及年有效利用小時數(shù)滿足如下條件時，項目在平價條件下資本金內(nèi)部收益率可達到8%。

此外，采用控制變量法對三個因素逐一分析，可知項目資本金內(nèi)部收益率對年有效利用小時數(shù)敏感性最高，造價水平次之，對容量配置的敏感性則較低。

四、結(jié)束語

在新能源平價的步伐下，隨著上網(wǎng)電價的逐步降低，若按15%容量配置4h時長儲能設(shè)備，陸上風(fēng)電場的收益率將受到較大影響，但通過降低造價水平、提高風(fēng)場的年有效利用小時數(shù)、降低儲能的容量配置等多種方式組合，在當(dāng)前背景下提高配套儲能的風(fēng)電場經(jīng)濟性，真正實現(xiàn)項目平價上網(wǎng)的可行性，緩解風(fēng)電的消納困境。