基于等效能折算的儲(chǔ)能電站廣義成本研究

修曉青，李相俊，王佳蕊，謝志佳，呂項(xiàng)羽

(1. 新能源與儲(chǔ)能運(yùn)行控制國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（中國(guó)電力科學(xué)研究院有限公司），北京 100192；2. 國(guó)網(wǎng)吉林省電力公司電力科學(xué)研究院，吉林 長(zhǎng)春 130021)

0 引言

以可再生能源替代傳統(tǒng)化石能源是世界各國(guó)應(yīng)對(duì)能源緊張、環(huán)境惡化、氣候變暖等問(wèn)題的主要手段[1-2]，高比例可再生能源以集中、分散形式并網(wǎng)，給電力系統(tǒng)源側(cè)、荷側(cè)供需的時(shí)空特性帶來(lái)極大的不確定性[3]，高滲透率可再生能源并網(wǎng)下的可再生能源消納問(wèn)題突出[4-5]。為提高新能源消納與傳輸水平，挖掘系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)資源的調(diào)峰、調(diào)頻和調(diào)壓能力，國(guó)家能源局發(fā)布《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》[6]，并于2020年7月正式實(shí)施，導(dǎo)則提出必要時(shí)可配置燃?xì)怆娬?、抽水蓄能電站、?chǔ)能等靈活調(diào)節(jié)電源參與系統(tǒng)調(diào)節(jié)。

隨著電力系統(tǒng)對(duì)儲(chǔ)能應(yīng)用需求的凸顯，支持儲(chǔ)能的政策與市場(chǎng)機(jī)制工作逐步推進(jìn)，儲(chǔ)能應(yīng)用規(guī)模逐年增大。政策層面，儲(chǔ)能技術(shù)在未來(lái)中國(guó)能源體系建設(shè)中的地位日益顯著，先后列入《中華人民共和國(guó)可再生能源法》修訂案、《能源發(fā)展戰(zhàn)略行動(dòng)計(jì)劃（2014—2020年）》《國(guó)家十三五規(guī)劃綱要》《關(guān)于做好2020年能源安全保障工作的指導(dǎo)意見(jiàn)》《關(guān)于做好可再生能源發(fā)展“十四五”規(guī)劃編制有關(guān)事項(xiàng)》等國(guó)家層面政策文件。市場(chǎng)層面，市場(chǎng)環(huán)境是推進(jìn)中國(guó)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的另一重要因素，華北、東北、山東、江蘇、甘肅、福建、湖北等多個(gè)地區(qū)、省份出臺(tái)了輔助服務(wù)市場(chǎng)政策，承認(rèn)儲(chǔ)能的市場(chǎng)主體地位，規(guī)定了儲(chǔ)能參與市場(chǎng)的交易規(guī)則。應(yīng)用層面，隨著儲(chǔ)能在電力系統(tǒng)源、網(wǎng)、荷側(cè)的推廣應(yīng)用，相關(guān)儲(chǔ)能技術(shù)逐步成熟、儲(chǔ)能成本下降趨勢(shì)明顯，截至2021年6月底，全球已投運(yùn)電力儲(chǔ)能項(xiàng)目（含物理儲(chǔ)能、電化學(xué)儲(chǔ)能以及熔融鹽儲(chǔ)熱）的累計(jì)裝機(jī)規(guī)模達(dá)192.2 GW，占比較高的儲(chǔ)能技術(shù)為抽水蓄能、鋰離子電池儲(chǔ)能、鈉硫電池儲(chǔ)能、鉛蓄電池儲(chǔ)能等[7]?？紤]儲(chǔ)能系統(tǒng)安全、技術(shù)經(jīng)濟(jì)性，十四五期間具備大規(guī)模應(yīng)用潛力的儲(chǔ)能技術(shù)主要包括抽水蓄能、鋰離子電池儲(chǔ)能、鉛蓄電池儲(chǔ)能、液流電池儲(chǔ)能等。

全壽命周期成本（life cycle cost，LCC）是現(xiàn)階段制約儲(chǔ)能技術(shù)規(guī)?；虡I(yè)應(yīng)用的主要因素之一，不同類型儲(chǔ)能技術(shù)在選址靈活性、建設(shè)周期、成本、效率、壽命、占地面積等方面存在差異，影響儲(chǔ)能電站全壽命周期成本的評(píng)估結(jié)果。例如，抽水蓄能是目前較為成熟的大容量?jī)?chǔ)能方式，具備競(jìng)爭(zhēng)成本優(yōu)勢(shì)，但在選址靈活性、建設(shè)周期、占地面積等技術(shù)指標(biāo)方面劣于電化學(xué)儲(chǔ)能，并且隨著可開發(fā)資源的減少，成本呈上升趨勢(shì)。已有學(xué)者針對(duì)儲(chǔ)能的LCC開展了研究。文獻(xiàn)[8]提出了平準(zhǔn)化電力成本（levelized cost of energy,LCOE）的概念，即所投資項(xiàng)目的全壽命周期成本除以該項(xiàng)投資的累計(jì)輸出電量，建立了儲(chǔ)能系統(tǒng)LCOE計(jì)算模型。文獻(xiàn)[9]以20年作為評(píng)估期，分析了儲(chǔ)能電池容量衰減對(duì)能量輸出、替換成本的影響，建立了混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的LCOE模型，分析了氫燃料電池與鋰離子電池、氫燃料電池與鉛酸電池、氫燃料電池與超級(jí)電容器、超級(jí)電容器與鉛酸電池、超級(jí)電容器與鋰離子電池等不同類型混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。文獻(xiàn)[10]建立了LCOE模型，提出不同運(yùn)行工況下的儲(chǔ)能容量衰減對(duì)儲(chǔ)能電站技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析結(jié)果的影響，提出儲(chǔ)能容量衰減模型需考慮溫度、充放電速率、荷電狀態(tài)、日歷壽命等因素。文獻(xiàn)[11]建立了電價(jià)套利運(yùn)行模式下的儲(chǔ)能LCOE模型，以25 MW/125 MW·h液態(tài)壓縮空氣儲(chǔ)能為例進(jìn)行了分析。文獻(xiàn)[12]建立了儲(chǔ)能投資成本、運(yùn)維成本、度電成本模型，分析了不同利用小時(shí)數(shù)下抽水蓄能、鋰離子電池、鉛酸電池、壓縮空氣儲(chǔ)能等儲(chǔ)能技術(shù)的度電成本。文獻(xiàn)[13]分析了抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能、氫儲(chǔ)能、電池儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能、超導(dǎo)磁儲(chǔ)能、超級(jí)電容器儲(chǔ)能等儲(chǔ)能技術(shù)對(duì)不同應(yīng)用功能的適應(yīng)性，建立了考慮投資成本、運(yùn)維成本、替換成本、處理和回收成本的LCC模型和LCOE模型，但未考慮儲(chǔ)能容量衰減、資金的時(shí)間價(jià)值等因素。

儲(chǔ)能電站容量、全壽命周期成本、儲(chǔ)能電池容量衰減、效率是評(píng)估平準(zhǔn)化電力成本的重要參量，但由于不同類型儲(chǔ)能技術(shù)原理與建設(shè)方案的差異，從投資角度來(lái)看，為評(píng)估不同類型儲(chǔ)能技術(shù)的成本競(jìng)爭(zhēng)力，需對(duì)不同類型儲(chǔ)能廣義成本進(jìn)行縱、橫向評(píng)估，其中投資成本、運(yùn)維成本、項(xiàng)目建設(shè)周期、容量衰減、能量轉(zhuǎn)換效率、放電電量、壽命、占地面積等因素將影響儲(chǔ)能廣義成本的評(píng)估結(jié)果。

本文對(duì)比研究相同應(yīng)用效能下抽水蓄能與電化學(xué)儲(chǔ)能的廣義成本，包括儲(chǔ)能電站LCC與LCOE，以抽水蓄能、鋰離子電池儲(chǔ)能、鉛炭電池儲(chǔ)能、全釩液流電池儲(chǔ)能應(yīng)用效能一致為基準(zhǔn)，分析不同類型儲(chǔ)能的容量需求，考慮多重技術(shù)經(jīng)濟(jì)因素，提出基于等效能折算的儲(chǔ)能廣義全壽命周期成本模型與平準(zhǔn)化電力成本模型，構(gòu)建儲(chǔ)能調(diào)峰運(yùn)行模式下的成本評(píng)估算例，分析4種儲(chǔ)能技術(shù)的成本競(jìng)爭(zhēng)力，并識(shí)別關(guān)鍵影響參量。

1 儲(chǔ)能電站廣義成本

1.1 等效能折算方法

為客觀評(píng)價(jià)分析不同類型儲(chǔ)能的成本競(jìng)爭(zhēng)力，需統(tǒng)一儲(chǔ)能電站全壽命周期放電電量，結(jié)合儲(chǔ)能系統(tǒng)壽命，以典型儲(chǔ)能容量為基準(zhǔn)，通過(guò)等效能折算，結(jié)合容量衰減特性分析其他類型儲(chǔ)能容量。儲(chǔ)能容量定義為投運(yùn)時(shí)儲(chǔ)能電站可放電電量，電站級(jí)儲(chǔ)能應(yīng)用壽命評(píng)估的邊界條件通常設(shè)置健康狀態(tài)值低于80%[14]。儲(chǔ)能電站全壽命周期放電電量為

1.2 儲(chǔ)能電站廣義成本模型

（1）LCC數(shù)學(xué)模型。

儲(chǔ)能電站投資成本包括儲(chǔ)能設(shè)備成本、升壓站及送出線路成本、工程前期與建設(shè)成本、征地成本等，表示為

全壽命周期運(yùn)營(yíng)成本為儲(chǔ)能電站充電成本的現(xiàn)值，即

儲(chǔ)能電站運(yùn)行&維護(hù)成本為確保儲(chǔ)能電站正常運(yùn)行投入的人工、運(yùn)檢、維修成本，以及儲(chǔ)能電池、電池液、損耗器件的替換成本等，即

（2）LCOE數(shù)學(xué)模型。

考慮資金的時(shí)間價(jià)值，基于儲(chǔ)能電站全壽命周期成本與全壽命周期放電電量得出平準(zhǔn)化電力成本[6,11]為

2 典型儲(chǔ)能電站建設(shè)周期與占地面積

2.1 儲(chǔ)能電站建設(shè)周期

近年來(lái)落地/規(guī)劃的抽水蓄能電站主要分布在安徽、廣東、山東、浙江、河南、內(nèi)蒙古、湖北等地，鋰離子電池儲(chǔ)能電站主要分布在河南、江蘇、青海、福建、新疆、甘肅、內(nèi)蒙古、湖南、北京等地，全釩液流電池儲(chǔ)能電站位于遼寧，鉛炭電池儲(chǔ)能電站位于江蘇，不同類型儲(chǔ)能電站建設(shè)周期的散點(diǎn)分布如圖1所示。

圖1 儲(chǔ)能電站建設(shè)期Fig. 1 Construction period of energy storage power station

由圖1可知，抽水蓄能、鋰離子電池儲(chǔ)能、全釩液流電池儲(chǔ)能、鉛炭電池儲(chǔ)能電站建設(shè)周期的區(qū)間分別為[69,99]月、[1,10]月、[10,35]月、[9,10]月。不考慮儲(chǔ)能電站規(guī)模，鋰離子電池儲(chǔ)能電站建設(shè)周期最短，均值為4.27個(gè)月；其次為鉛炭電池儲(chǔ)能電站9.5個(gè)月、全釩液流電池儲(chǔ)能電站22.5個(gè)月；抽水蓄能電站的建設(shè)周期最長(zhǎng)，均值為77.14個(gè)月。

從儲(chǔ)能電站容量對(duì)建設(shè)期影響分析來(lái)看，受電化學(xué)儲(chǔ)能電站集成方式、項(xiàng)目施工等因素的影響，電站容量對(duì)鋰離子電池儲(chǔ)能電站、鉛炭電池儲(chǔ)能電站建設(shè)周期影響不顯著，對(duì)全釩液流電池儲(chǔ)能電站建設(shè)周期影響較大；抽水蓄能電站建設(shè)周期主要受建設(shè)方案、工程基建、地址地理信息等因素的制約，電站規(guī)模與建設(shè)周期之間不存在明顯的關(guān)聯(lián)關(guān)系。

2.2 儲(chǔ)能電站占地面積

由于不同類型儲(chǔ)能的技術(shù)原理、集成方式存在差異，分別對(duì)抽水蓄能電站、鋰離子電池儲(chǔ)能電站、全釩液流電池儲(chǔ)能電站、鉛炭電池儲(chǔ)能電站的占地面積進(jìn)行分析。抽水蓄能電站的建設(shè)受資源條件的制約，典型電站占地面積如表1所示。由表1可以看出，抽水蓄能的占地面積較大，且占地面積與電站規(guī)模不存在明顯的正相關(guān)關(guān)系。

表1 典型抽水蓄能電站占地面積Table 1 Occupied area of typical pumped storage power stations

由于全釩液流電池、鉛炭電池儲(chǔ)能電站的項(xiàng)目信息較少，近3年典型項(xiàng)目占地面積信息如表2所示。

表2 典型液流電池、鉛炭電池儲(chǔ)能電站占地面積Table 2 Occupied area of typical flow battery and leadcarbon battery energy storage power stations

鋰離子電池儲(chǔ)能電站通過(guò)模塊化設(shè)計(jì)、單元式接入，將多個(gè)儲(chǔ)能模塊組成標(biāo)準(zhǔn)化單元，封裝成集裝箱接入電網(wǎng)，縮短了建設(shè)周期。占地面積與電站規(guī)模、標(biāo)準(zhǔn)集裝箱個(gè)數(shù)、布置方式、消防通道等因素有關(guān)。鋰離子電池儲(chǔ)能電站占地面積如圖2所示。

由圖2可知，鋰離子電池儲(chǔ)能電站占地面積與其容量呈正相關(guān)性，其中電池集裝箱面積占儲(chǔ)能電站面積的區(qū)間為[11.15%，15.85%]，均值約為13.23%。基于現(xiàn)有集成技術(shù)水平，40尺標(biāo)準(zhǔn)集裝箱（12.192 m×2.438 m）所集成的鋰離子電池儲(chǔ)能電站容量為4 MW·h，1 200 MW/6 h鋰離子電池儲(chǔ)能電站所需的電池集裝箱數(shù)目為1 800個(gè)，以40尺集裝箱面積29.724 m2、電池集裝箱面積占比13.23%估算，1 200 MW/6 h鋰離子電池儲(chǔ)能電站電池集裝箱占地面積約為5.35萬(wàn)m2、儲(chǔ)能電站占地面積約為40.44萬(wàn)m2；若集裝箱雙層布置，電池集裝箱占地面積約為2.68萬(wàn)m2，儲(chǔ)能電站占地面積約為20.22萬(wàn)m2。

圖2 鋰離子電池儲(chǔ)能電站占地面積Fig. 2 Occupied area of lithium-ion battery energy storage power station

比較分析電化學(xué)儲(chǔ)能電站的單位容量占地面積可以看出，鋰離子電池儲(chǔ)能電站、全釩液流電池儲(chǔ)能電站、鉛炭電池儲(chǔ)能電站的單位容量占地面積分別為 56.17、91.25、80 m2/(MW·h)。

對(duì)比分析抽水蓄能電站與同規(guī)模鋰離子電池儲(chǔ)能電站的占地面積，單層配置鋰離子電池儲(chǔ)能電站的占地面積是抽水蓄能電站的2.4%～24.81%，鋰離子電池儲(chǔ)能電站雙層配置時(shí)，該值為1.2%～12.4%。

3 算例分析

3.1 算例說(shuō)明與分析

以儲(chǔ)能調(diào)峰應(yīng)用為例進(jìn)行分析，基于東北某地區(qū)2019年新能源棄電功率，采用FCM（模糊c-均值）聚類算法[15]分別提取非供暖期、供暖期棄電功率典型曲線，如圖3所示。

由圖3可知，供暖期、非供暖期典型日棄電功率峰值分別為1 475.7、1 245.3 MW，棄電電量分別為11 372、8 012.4 MW·h，結(jié)合功率曲線與非棄電時(shí)段的分布，設(shè)置抽水蓄能電站的規(guī)模為1 200 MW/6 h，充放電循環(huán)次數(shù)210次/年，儲(chǔ)能電站充電電價(jià)0.1元/(kW·h)，依據(jù)文獻(xiàn)[16-19]估算2020年工業(yè)地價(jià)510元/m2。以抽水蓄能電站規(guī)模為基準(zhǔn)，比較分析抽水蓄能、鋰離子電池儲(chǔ)能、鉛炭電池儲(chǔ)能、全釩液流電池儲(chǔ)能的全壽命周期成本?；趦?chǔ)能技術(shù)經(jīng)濟(jì)水平現(xiàn)狀，設(shè)置邊界條件如表 3所示[12, 20-25]。

圖3 新能源棄電功率典型曲線Fig. 3 Typical curve of power curtailment of new energy sources

表3 儲(chǔ)能技術(shù)經(jīng)濟(jì)邊界條件Table 3 Technology and economic boundary conditions of energy storage

基于等效能折算，不計(jì)及建設(shè)期時(shí)，各類型儲(chǔ)能電站的規(guī)模分別為鋰離子電池儲(chǔ)能1789 MW/10733 MW·h、鉛炭電池儲(chǔ)能 2763 MW/16 581 MW·h、全釩液流電池儲(chǔ)能1 440 MW/8 641 MW·h；計(jì)及建設(shè)期時(shí)，各類型儲(chǔ)能電站的規(guī)模分別為鋰離子電池儲(chǔ)能1 243 MW/7 457 MW·h、鉛炭電池儲(chǔ)能1 979 MW/11 871 MW·h、全釩液流電池儲(chǔ)能1197 MW/7185 MW·h。儲(chǔ)能電站全壽命周期成本、平準(zhǔn)化電力成本計(jì)算結(jié)果如表4、表5所示。

表4 儲(chǔ)能電站全壽命周期成本Table 4 Life cycle cost of energy storage power station 億元

表5 儲(chǔ)能電站平準(zhǔn)化電力成本Table 5 LCOE of energy storage power station 元/(kW·h)

由表4可知，上述邊界條件下，以同等應(yīng)用效能為前提，現(xiàn)階段抽水蓄能的全壽命周期成本最低；計(jì)及項(xiàng)目建設(shè)期時(shí)，鋰離子電池儲(chǔ)能電站的成本低于全釩液流電池；鉛炭電池的全壽命周期成本最高。

由表5可知，上述邊界條件下，抽水蓄能的平準(zhǔn)化電力成本最低；當(dāng)計(jì)及建設(shè)期時(shí)，鋰離子電池的平準(zhǔn)化電力成本低于全釩液流電池；鉛炭電池的平準(zhǔn)化電力成本最高。

綜上可以看出，抽水蓄能具備成本優(yōu)勢(shì)，鋰離子電池儲(chǔ)能電站在項(xiàng)目建設(shè)期上優(yōu)勢(shì)顯著，鉛炭電池的壽命成為制約其市場(chǎng)化應(yīng)用的重要原因。結(jié)合4種儲(chǔ)能的技術(shù)特性，有必要分析充放電循環(huán)次數(shù)、儲(chǔ)能電站充電電價(jià)、投資成本的變化對(duì)結(jié)果的影響。

3.2 敏感性分析

（1）年充放電循環(huán)次數(shù)。

設(shè)置儲(chǔ)能電站充電電價(jià)為0.1元/(kW·h)，年循環(huán)次數(shù)區(qū)間為[100,1 500]，對(duì)4種情形下抽水蓄能、鋰離子電池儲(chǔ)能、鉛炭電池儲(chǔ)能、全釩液流電池儲(chǔ)能的LCC、LCOE進(jìn)行研究，LCC仿真結(jié)果如圖4所示。

由圖4可知，隨著年循環(huán)次數(shù)的上升，4種類型儲(chǔ)能的LCC均呈上升趨勢(shì)，抽水蓄能、全釩液流電池儲(chǔ)能電站成本上升的主要原因?yàn)槿珘勖芷谶\(yùn)營(yíng)成本、儲(chǔ)能電站運(yùn)行&維護(hù)成本的增加；鋰離子電池、鉛炭電池成本上升趨勢(shì)明顯，主要原因?yàn)槌浞烹娧h(huán)次數(shù)上升，儲(chǔ)能容量衰減加快，同等應(yīng)用效能下的儲(chǔ)能容量需求增加（圖5所示）。

圖4 儲(chǔ)能電站廣義全壽命周期成本Fig. 4 Generalized LCC of energy storage power station

圖5 儲(chǔ)能電站容量Fig. 5 Capacity of energy storage power station

抽水蓄能的LCC最低，鉛炭電池的LCC最高；計(jì)及建設(shè)期周期，理論分析結(jié)果顯示，充放電循環(huán)次數(shù)低于800次/年時(shí)，鋰離子電池的LCC低于全釩液流電池。LCOE仿真結(jié)果如圖6所示。

由圖6可知，年充放電循環(huán)次數(shù)的增加有利于降低LCOE，隨著循環(huán)次數(shù)的上升，4種類型儲(chǔ)能的LCOE均呈降低趨勢(shì)，每年循環(huán)次數(shù)在[100,500]內(nèi)時(shí)，LCOE下降趨勢(shì)明顯；循環(huán)次數(shù)介于[1 000,1 500]次/年時(shí)，LCOE相對(duì)平穩(wěn)。

圖6 儲(chǔ)能電站平準(zhǔn)化電力成本Fig. 6 LCOE of energy storage power station

抽水蓄能的LCOE最低，鉛炭電池的LCOE最高；計(jì)及建設(shè)期時(shí)，充放電循環(huán)次數(shù)低于800次/年時(shí)，鋰離子電池的LCOE低于全釩液流電池。

綜上可以看出，目前儲(chǔ)能技術(shù)經(jīng)濟(jì)水平下，與其他3種電化學(xué)儲(chǔ)能相比，抽水蓄能在LCC、LCOE等指標(biāo)方面均具有優(yōu)勢(shì)。比較分析3種電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)，鋰離子電池儲(chǔ)能項(xiàng)目建設(shè)周期短，計(jì)及項(xiàng)目建設(shè)期時(shí)，充放電循環(huán)次數(shù)低于800次/年時(shí)，鋰離子電池儲(chǔ)能具備成本優(yōu)勢(shì)；充放電循環(huán)次數(shù)高于800次/年時(shí)，全釩液流電池儲(chǔ)能具備成本優(yōu)勢(shì)；鉛炭電池儲(chǔ)能的成本最高。

（2）充電電價(jià)。

設(shè)置儲(chǔ)能電站循環(huán)次數(shù)為500次/年，充電電價(jià)的區(qū)間為[0.05,0.6]元/(kW·h)，對(duì)4種情形下抽水蓄能、鋰離子電池儲(chǔ)能、鉛炭電池儲(chǔ)能、全釩液流電池儲(chǔ)能的LCC、LCOE進(jìn)行分析。由于以等效能折算為前提，儲(chǔ)能電站LCC、LCOE在同種情形下交叉點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的充電電價(jià)一致，因此僅繪出LCC曲線圖，仿真結(jié)果如圖7所示。

由圖7可知，在充電電價(jià)較低時(shí)，抽水蓄能的成本優(yōu)勢(shì)明顯；反之，鉛炭電池的成本優(yōu)勢(shì)明顯，以圖7 b）為例，充電電價(jià)小于0.5元/(kW·h)時(shí)，抽水蓄能成本最低；反之，鉛炭電池成本最低。建設(shè)期、征地成本等因素對(duì)不同儲(chǔ)能的成本競(jìng)爭(zhēng)力具有一定的影響，對(duì)比圖7 b）和圖7 d），抽水蓄能與鉛炭電池成本競(jìng)爭(zhēng)力的邊界降為0.3元/(kW·h)。鋰離子電池的全壽命周期成本總體處于抽水蓄能與鉛炭電池之間，而全釩液流電池的全壽命周期成本最高，僅在充電電價(jià)較低時(shí)具有部分競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

圖7 儲(chǔ)能電站廣義全壽命周期成本Fig. 7 Generalized LCC of energy storage power station

（3）儲(chǔ)能電站投資成本。

進(jìn)一步分析儲(chǔ)能電站投資成本變化，設(shè)置儲(chǔ)能電站循環(huán)次數(shù)為500次/年，充電電價(jià)0.1元/(kW·h)，成本變化率區(qū)間范圍[5%,50%]。與充電電價(jià)下的情形一致，儲(chǔ)能電站LCC、LCOE在同種情形下交叉點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的投資成本變化率相同，因此僅繪出LCC曲線圖，仿真結(jié)果如圖8所示。

由圖8可知，不計(jì)及建設(shè)期、征地成本時(shí)，投資成本變化率低于35%時(shí)，抽水蓄能的LCC、LCOE最低；投資成本變化率高于40%時(shí)，鋰離子電池的LCC、LCOE最低。計(jì)及建設(shè)期時(shí)，投資成本變化率低于25%時(shí)，抽水蓄能的LCC、LCOE最低；投資成本變化率高于30%時(shí)，鋰離子電池的LCC、LCOE最低。計(jì)及征地成本時(shí)，投資成本變化率低于20%時(shí)，抽水蓄能的LCC、LCOE最低；投資成本變化率高于20%時(shí)，鋰離子電池的LCC、LCOE最低。計(jì)及建設(shè)期、征地成本時(shí)，投資成本變化率達(dá)到10%時(shí)，鋰離子電池的LCC、LCOE最低。

圖8 儲(chǔ)能電站廣義全壽命周期成本Fig. 8 Generalized LCC of energy storage power station

綜上可以看出，現(xiàn)階段抽水蓄能仍具備成本競(jìng)爭(zhēng)力，但隨著抽水蓄能開發(fā)成本的升高及電化學(xué)儲(chǔ)能成本的降低，未來(lái)鋰離子電池儲(chǔ)能成本競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)明顯。

4 結(jié)論

本文分析了抽水蓄能、鋰離子電池儲(chǔ)能、鉛炭電池儲(chǔ)能、全釩液流電池儲(chǔ)能在選址靈活性、建設(shè)周期、成本、效率、壽命、占地面積等建設(shè)與運(yùn)行特性上的差異，構(gòu)建了基于等效能折算的儲(chǔ)能全壽命周期成本、平準(zhǔn)化電力成本模型，得出以下結(jié)論。

（1）調(diào)峰應(yīng)用場(chǎng)景下，抽水蓄能尚具備成本優(yōu)勢(shì)，鋰離子電池儲(chǔ)能電站在項(xiàng)目建設(shè)期與占地面積上優(yōu)勢(shì)顯著，鉛炭電池的壽命成為制約其市場(chǎng)化應(yīng)用的重要原因。

（2）儲(chǔ)能電站年充放電循環(huán)次數(shù)、充電電價(jià)、投資成本等因素影響不同類型儲(chǔ)能的成本競(jìng)爭(zhēng)力。

① 年充放電循環(huán)次數(shù)影響方面，抽水蓄能具備成本競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，鋰離子電池儲(chǔ)能在充放電循環(huán)次數(shù)低于800次/年時(shí)具備成本競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，全釩液流電池儲(chǔ)能在充放電循環(huán)次數(shù)高于800次/年時(shí)，具備成本競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

② 充電電價(jià)因素影響方面，在充電電價(jià)低段位時(shí)，抽水蓄能的成本競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)明顯；反之，鉛炭電池儲(chǔ)能的成本競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)明顯。

③ 投資成本因素影響方面，現(xiàn)階段抽水蓄能具備成本競(jìng)爭(zhēng)力，投資成本降低30%時(shí)，鋰離子電池儲(chǔ)能成本競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)明顯。

綜上，實(shí)際應(yīng)用中儲(chǔ)能電站的選型與配置需綜合考慮儲(chǔ)能技術(shù)水平與成本、運(yùn)行特性、市場(chǎng)等多種因素。