浙江用戶側(cè)儲(chǔ)能效益分析及投資建議

袁士超，張 力，蔡振華，朱 耿

(國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司寧波供電公司，浙江 寧波 315010)

0 引 言

多元融合高彈性電網(wǎng)是國(guó)家電網(wǎng)戰(zhàn)略在浙江落地的主陣地，是建設(shè)具有中國(guó)特色國(guó)際領(lǐng)先的能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)的基礎(chǔ)之一，是能源互聯(lián)網(wǎng)的核心載體，是海量資源被喚醒、源網(wǎng)荷儲(chǔ)交互、安全效率雙提升的電網(wǎng)[1-2]。儲(chǔ)能作為源網(wǎng)荷儲(chǔ)交互的重要手段和技術(shù)支撐，能夠緩解區(qū)域電力供需緊平衡狀態(tài),以強(qiáng)交互能力增加電網(wǎng)彈性，是浙江電力建設(shè)多元融合高彈性電網(wǎng)的政策導(dǎo)向，更是未來(lái)綜合能源系統(tǒng)發(fā)展的重要趨勢(shì)[3-6]。

用戶側(cè)儲(chǔ)能的投資、運(yùn)行受政策和市場(chǎng)因素影響大，當(dāng)前儲(chǔ)能研究方向大多聚焦于源網(wǎng)側(cè)的運(yùn)行研究，對(duì)于用戶側(cè)儲(chǔ)能涉及較少[7]，該領(lǐng)域的研究非常值得關(guān)注。依托儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，根據(jù)浙江用戶側(cè)儲(chǔ)能相關(guān)政策，提出用戶側(cè)儲(chǔ)能經(jīng)濟(jì)效益分析和投資建議，為浙江電力多元融合高彈性電網(wǎng)建設(shè)下用戶側(cè)儲(chǔ)能相關(guān)研究和投資提供參考和借鑒。

1 電化學(xué)儲(chǔ)能現(xiàn)狀

隨著電池成本不斷下降，以鋰離子電池為代表的電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)已成為儲(chǔ)能市場(chǎng)的主流技術(shù)之一[8]。在各種電化學(xué)儲(chǔ)能存量市場(chǎng)和新增市場(chǎng)中，綜合考慮安全、容量、質(zhì)量、節(jié)能環(huán)保、能量轉(zhuǎn)換效率、循環(huán)壽命等技術(shù)指標(biāo)，磷酸鐵鋰電池以具備安全可靠、放電深度和充放電倍率高等優(yōu)勢(shì)，成為應(yīng)用范圍最為廣泛、發(fā)展?jié)摿ψ畲蟮膬?chǔ)能電池[9-10]。

磷酸鐵鋰電池應(yīng)用場(chǎng)景主要為儲(chǔ)能、消費(fèi)及動(dòng)力領(lǐng)域，近年來(lái)隨著新能源汽車(chē)、3C消費(fèi)需求爆發(fā)，鋰電池的出貨量持續(xù)上升。隨著新能源汽車(chē)和消費(fèi)電子飛速發(fā)展，下游需求帶動(dòng)上游鋰電池不斷技術(shù)革新，除了技術(shù)不斷突破外，鋰電池成本仍在快速下降。2018 年以來(lái)，鋰電池重要原材料正極、負(fù)極、隔膜、電解液價(jià)格均呈下降趨勢(shì)，直接帶動(dòng)鋰電池價(jià)格下降，根據(jù)真鋰研究數(shù)據(jù)，截止2020年底，NCM523方形均價(jià)已降至0.9元/(W·h)，磷酸鐵鋰方形電芯均價(jià)已降至0.795元/(W·h)，相比2014年接近3元/(W·h)的價(jià)格有巨大的下滑[11-12]?！笆奈濉逼陂g，隨著磷酸鐵鋰電池成本不斷下降，儲(chǔ)能系統(tǒng)成本不斷降低，儲(chǔ)能技術(shù)和政策不斷完善，儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)有望快速健康發(fā)展，將打開(kāi)超1 000億市場(chǎng)空間。

2 用戶側(cè)儲(chǔ)能的成本及收益組成

2.1 成本組成

用戶側(cè)儲(chǔ)能電站建設(shè)和使用過(guò)程中產(chǎn)生的相關(guān)成本，主要為投資成本和運(yùn)營(yíng)成本兩大項(xiàng)。投資成本包括土建成本、電池購(gòu)置成本以及相關(guān)設(shè)備成本；運(yùn)營(yíng)成本包括運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本、檢修成本、故障成本、退運(yùn)處置成本[13]。

2.2 收益組成

現(xiàn)行政策場(chǎng)景下，對(duì)于用戶側(cè)儲(chǔ)能裝置的收益包括需量電費(fèi)管理收益、峰谷套利收益、調(diào)頻收益、需求響應(yīng)收益[14]。未來(lái)政策場(chǎng)景下，主要新增收益點(diǎn)為參與現(xiàn)貨市場(chǎng)獲得的電量收益、獨(dú)立參與輔助服務(wù)市場(chǎng)獲得的補(bǔ)償收益、參與碳交易市場(chǎng)獲得的收益、實(shí)時(shí)電價(jià)環(huán)境下的調(diào)節(jié)儲(chǔ)能獲取收益、采用云儲(chǔ)能模式獲取收益。

3 用戶側(cè)儲(chǔ)能收益政策

根據(jù)上述收益組成，結(jié)合浙江電力儲(chǔ)能經(jīng)濟(jì)政策，用戶側(cè)儲(chǔ)能經(jīng)濟(jì)效益主要涉及峰谷電價(jià)差收益、需求側(cè)響應(yīng)、一次性政策補(bǔ)貼和未來(lái)參與輔助市場(chǎng)交易。

3.1 峰谷電價(jià)差收益

浙江聚焦降低大工業(yè)電價(jià)，著力減輕制造業(yè)用電成本，2021年實(shí)施峰谷不對(duì)稱(chēng)降價(jià)，適度拉大峰谷價(jià)差，提高尖峰電價(jià)，降低低谷電價(jià)，鼓勵(lì)儲(chǔ)能等產(chǎn)業(yè)發(fā)展[15]，新電價(jià)見(jiàn)表1。

表1 浙江峰谷電價(jià)表Table 1 Zhejiang peak valley electricity price table

新電價(jià)政策下，大工業(yè)電價(jià)的各時(shí)段價(jià)差進(jìn)一步拉大，尖谷時(shí)段價(jià)差較原來(lái)增大2.97%，峰谷時(shí)段價(jià)差較原來(lái)增大3.10%。同時(shí)2021年起，高峰時(shí)段另增7、8月電價(jià)，峰谷時(shí)段價(jià)差較原來(lái)增大11.36%。新一般工商業(yè)電價(jià)較原執(zhí)行電價(jià)無(wú)變化。

根據(jù)分時(shí)電價(jià)機(jī)制， 用戶通過(guò)儲(chǔ)能系統(tǒng)在低谷電價(jià)時(shí)段充電，在高峰、尖峰電價(jià)時(shí)段放電，從而實(shí)現(xiàn)峰谷差收益，減少購(gòu)電費(fèi)用，其收益模型如式(1)所示。

(1)

同一電壓等級(jí)下，一般工商業(yè)電價(jià)差比大工業(yè)電價(jià)差大。單從峰谷差收益角度看，一般工商業(yè)分時(shí)電價(jià)下用戶更具投資經(jīng)濟(jì)性。

3.2 需求側(cè)響應(yīng)

浙江電網(wǎng)削峰日前需求側(cè)響應(yīng)按照單次響應(yīng)的出清價(jià)格、有效響應(yīng)電量進(jìn)行補(bǔ)貼，出清價(jià)格設(shè)置4元/(kW·h)上限。填谷日前需求響應(yīng)執(zhí)行1.2元/(kW·h)年度固定補(bǔ)貼單價(jià)。實(shí)時(shí)需求響應(yīng)執(zhí)行4元/(kW·h)年度固定補(bǔ)貼單價(jià)[16]。浙江需求響應(yīng)補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2。

表2 浙江需求響應(yīng)補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Zhejiang demand response subsidy standard

日前削峰及日前填谷系統(tǒng)通常會(huì)提前一天發(fā)出邀約，用戶在收到邀約后2 h內(nèi)進(jìn)行回復(fù)。2021年實(shí)時(shí)需求響應(yīng)分為小時(shí)級(jí)、分鐘級(jí)及秒級(jí)，對(duì)應(yīng)的需求響應(yīng)發(fā)布時(shí)間分別為提前4 h、提前30 min和緊急調(diào)節(jié)，其收益模型如式(2)所示。

(2)

式中:Sres為儲(chǔ)能裝置通過(guò)需求響應(yīng)獲得的收益；si為第i次需求響應(yīng)補(bǔ)償單價(jià)；Pi,r為第i次實(shí)際響應(yīng)負(fù)荷。

3.3 一次性政策補(bǔ)貼

2012 年，財(cái)政部、國(guó)家發(fā)改委聯(lián)合印發(fā)了《電力需求側(cè)管理城市綜合試點(diǎn)工作中央財(cái)政獎(jiǎng)勵(lì)資金管理暫行辦法》，其中指出通過(guò)實(shí)施能效電廠和削峰填谷技術(shù)等實(shí)現(xiàn)永久性節(jié)約電力負(fù)荷和轉(zhuǎn)移高峰電力負(fù)荷，東部地區(qū)獎(jiǎng)勵(lì)440 元/(kW·h)，中西部地區(qū)獎(jiǎng)勵(lì)550 元/(kW·h)[17]。

3.4 參與輔助市場(chǎng)交易

未來(lái)根據(jù)浙江能監(jiān)辦《浙江省第三方獨(dú)立主體參與電力輔助服務(wù)市場(chǎng)交易規(guī)則(試行)》的相關(guān)內(nèi)容，電儲(chǔ)能、虛擬電廠等可參與輔助市場(chǎng)交易，浙江地區(qū)在低谷電價(jià)時(shí)段參與填谷補(bǔ)償單價(jià)0.4元/(kW·h)，在高(尖)峰電價(jià)時(shí)段參與調(diào)峰、填谷補(bǔ)償單價(jià)0.5元/(kW·h)。

4 大工業(yè)與一般工商業(yè)用戶側(cè)儲(chǔ)能對(duì)比

浙江電網(wǎng)峰谷差(含尖峰谷差)有12 h，如圖1所示，期間11：00起可通過(guò)谷電充電2 h，為實(shí)現(xiàn)單日兩充兩放，設(shè)計(jì)2 h的系統(tǒng)充、放電時(shí)間成本控制最佳。

圖1 浙江峰谷電時(shí)間分布圖Fig.1 Peak and valley electric time distribution map in Zhejiang

以某0.4 kV并網(wǎng)電壓、0.5 MW/1(MW·h)安裝容量的用戶側(cè)儲(chǔ)能電站為案例進(jìn)行分析，該儲(chǔ)能電站規(guī)模滿足參與需求側(cè)聚合總響應(yīng)能力不小于1(MW·h)的條件，可應(yīng)用于大用戶峰谷價(jià)差收益和需量管理場(chǎng)景，也可參與需求側(cè)響應(yīng)。以下就該電站在大工業(yè)與一般工商業(yè)用戶兩種情況下的投資及效益進(jìn)行對(duì)比。

4.1 基本參數(shù)

以0.5 MW/1(MW·h)儲(chǔ)能電站為分析對(duì)象，建設(shè)期約為2個(gè)月，設(shè)計(jì)運(yùn)營(yíng)期8年。磷酸鐵鋰電池充放電次數(shù)為5 500次,綜合分析用戶側(cè)儲(chǔ)能電站的成本費(fèi)用、現(xiàn)金流量等，基本參數(shù)見(jiàn)表3。

表3 儲(chǔ)能電站基本技術(shù)參數(shù)Table 3 Basic technical parameters of energy storage power station

4.2 成本組成及參數(shù)

用戶側(cè)儲(chǔ)能電站成本主要包括土建成本、電池購(gòu)置成本、相關(guān)設(shè)備成本、人工成本、檢修故障成本等幾大類(lèi)，現(xiàn)結(jié)合具體儲(chǔ)能電站規(guī)模確定2021年7月各成本項(xiàng)取值參數(shù)，見(jiàn)表4。

表4 儲(chǔ)能成本參數(shù)Table 4 Energy storage cost parameters

4.3 收益組成及分析

根據(jù)當(dāng)前浙江范圍用戶側(cè)儲(chǔ)能收益的各項(xiàng)政策，計(jì)算大工業(yè)與一般工商業(yè)用戶收益如下。

4.3.1 峰谷電價(jià)差充放電收益

儲(chǔ)能電站根據(jù)“六時(shí)段”電價(jià)機(jī)制，每日總體上實(shí)現(xiàn)兩充兩放，最大化利用峰谷電價(jià)差，放電深度90%，考慮電池衰減，運(yùn)行天數(shù)保守估計(jì)按每年340天計(jì)算，具體收益見(jiàn)表5。

表5 峰谷電價(jià)差充放電收益Table 5 Charge and discharge income between peak and valley electricity prices

4.3.2 需求響應(yīng)補(bǔ)貼收益

根據(jù)浙江省發(fā)改委《2020年1—9月及國(guó)慶期間浙江省電力需求響應(yīng)補(bǔ)貼明細(xì)用戶名單公示》，2020年1—9月以及國(guó)慶期間，浙江省實(shí)施電力需求響應(yīng)54次(包括25次實(shí)時(shí)削峰，24次日前削峰，5次日前填谷)，實(shí)時(shí)削峰補(bǔ)貼單價(jià)4元/(kW·h)，日前削峰補(bǔ)貼平均單價(jià)3.2元/(kW·h)，填谷補(bǔ)貼1.2元/(kW·h)。

根據(jù)需求側(cè)響應(yīng)的政策規(guī)則，儲(chǔ)能電站日常峰谷差充放電時(shí)間與各類(lèi)需求側(cè)響應(yīng)時(shí)段有部分重合，可參與需求側(cè)響應(yīng)時(shí)間見(jiàn)表6。

表6 儲(chǔ)能電站可參與需求側(cè)響應(yīng)時(shí)間Table 6 Energy storage plants can participate in demand side response time

根據(jù)2020年需求響應(yīng)次數(shù)及時(shí)間分布推算，0.5 MW/1(MW·h)容量?jī)?chǔ)能電站預(yù)計(jì)年度平均可參與削峰需求響應(yīng)電量1.41萬(wàn)kW·h，填谷需求響應(yīng)電量0.2萬(wàn)kW·h， 減去原時(shí)段峰電收入， 首年大工業(yè)用戶和一般工商業(yè)用戶分別累計(jì)收益4.42萬(wàn)元和4.23萬(wàn)元，總累計(jì)收益31.88萬(wàn)元和30.48萬(wàn)元。

4.3.3 一次性政策補(bǔ)貼

對(duì)實(shí)施能效電廠和削峰填谷技術(shù)等永久性節(jié)約電力負(fù)荷和轉(zhuǎn)移高峰電力負(fù)荷的項(xiàng)目予以獎(jiǎng)勵(lì)，東部地區(qū)獎(jiǎng)勵(lì)440元/kW。0.5 MW/1(MW·h)容量?jī)?chǔ)能電站可得一次性補(bǔ)貼4.4萬(wàn)元。

4.4 經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比匯總

根據(jù)上述各項(xiàng)收益，結(jié)合磷酸鐵鋰儲(chǔ)能電站技術(shù)參數(shù)，綜合分析儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)成本費(fèi)用、利潤(rùn)分配、現(xiàn)金流量等，在“自投資+自運(yùn)營(yíng)”模式下，測(cè)算結(jié)果見(jiàn)表7。

表7 儲(chǔ)能經(jīng)濟(jì)效益匯總Table 7 Summary of economic benefits of energy storage

“自投資+自運(yùn)營(yíng)”模式下，大工業(yè)用戶和一般工商業(yè)用戶通過(guò)峰谷電價(jià)、需求側(cè)相應(yīng)和一次性政策補(bǔ)貼分別可獲得累計(jì)收益245.93萬(wàn)元和268.20萬(wàn)元，財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率分別為5.62%和7.93%，財(cái)務(wù)累計(jì)凈現(xiàn)值分別為4.23萬(wàn)元和20.26萬(wàn)元，儲(chǔ)能電站分別在運(yùn)營(yíng)期7.78年和7.03年內(nèi)可收回成本。

5 結(jié) 語(yǔ)

儲(chǔ)能作為源網(wǎng)荷儲(chǔ)交互的重要手段和技術(shù)支撐，是浙江電力多元融合高彈性電網(wǎng)建設(shè)的重要內(nèi)容。通過(guò)對(duì)比0.5 MW/1(MW·h)安裝容量下大工業(yè)與一般工商業(yè)用戶側(cè)儲(chǔ)能項(xiàng)目案例，提出用戶側(cè)儲(chǔ)能經(jīng)濟(jì)效益分析和投資建議。

1)純粹基于浙江省現(xiàn)有峰谷差收益場(chǎng)景下，用戶側(cè)儲(chǔ)能電站投資效益較少；增加需求側(cè)響應(yīng)場(chǎng)景收益后，項(xiàng)目投資價(jià)值得到一定提升。合理選擇儲(chǔ)能容量和技術(shù)參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)綜合動(dòng)態(tài)回收期7.02年的目標(biāo)。

2)大工業(yè)儲(chǔ)能受到基本電費(fèi)制約，實(shí)際收益略有減少；相同技術(shù)條件下，一般工商業(yè)用戶由于峰谷電價(jià)(1～10 kV等級(jí))差更大，較大工業(yè)用戶投資儲(chǔ)能電站收益更高，具有更好的投資性。

3)用戶側(cè)儲(chǔ)能電站的主要投資成本為電池成本，可以采用梯次利用鋰電池技術(shù)，將退役后的動(dòng)力電池通過(guò)分選、重組、集成后加以利用， 減少成本，也可通過(guò)運(yùn)行期結(jié)束后追加更換電池為主的二期投資，提高收益性。

4)儲(chǔ)能技術(shù)的成熟度在逐年提升，儲(chǔ)能設(shè)備的價(jià)格也在逐年下降，當(dāng)前可盈利條件下，各種因素已為將來(lái)儲(chǔ)能的收益增長(zhǎng)、快速發(fā)展做好了鋪墊。

5)未來(lái)用戶側(cè)儲(chǔ)能還可參與輔助市場(chǎng)交易等場(chǎng)景，相關(guān)政策正在討論和征求意見(jiàn)，用戶側(cè)儲(chǔ)能補(bǔ)償收益在未來(lái)還將有所提高。

6)隨著電改的深入推進(jìn)和電力市場(chǎng)的進(jìn)一步完善，目錄電價(jià)的取消已成為一種必然趨勢(shì)。目錄電價(jià)取消、電力市場(chǎng)放開(kāi)后，在任何一個(gè)時(shí)段都有可能出現(xiàn)高峰和低谷電價(jià)，可進(jìn)一步提高儲(chǔ)能峰谷差價(jià)收益的靈活性。