移動儲能車應(yīng)用場景及經(jīng)濟效益分析

陳佳明， 陳曉宇， 范江鵬， 張 津， 胡庭棟

（國網(wǎng)浙江省電力公司紹興供電公司， 浙江 嘉興 314000）

0 引言

移動儲能車是指用車輛作為載具的移動式儲能系統(tǒng)，其中儲能系統(tǒng)一般集成在一個集裝箱中，包括儲能電池系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、電池管理單元、專用消防系統(tǒng)、專用空調(diào)、儲能變流器及隔離變壓器等[1]。根據(jù)安裝方式不同，可分為一體式移動儲能車和半掛式移動儲能車，一體式移動儲能車將儲能系統(tǒng)的集裝箱和車身融為一體，一般適用于容量在500 kWh 及以下的移動儲能系統(tǒng)，半掛式移動儲能車如重型貨車一般，將整個集裝箱掛裝在車上，使用于容量在500 kWh 以上的移動儲能系統(tǒng)。自2014 年5 月份中國電科院新能源研究團隊研發(fā)出第一代移動儲能電源車，至今已發(fā)展至第三代，第一代移動儲能車采用車載集裝箱形式，集成度較低且性能較差。第二代移動儲能車增強了并離網(wǎng)切換技術(shù)，大幅縮短了并離網(wǎng)切換時間。第三代移動儲能車已升級為高集成化且應(yīng)用功能多樣的移動儲能系統(tǒng)。

移動式儲能系統(tǒng)契合新型電力系統(tǒng)發(fā)展需求，具有靈活性高、靈敏性好、可靠性強、適用范圍廣等特點，相關(guān)政策制定工作受到國家發(fā)改委、能源局、工信部等部門的支持[2]。2021 年7 月，國家發(fā)改委、能源局聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于加快推動新型儲能發(fā)展的指導(dǎo)意見》，明確了我國儲能技術(shù)發(fā)展的目標(biāo)：至2025 年，完成新型儲能技術(shù)從商業(yè)化初期向規(guī)?；l(fā)展的轉(zhuǎn)變；至2030 年，實現(xiàn)新型儲能技術(shù)全面市場化發(fā)展。2022 年7 月，工業(yè)和信息化部將移動儲能多功能電源車納入《全國工業(yè)領(lǐng)域電力需求側(cè)管理第四批參考產(chǎn)品（技術(shù)）目錄》。移動儲能車在全國各地試點應(yīng)用，被廣泛用于配網(wǎng)設(shè)備、營銷、市政、環(huán)保、基建、通信以及軍事等領(lǐng)域[3]。2021 年12 月冬奧會期間，5 輛東風(fēng)天龍移動式儲能電源車被用于東奧保供電，具備低噪音、零污染、電能優(yōu)質(zhì)、可實現(xiàn)離并網(wǎng)毫秒級切換的特點，在有效支撐冬奧會可靠供電的同時，也為“零碳東奧”打下基礎(chǔ)。2022 年4 月11 日湖北首臺500 kW/500 kWh多功能液冷移動儲能電源車正式交付驗收，投入國網(wǎng)武漢市蔡甸供電公司的日常保電工作，其適用于應(yīng)急保供電、電力檢修、搶險救災(zāi)等多場景。

1 移動儲能車應(yīng)用概況

1.1 移動儲能車應(yīng)用場景

移動儲能車應(yīng)用范圍廣泛，適用眾多場景[4]，按是否并網(wǎng)，可以分為并網(wǎng)場景和非并網(wǎng)場景，并網(wǎng)場景主要為支撐不停電作業(yè)、重要場合保供電、平緩短時負(fù)荷等，非并網(wǎng)場景主要為電動汽車應(yīng)急救援、戶外應(yīng)急保障電源等。

支撐不停電作業(yè)，隨著用戶對供電可靠性要求的不斷提高，電網(wǎng)企業(yè)在正常檢修和故障搶修中使用不停電作業(yè)的頻次越來越高，當(dāng)前網(wǎng)架情況、設(shè)備水平等還不允許所有檢修和搶修都能通過負(fù)荷轉(zhuǎn)供的方法保證不停電，目前常常使用應(yīng)急發(fā)電車進(jìn)行臨時供電[5-6]。以某市為例，2021 年，正常檢修和故障搶修涉及停電2 272 次，使用應(yīng)急發(fā)電車發(fā)電機保供電1 151 次，超過一半。對停電情況深入分析，發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)停電情況停電時間較短，停電時間1 h 以下的停電情況占總數(shù)的73.63%。缺供電量在100 kWh 以下的1 224 次，占比53.87%，500 kWh 以下的1 794 次，占比78.96%，可見，以現(xiàn)有移動儲能車容量能滿足大部分停電情況。

重要場合保供電，在一些重要的場合，需要保證電力供應(yīng)不中斷，如重大會議、重要考試、重大賽事、演出等。重要活動期間，供電企業(yè)會制定保供電方案，對設(shè)備進(jìn)行巡檢，同時派員工值守待命，重要用戶均為雙電源供電，理論上出現(xiàn)斷電的概率極低，但供電企業(yè)仍會派出發(fā)電車作為備用電源，發(fā)電車容量根據(jù)負(fù)荷大小而定[7]。以某市為例，據(jù)不完全統(tǒng)計，2021 年舉辦重大會議592 次，重要考試31 次，由于疫情原因，賽事、演出基本全部取消，由此可見，保供電需求市場較大。

平緩短時負(fù)荷，不同用戶負(fù)荷特性不一，部分用戶負(fù)荷存在高峰期，會出現(xiàn)配變重載（負(fù)荷超過配變?nèi)萘康?0%）的情況，影響供電可靠性，部分用戶高峰期時間較短，如炒茶季部分炒茶用戶[8]。此時，對配變進(jìn)行擴容成本較高，且會降低設(shè)備利用率[9]。利用移動儲能車，在負(fù)荷高峰時段供電，平緩短時負(fù)荷，是解決該問題的有效手段。以某市為例，2021 年共有894臺配變出現(xiàn)重載情況，其中199 臺重載配變負(fù)荷頂峰是由于炒茶引起的。

電動汽車應(yīng)急救援，隨著交通領(lǐng)域“雙碳”進(jìn)程的加快，電動汽車技術(shù)的不斷成熟，電動汽車的滲透率不斷提高。根據(jù)公安部數(shù)據(jù)顯示，截至2022 年6 月底，全國機動車保有量達(dá)4.06 億輛，其中新能源汽車保有量達(dá)1 001 萬輛，占汽車總量的3.23%，上半年新注冊登記新能源汽車220.9 萬輛，同比增長100.26%，創(chuàng)歷史新高。與電動汽車快速發(fā)展相比，電動汽車維修、應(yīng)急救援等配套服務(wù)發(fā)展滯后，目前，只有少數(shù)公司能夠提供緊急救援服務(wù)，且多為自有品牌汽車提供服務(wù)，存在應(yīng)急救援不成體系、服務(wù)水平參差不齊、應(yīng)急設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、遠(yuǎn)距離救援不及時等問題，利用移動儲能車為電動汽車提供應(yīng)急救援，空閑時可作為臨時充電樁使用，是解決上述問題的有效思路。

戶外應(yīng)急保障電源，移動儲能車可為山野露營基地、越野探險、攝影垂釣、高空作業(yè)等戶外活動和作業(yè)供電，目前國外應(yīng)用較多，隨著國內(nèi)戶外活動愛好者地增多，相關(guān)市場也在不斷擴大。另外，移動儲能車還可以用于洪災(zāi)搶險、移動醫(yī)療防疫等應(yīng)急備災(zāi)場景[10]。

1.2 移動儲能車和柴油發(fā)電車對比

現(xiàn)階段，供電公司在不停電作業(yè)、重要場合保供電往往使用柴油發(fā)電車，柴油發(fā)電車的優(yōu)勢是供電時間較長，但與之相比，移動儲能車具有安全性高、污染小、無噪聲、響應(yīng)快、環(huán)保、供電電壓和頻率波動低等優(yōu)點。按浙江省電價、柴油價格計算，移動儲能車度電成本約為0.5 元/kWh，低于柴油發(fā)電車的3 元/kWh。

2 移動儲能車成本收益模型

2.1 移動儲能車成本分析

移動儲能系統(tǒng)車的成本是指在移動儲能的壽命周期內(nèi)，購置、運行、維護(hù)、回收等過程中發(fā)生的或可能發(fā)生的一切直接的、間接的費用總和[11-12]。

表1 移動儲能車與柴油發(fā)電車對比表

2.1.1 購置成本

式中：Ccar為車身購置成本；Cbat為儲能系統(tǒng)成本?，F(xiàn)階段不同廠家制造能力不同，價格差異較大，而客戶需求多樣，需要不同配置的儲能車，一般通過定制的方式購買。其中500 kWh 以下一般為整車，500 kWh 以上配置由于電池重量較大，需要采用半掛的方式，價格較高且需根據(jù)實際情況確定。

2.1.2 更新置換成本

式中：Ce為單位容量電池成本；α 為儲能電池成本年均下降比例；k為更換次數(shù)；l為電池平均壽命；Wbat為儲能系統(tǒng)容量。

2.1.3 運營成本

式中：Coil為年油耗成本；Cins為年車船使用稅和保險費；Cop為運維費；Cman為人工費，包括司機和操作人員；Cw為年電費成本；CM為由第三方主體運營時的管理成本。

2.2 移動儲能車收益分析

本文以第三方主體運營的模式分析移動儲能車收益，即由第三方公司購買，租給供電公司、用戶、電動汽車主等使用，該模式下移動儲能車的主要收益來源為租賃費和供電收益，并網(wǎng)場景中主要為租賃費，非并網(wǎng)場景中為租賃費和供電收益[13-14]。

每年租賃費為：

式中：N為每年租賃次數(shù)；pr為租賃價格（元/工日）。

每年供電收益為：

式中：pe為供電單價；μ 為單次放電比例，理論上單次放電量不超過儲能系統(tǒng)容量。

根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟理論，按項目經(jīng)濟效益評價方法對移動儲能車的經(jīng)濟效益進(jìn)行評估，主要指標(biāo)有凈現(xiàn)值、投資回收期、內(nèi)部收益率，計算方式如下所示：

2.2.1 凈現(xiàn)值

式中：NPV 為凈現(xiàn)值；CI為第t年的現(xiàn)金流入額；CO為第t年的現(xiàn)金流出額；n表示項目計算周期；表示折現(xiàn)率；λ 為殘值率。NPV 是評價項目可行性的最基礎(chǔ)指標(biāo)，NPV 大于0，方案可行，且NPV 越大，說明方案收益越高。

2.2.2 動態(tài)投資回收期

式中：At為年凈收益。

2.2.3 內(nèi)部收益率

IRR 是投資項目本身的投資回報率，是計算期末項目累計凈現(xiàn)值等于零時的折現(xiàn)率，反映了工程項目對投資支出的恢復(fù)能力，其值越高，方案的經(jīng)濟性越好。

3 案例分析

3.1 移動儲能車經(jīng)濟技術(shù)參數(shù)

以浙江省某市為例，通過市場調(diào)研，搜集到四種常見規(guī)格移動儲能車購車價格，如表2 所示，車輛購置費根據(jù)功率和容量不同，價格不同。移動儲能車使用柴油作為動力能源，百公里油耗從12～40 L 不等，每年的保險費按購車價的1%，運維費按購車價的5%計算。移動儲能車在使用時需要司機1 名，操作人員2 名，按浙江省工資水平計算，人力成本約20 萬/年，每輛車共需60 萬/年，經(jīng)濟技術(shù)參數(shù)如表3 所示。

表2 各規(guī)格移動儲能車車價和油耗

表3 移動儲能車經(jīng)濟技術(shù)參數(shù)

3.2 并網(wǎng)場景下經(jīng)濟效益

由于在并網(wǎng)和非并網(wǎng)場景中，移動儲能車的服務(wù)對象不同，收益模式也不同，本文分別分析并網(wǎng)和非并網(wǎng)場景下的經(jīng)濟效益。并網(wǎng)場景下服務(wù)對象為供電企業(yè)，單次作業(yè)時間長，單次供電量不確定，保供電場景中可能未實際供電[15]，因此，移動儲能車的收益主要為租賃收益，租金參考柴油發(fā)電車收費標(biāo)準(zhǔn)，額定功率為100 kW、250 kW、500 kW、1 000 kW 的柴油發(fā)電車租金分別約為6 500 元/工日、7 500 元/工日、8 500 元/工日、12 500 元/工日，在合理調(diào)度下，移動儲能車能得到充分利用，一年按200 個工日計算，平均每次來回行駛路程按60 km 計算。四種常見規(guī)格移動儲能車經(jīng)濟效益如表4 所示。

表4 并網(wǎng)場景下常見規(guī)格移動儲能車經(jīng)濟效益

由此可見，四種常見規(guī)格移動儲能車凈現(xiàn)值均大于0，均可實現(xiàn)收益。其中，隨著儲能容量變小，內(nèi)部收益率越高，動態(tài)回收期越短，收益越高，容量為100 kWh的移動儲能車收益最高，原因為在租金差異不是很大的基礎(chǔ)上，容量小的移動儲能車各項成本較低，且體積較小，行動靈活，能適應(yīng)大部分并網(wǎng)場景的需求。

3.3 非并網(wǎng)場景下經(jīng)濟效益

國內(nèi)移動儲能車在戶外活動中的需求還不多，因此，非并網(wǎng)場景下本文主要考慮為電動汽車提供應(yīng)急救援，閑暇時作為移動充電樁為電動汽車充電[16]。目前市場上電動汽車的救援價格為480 元/次，其中280 元為服務(wù)費，200 元為充電電費，一般為電動汽車充10 度電；公共充電樁的充電價格在1.0～2.0 元/kWh。假設(shè)在合理調(diào)度下，移動儲能車能得到充分利用，年救援次數(shù)按2 400 次計算，作為臨時充電樁時電池電量能被全部用完一次。四種常見規(guī)格移動儲能車經(jīng)濟效益如表5 所示。

表5 非并網(wǎng)場景下常見規(guī)格移動儲能車經(jīng)濟效益

四種常見規(guī)格移動儲能車凈現(xiàn)值大于0 的有100 kWh、250 kWh，即能實現(xiàn)盈利，且隨著容量的增大，收益越差，500 kWh、1 000 kWh 兩種容量的移動儲能車將出現(xiàn)虧損。原因主要為容量大的移動儲能車成本較大，而電動汽車應(yīng)急救援所需電量較少，能滿足車輛到維修點即可，小容量的移動儲能車優(yōu)勢較大。

4 結(jié)語

移動儲能車具有可移動、環(huán)保、便捷等優(yōu)勢，在智能電網(wǎng)、電動汽車、戶外活動等領(lǐng)域已逐漸嶄露頭角，在支撐不停電作業(yè)、重要場合保供電、平緩短時負(fù)荷、電動汽車應(yīng)急救援等場景下，移動儲能車具有明確的收益模式，當(dāng)前成本下，小容量的移動儲能車靈活便捷，車體購置運行成本較低，經(jīng)濟效益較高，500 kWh容量以下的移動儲能車具有較為理想的收益率，但小容量儲能系統(tǒng)會制約移動儲能車的應(yīng)用范圍，如難以支撐部分停電負(fù)荷較大的檢修作業(yè)。

隨著儲能技術(shù)的發(fā)展，儲能能量密度進(jìn)一步提高、成本進(jìn)一步下降，移動儲能車的應(yīng)用范圍和經(jīng)濟效益將進(jìn)一步擴大，無論是“雙碳”目標(biāo)的實現(xiàn)，還是新型電力系統(tǒng)的構(gòu)建，移動儲能車作為儲能的一種新型應(yīng)用模式，都將發(fā)揮不可替代的作用。