電化學(xué)儲(chǔ)能項(xiàng)目投資構(gòu)成及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析

汪菲娜WANG Fei-na

（上海電力設(shè)計(jì)院有限公司，上海 200025）

0 引言

儲(chǔ)能技術(shù)是推進(jìn)智能電網(wǎng)建設(shè)、能源互聯(lián)網(wǎng)、可再生能源接入、分布式發(fā)電、微網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)、電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展、加強(qiáng)城鄉(xiāng)電網(wǎng)建設(shè)和增強(qiáng)電網(wǎng)優(yōu)化配置必不可少的支撐技術(shù)之一，不但可以有效地實(shí)現(xiàn)需求側(cè)管理、消除峰谷差和平滑負(fù)荷，而且可以提高電力設(shè)備運(yùn)行效率、降低供電成本，還可以作為促進(jìn)可再生能源應(yīng)用、提高電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性、調(diào)整頻率、補(bǔ)償負(fù)荷波動(dòng)的一種手段；此外儲(chǔ)能技術(shù)還可以協(xié)助系統(tǒng)在災(zāi)害事故后重新啟動(dòng)與快速恢復(fù)，提高系統(tǒng)的自愈能力。

根據(jù)電能轉(zhuǎn)化后的形態(tài)，可以將儲(chǔ)能分為電化學(xué)、機(jī)械、電磁、相變儲(chǔ)能四大類(lèi)。電化學(xué)儲(chǔ)能主要指電池儲(chǔ)能，主要有鋰離子電池、鉛酸電池、液流電池和鈉硫電池四種類(lèi)型。根據(jù)《儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)研究白皮書(shū)2020》，截止2019 年底，全球已投運(yùn)的電化學(xué)儲(chǔ)能項(xiàng)目9520.5MW，其中，鋰離子電池的累計(jì)裝機(jī)規(guī)模最大，為8453.9MW，所占比重88.8%。2019 年，全球新增投運(yùn)電化學(xué)儲(chǔ)能項(xiàng)目2895.1MW，其中，鋰離子電池裝機(jī)規(guī)模最大，為2739.4MW，比重為94.6%。從我國(guó)電化學(xué)儲(chǔ)能項(xiàng)目建設(shè)情況看，截至2019 年底，我國(guó)已投運(yùn)電化學(xué)儲(chǔ)能項(xiàng)目的累計(jì)裝機(jī)規(guī)模為1709.6MW，鋰離子電池裝機(jī)1378.3MW，占電化學(xué)儲(chǔ)能項(xiàng)目的80.6%。由此可以看出，在電化學(xué)儲(chǔ)能項(xiàng)目建設(shè)中，鋰電項(xiàng)目占據(jù)絕對(duì)領(lǐng)先地位，且增長(zhǎng)勢(shì)頭依然強(qiáng)勁。本文主要對(duì)電化學(xué)儲(chǔ)能，特別是鋰離子電池項(xiàng)目的投資構(gòu)成及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行分析。

1 儲(chǔ)能項(xiàng)目投資構(gòu)成分析

儲(chǔ)能電站核心設(shè)備為儲(chǔ)能電池及其管理系統(tǒng)（BMS）和能力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)（EMS），通常采用集裝箱布置方式，設(shè)備主要包括電池系統(tǒng)集裝箱、功率變換系統(tǒng)（PCS）、箱逆變一體機(jī)、EMS 系統(tǒng)、儲(chǔ)能場(chǎng)區(qū)視頻監(jiān)控系統(tǒng)、儲(chǔ)能場(chǎng)區(qū)照明動(dòng)力系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、及相應(yīng)的電纜及接地。對(duì)應(yīng)的建筑工程主要包括儲(chǔ)能集裝箱基礎(chǔ)、箱逆變一體機(jī)基礎(chǔ)、箱變基礎(chǔ)、綜合樓、儲(chǔ)能場(chǎng)區(qū)道路工程等。

儲(chǔ)能電站投資主要包括設(shè)備購(gòu)置費(fèi)、安裝工程費(fèi)、建筑工程費(fèi)、其他費(fèi)用、基本預(yù)備費(fèi)，選擇典型儲(chǔ)能項(xiàng)目進(jìn)行投資分析，項(xiàng)目投資如表1 所示。

表1 工程投資概算

儲(chǔ)能項(xiàng)目1 位于張北地區(qū)，項(xiàng)目總?cè)萘繛?5MWh，包含27MWh 鋰電池系統(tǒng)和8MWh 全釩液流電池，項(xiàng)目投資僅包含儲(chǔ)能場(chǎng)部分。

儲(chǔ)能項(xiàng)目2 位于青海地區(qū)，總?cè)萘繛?00MWh，采用2.5MWh 電池系統(tǒng)集裝箱，項(xiàng)目包含110kV 升壓站一座，建設(shè)50MVA 主變2 臺(tái)。

儲(chǔ)能項(xiàng)目3 位于青海地區(qū)，總?cè)萘繛?04MWh，采用2MWh 電池系統(tǒng)集裝箱，項(xiàng)目包含110kV 升壓站一座，建設(shè)63MVA 主變2 臺(tái)。

排除升壓站投資影響，項(xiàng)目的工程投資概算如表2所示。

表2 工程投資概算（不含升壓站）

儲(chǔ)能項(xiàng)目1 包含全釩液流電池，全釩液流電池設(shè)備價(jià)格約為鋰電池價(jià)格的2 倍，因此該項(xiàng)目的單位投資較高，為2.71 元/Wh。儲(chǔ)能項(xiàng)目2 儲(chǔ)能場(chǎng)區(qū)部分單位投資為1.43元/Wh。儲(chǔ)能項(xiàng)目3 儲(chǔ)能場(chǎng)區(qū)部分單位投資為1.64 元/Wh。

2 儲(chǔ)能項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析

針對(duì)儲(chǔ)能場(chǎng)區(qū)部分投資進(jìn)行詳細(xì)的費(fèi)用劃分和分析，結(jié)果如表3 所示。

由于設(shè)備基礎(chǔ)總投資較小，表3 不能很好地反映設(shè)備基礎(chǔ)的造價(jià)指標(biāo)，根據(jù)設(shè)計(jì)工程量，對(duì)單個(gè)設(shè)備基礎(chǔ)投資進(jìn)行分析。

表3 儲(chǔ)能場(chǎng)區(qū)投資指標(biāo)

電池系統(tǒng)、箱變、箱逆變一體機(jī)均采用集裝箱形式，不同項(xiàng)目?jī)?chǔ)能電池集裝箱、儲(chǔ)能場(chǎng)區(qū)箱變基礎(chǔ)和箱逆變一體機(jī)基礎(chǔ)，單個(gè)基礎(chǔ)的工程量是相同的，根據(jù)張北地區(qū)和青海地區(qū)不同的價(jià)格水平，計(jì)算出單個(gè)設(shè)備基礎(chǔ)的造價(jià)指標(biāo)如表4 所示。

表4 儲(chǔ)能場(chǎng)區(qū)設(shè)備基礎(chǔ)造價(jià)指標(biāo)

3 儲(chǔ)能項(xiàng)目造價(jià)影響因素分析

由表2 和表3 可以看出：

儲(chǔ)能項(xiàng)目1 包含全釩液流電池，全釩液流電池設(shè)備價(jià)格約為鋰電池價(jià)格的2 倍，因此該項(xiàng)目的單位投資較高，為2.71 元/Wh。項(xiàng)目設(shè)備購(gòu)置費(fèi)占78.82%，電纜及接地等材料購(gòu)置費(fèi)占2.91%，安裝工程費(fèi)占0.92%，建筑工程費(fèi)占6.27%。其他費(fèi)用和基本預(yù)備費(fèi)占比11.08%。

儲(chǔ)能項(xiàng)目2 儲(chǔ)能場(chǎng)區(qū)部分單位投資為1.43 元/Wh。項(xiàng)目設(shè)備購(gòu)置費(fèi)占84.8%，電纜及接地等材料購(gòu)置費(fèi)占1.9%，安裝工程費(fèi)占1%，建筑工程費(fèi)占4.3%。其他費(fèi)用和基本預(yù)備費(fèi)占比8.1%。

儲(chǔ)能項(xiàng)目3 儲(chǔ)能場(chǎng)區(qū)部分單位投資為1.64 元/Wh。項(xiàng)目設(shè)備購(gòu)置費(fèi)占89.1%，電纜及接地等材料購(gòu)置費(fèi)占0.7%，安裝工程費(fèi)占0.6%，建筑工程費(fèi)占3.8%。其他費(fèi)用和基本預(yù)備費(fèi)占比5.8%。

電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的設(shè)備購(gòu)置費(fèi)占總投資的78～89%。且項(xiàng)目的容量越大，設(shè)備購(gòu)置費(fèi)所占的比重就越大。因此，影響儲(chǔ)能項(xiàng)目投資的主要因素是電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的設(shè)備購(gòu)置費(fèi)。

電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的設(shè)備包括儲(chǔ)能電池、箱逆變一體機(jī)、箱變、PCS、EMS 等，以上三個(gè)儲(chǔ)能項(xiàng)目電池儲(chǔ)能系統(tǒng)設(shè)備購(gòu)置費(fèi)指標(biāo)如表5 所示。由表5 可知，在電池儲(chǔ)能系統(tǒng)中，電池系統(tǒng)集裝箱的設(shè)備單價(jià)對(duì)整個(gè)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的投資起決定性作用。

表5 電池儲(chǔ)能系統(tǒng)設(shè)備購(gòu)?置費(fèi)指標(biāo)

儲(chǔ)能項(xiàng)目1 包含鋰電池和全釩液流電池，電池單價(jià)分別為1.5 元/Wh 和3 元/Wh，項(xiàng)目電池投資指標(biāo)為1.87元/Wh，電池儲(chǔ)能系統(tǒng)中其他設(shè)備投資指標(biāo)為0.25 元/Wh，合計(jì)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)投資指標(biāo)為2.12 元/Wh。由表1 可知，項(xiàng)目整體靜態(tài)投資指標(biāo)為2.71 元/Wh，除電池儲(chǔ)能系統(tǒng)外投資指標(biāo)為0.59 元/Wh。這是由于項(xiàng)目整體規(guī)模較小，導(dǎo)致建筑工程費(fèi)、其他費(fèi)用單位投資占比較大。

儲(chǔ)能項(xiàng)目2 采用2.5MWh 電池系統(tǒng)集裝箱，電池系統(tǒng)集裝箱單價(jià)為1.05 元/Wh，電池儲(chǔ)能系統(tǒng)除電池系統(tǒng)集裝箱外其他設(shè)備投資指標(biāo)為0.16 元/Wh，合計(jì)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)投資指標(biāo)為1.21 元/Wh。由表1 所知，項(xiàng)目整體靜態(tài)投資指標(biāo)為1.54 元/Wh，除電池儲(chǔ)能系統(tǒng)外投資指標(biāo)為0.33元/Wh。

儲(chǔ)能項(xiàng)目3 采用2.0MWh 電池系統(tǒng)集裝箱，電池價(jià)格為1.35 元/Wh。電池儲(chǔ)能系統(tǒng)除電池系統(tǒng)集裝箱外其他設(shè)備投資指標(biāo)為0.11 元/Wh，合計(jì)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)投資指標(biāo)為1.46 元/Wh。由表1 所知，項(xiàng)目整體靜態(tài)投資指標(biāo)為1.69元/Wh，除電池儲(chǔ)能系統(tǒng)外投資指標(biāo)為0.23 元/Wh。詳見(jiàn)表6。

表6 儲(chǔ)能項(xiàng)目投資指標(biāo)

通過(guò)以上分析可知，儲(chǔ)能項(xiàng)目投資最重要的影響因素是電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的設(shè)備購(gòu)置費(fèi)，而其中，電池集裝箱的設(shè)備購(gòu)置費(fèi)是決定性影響因素。在確定了項(xiàng)目的規(guī)模和電池單價(jià)后，根據(jù)表6，能大致推算出項(xiàng)目的整體單位投資指標(biāo)。項(xiàng)目規(guī)模在35MWh 左右時(shí)，在電池單價(jià)基礎(chǔ)上加上0.85 元/Wh 即為項(xiàng)目?jī)?chǔ)能場(chǎng)區(qū)整體單位投資；項(xiàng)目規(guī)模在200MWh 左右時(shí)，在電池單價(jià)基礎(chǔ)上加上0.5 元/Wh 即為項(xiàng)目?jī)?chǔ)能場(chǎng)區(qū)整體單位投資；項(xiàng)目規(guī)模在500MWh 左右時(shí)，在電池單價(jià)基礎(chǔ)上加上0.35 元/Wh，即為項(xiàng)目?jī)?chǔ)能場(chǎng)區(qū)整體單位投資。

4 儲(chǔ)能項(xiàng)目造價(jià)管控重心及價(jià)格趨勢(shì)

在電池儲(chǔ)能系統(tǒng)中，電池系統(tǒng)集裝箱的設(shè)備單價(jià)對(duì)整個(gè)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的投資起決定性作用，確定了電池系統(tǒng)的設(shè)備價(jià)格，即可大致推算出項(xiàng)目的整體造價(jià)水平。因此，在儲(chǔ)能項(xiàng)目前期的可研和初設(shè)階段，需要和設(shè)計(jì)部門(mén)及業(yè)主方進(jìn)行充分的溝通，通過(guò)廠家詢(xún)價(jià)的方式明確具體項(xiàng)目的電池價(jià)格，以便更好地進(jìn)行設(shè)計(jì)概算的編制工作。

隨著儲(chǔ)能電池需求的擴(kuò)大，以及新能源汽車(chē)市場(chǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，近年來(lái)我國(guó)鋰電池產(chǎn)量規(guī)模逐年擴(kuò)大。2020年，我國(guó)鋰離子電池產(chǎn)量達(dá)188.45 億只，同比增長(zhǎng)19.87%。隨著鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈的逐漸完善，2013-2020 年全球鋰離子電池組平均價(jià)格不斷下降，由2013 年的668 美元/千瓦時(shí)下降至2020 年的137 美元/千瓦時(shí)，8 年間下降了79%。這一成本的下降是由于鋰離子電池規(guī)?；a(chǎn)所帶來(lái)的規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益及沿用新的高能量密度正極材料所實(shí)現(xiàn)的。有研究表明，鋰離子電池制造業(yè)的學(xué)習(xí)速率是18%，這意味著每當(dāng)鋰離子電池累計(jì)生產(chǎn)量翻一番時(shí)，鋰離子電池價(jià)格將會(huì)下降18%。按照這一學(xué)習(xí)速率，至2024年，鋰離子電池組的價(jià)格將低于100 美元/kWh。為了使價(jià)格下降到上述水平，鋰離子電池行業(yè)須繼續(xù)選擇采用高能量密度的正負(fù)極材料，并降低電池原材料成本。與此同時(shí)，采用新的制造技術(shù)也會(huì)更加節(jié)省能源、原材料與空間。因此，在今后的儲(chǔ)能項(xiàng)目投資概算編制過(guò)程中，及時(shí)了解儲(chǔ)能電池的價(jià)格變化趨勢(shì)有利于提高投資概算的準(zhǔn)確性，充分反映儲(chǔ)能市場(chǎng)的造價(jià)水平。