储能的度电成本和里程成本分析

各类储能技术度电成本分析储能技术是解决能源储存和调度问题的关键技术之一、它可以将电能转化为其他形式的能量，并在需要时将其转化回电能，以满足不同时间段的用电需求。

然而，不同的储能技术有着不同的成本，这也是决定其应用范围和商业可行性的重要因素之一、本文将对各类储能技术的电成本进行分析。

1.蓄电池技术蓄电池技术是最常见的储能技术之一、它包括铅酸蓄电池、锂离子蓄电池、钠硫蓄电池等。

这些蓄电池技术在电成本方面主要涉及两个方面：成本和寿命。

首先是成本方面。

蓄电池技术的成本主要包括材料成本、制造成本和组装成本。

以锂离子电池为例，其材料成本主要由正负极材料、电解液和隔膜等组成。

制造成本主要包括生产工艺和设备投资。

组装成本主要包括电池包装和系统集成等。

总的来说，蓄电池技术的成本主要受到原材料价格、制造工艺进步和规模效应等因素的影响。

其次是寿命方面。

蓄电池技术的寿命主要由充放电循环次数、深度充放电和环境温度等因素决定。

一般来说，蓄电池的寿命越长，其电成本越低。

不过，储能系统的运行和维护成本也需要考虑在内。

2.储水技术储水技术是利用水的重力和流动特性来储存能量的一种技术。

它可以将电能转化为水位高度的能量，并在需要时将其转化回电能。

储水技术的电成本主要涉及建设成本和运行成本。

建设成本主要包括水库和水电站的建设投资。

水库的建设投资主要涉及土地征用、泥砂清淤和水库建设等。

水电站的建设投资主要涉及水轮发电机组和发电设备的购置。

运行成本主要包括水库日常管理与维护成本、水库充放水和发电成本等。

3.储氢技术储氢技术是将电能转化为氢气储存起来，并在需要时将其转化回电能。

储氢技术的电成本主要涉及两个方面：成本和效率。

首先是成本方面。

储氢技术的成本主要包括电解制氢设备和氢气储存设备的制造成本和运行成本。

电解制氢设备的制造成本主要涉及电解电池、电解槽、电源设备和电解液等。

氢气储存设备的制造成本主要涉及氢气容器和储氢合金等。

运行成本主要包括电解制氢过程中的电能消耗和储氢设备的维护成本。

随着国家储能政策的密集出台，越来越多的投资者与电池生产商开始将目光转向储能领域，但是面对各种标准不一的锂电池储能系统和百花齐放的非锂电储能技术，大家遇到最多的问题就是：到底该如何科学地计算储能系统的度电成本？锂电池在3C产品和动力电池应用领域，主要面对的都是终端消费者。

终端消费者通常会对商品的性能与价格进行综合考虑，从而选择最适合自己的产品。

储能面向的则主要是商业用户，在商业项目的招投标里，一般在满足性能要求的前提下，比拼的就是各投标方的价格了。

所以商业应用一般对价格非常敏感，这也是促进商业技术成本不断下降的原动力。

在储能项目的招标中，大家一般会关注最后的装机成本，即xxxx 元/kWh，但这个数字只是初期投入的建设资金，并没有考虑进日后数年的运维成本，系统存放电时的损耗，以及财务方面要考虑的现金流等问题。

所以，人们也开始采用度电成本的概念来对不同项目进行比较。

度电成本的定义是，该储能系统在整个使用寿命年限里，花费的总金额除以存储的总电量。

然而，要得出有效的数字，还是要考虑上述提到的运维、电力损耗、资金折现等问题，难度很大。

于是，人们干脆采用一个最简化的情况来计算度电成本——用装机成本除以循环次数，因而也导致了目前市场上以循环次数为最重要导向的潮流，不管是生产者还是购买方，都以提升循环次数为首要任务。

我们一两年前听到的锂电池循环次数可能还只是3、4000次，使用寿命6-8年；如今这个数字已开始从10000次起步往上标，使用寿命也可达15年等等。

可是算一算，即使在实验室条件下，以1C的倍率不间断进行充放电测试，一年也只能跑4380次循环，不知道有几家公司会真的对电池循环测试超过10000次，还是说大多数都是根据短期测试进行预测的结果。

话说回来，有了高次数的循环数值，那所谓的度电成本就可以大幅地往下降了。

两三年前，锂电池储能系统的度电成本还高于0.5元/度，现在很多公司已经宣传可以做到低于0.2元/度了。

储能技术全生命周期度电成本分析储能技术是指将电能转化为其他形式的能量进行储存，并在需要时再次转化为电能进行释放的技术。

随着可再生能源的快速发展和普及，储能技术对能源系统的稳定性和可靠性变得越来越重要。

首先是制造成本。

储能设备的制造成本包括原材料成本、制造工艺成本和人工成本等。

原材料成本主要包括储能设备的电池、储能介质和电控系统等的采购成本。

制造工艺成本和人工成本主要是指储能设备制造过程中的加工和生产成本，包括设备的加工、组装和测试等。

其次是安装和运营成本。

安装成本包括储能设备的运输、安装和调试等费用。

运营成本主要指储能设备的日常维护和管理费用，包括设备的巡检、保养和故障修复等。

运营成本还包括电池寿命管理的成本，如电池的更换和回收等。

再次是维护成本。

储能设备的维护成本主要包括设备的定期维护和故障维修费用。

定期维护包括设备的清洁、检查和校准等，故障维修包括设备的故障排除和更换零部件等。

维护成本的大小与设备的可靠性和寿命有密切关系。

最后是报废成本。

储能设备的报废成本主要包括设备的回收和处置费用。

设备的回收包括对设备各个部件和材料的回收利用，处置费用主要指设备的处理和处置所产生的费用。

储能技术全生命周期度电成本分析的结果可以帮助评估储能技术的经济性和可行性，并为制定储能政策和规划提供参考。

然而，需要注意的是，全生命周期度电成本分析并不是唯一的评估储能技术经济性的方法，还可以结合其他指标如能效、功率密度和循环寿命等综合评估。

总之，储能技术全生命周期度电成本分析是评估储能技术经济性的重要方法，可以帮助决策者和投资者更好地了解储能技术的成本和效益，从而促进储能技术的发展和应用。

储能的度电成本和里程成本分析储能技术的系统成本主要包括电池、电解液、隔膜、电极、集流器、电池管理系统（BMS）等组件的成本，以及制造、组装、检测、包装、运输等环节的成本。

在这些成本中，电池组件的成本占据了很大比例，同时也是影响储能技术度电成本的主要因素。

目前，电化学储能技术中主要采用的是锂离子电池和钠离子电池，其中锂离子电池具有高能量密度、长寿命、低自放电率等优点，但成本较高；而钠离子电池具有低成本、高安全性等优点，但能量密度较低。

因此，未来储能技术的发展需要在综合考虑成本、能量密度、寿命和安全性等因素的基础上，寻求更加优化的技术方案。

4、度电成本和里程成本的测算根据前文所述的储能电站全生命周期成本构成，可以得到储能电站的度电成本和里程成本的计算公式。

以电化学储能为例，其度电成本的计算公式为：度电成本=（系统成本+土建成本+功率转换成本）/（储能容量×电池寿命×深度放电次数×充放电效率×电价差）其中，系统成本包括电池组件、BMS、制造和组装等成本；土建成本包括土地、建筑、安装等成本；功率转换成本包括逆变器、变压器、接线盒等成本。

而里程成本的计算公式则为：里程成本=（系统成本+土建成本+功率转换成本）/（储能容量×循环寿命×深度放电次数×充放电效率×循环次数）其中，循环寿命指的是电池组件在循环充放电过程中的寿命，循环次数指的是电池组件在整个使用寿命内的循环次数。

通过对不同储能技术的度电成本和里程成本进行测算，可以为储能技术的经济性分析和比较提供量化评价依据。

5、结论本文通过对储能电站全生命周期成本的分析，给出了储能技术度电成本和里程成本的详细计算方法，并对电化学储能技术的成本进行了测算。

结果表明，目前电化学储能技术的度电成本大致在0.6~0.9元/(kW·h)，距离规模应用的目标成本0.3~0.4元/(kW·h)还有差距。

第38卷第9期2019年9月电工电能新技术Advanced Technology of Electrical Engineering and EnergyVol.38,No.9Sept.2019收稿日期:2019-07-18基金项目:国家自然科学基金青年基金项目(51707188)㊁北京市自然科学基金-海淀原始创新联合基金项目(L172044)作者简介:何颖源(1989-),女,山东籍,工程师,硕士,研究方向为储能电池技术;陈永翀(1975-),男,江西籍,研究员,博士,研究方向为储能电池技术(通讯作者)㊂储能的度电成本和里程成本分析何颖源1,陈永翀1,2,刘㊀勇3,刘㊀昊1,2,刘丹丹1,2,孙晨宇1(1.中国科学院电工研究所,北京100190;2.中国科学院大学,北京100049;3.中国化学与物理电源行业协会储能应用分会,北京100038)摘要:储能是促进可再生能源消纳和提升电网韧性的重要手段,而储能成本是决定储能技术应用和产业发展规模的重要参数㊂本文针对典型的容量型和功率型储能应用场景,结合产业调研数据和储能全生命周期技术分析,对储能度电成本和里程成本进行测算㊂结果表明,电化学储能目前的度电成本大致在0.6~0.9元/(kW ㊃h ),距离规模应用的目标成本0.3~0.4元/(kW ㊃h )还有相当的差距㊂因此,储能技术的发展需要围绕 低成本㊁长寿命㊁高安全和易回收 的目标,在综合考虑系统制造㊁系统寿命㊁系统安全和回收再生的基础上,开发变革性的储能技术和产品㊂本文工作对于构建市场导向的绿色储能技术创新体系具有重要参考意义㊂关键词:容量型储能;功率型储能;度电成本;里程成本DOI :10.12067/ATEEE1907045㊀㊀㊀文章编号:1003-3076(2019)09-0001-10㊀㊀㊀中图分类号:TM91㊀引言储能是能源电力系统实现能量转换㊁存储和利用的有效途径,储能技术的应用对于提高电力系统灵活性和促进可再生能源消纳具有重要意义[1-3]㊂根据时长要求的不同,储能的应用场景大致可以分为容量型(ȡ4h)㊁能量型(约1~2h)㊁功率型(ɤ30min)和备用型(ȡ15min)四类:①容量型储能场景:该场景一般要求连续储能时长不低于4h,例如削峰填谷或离网储能㊂利用长时储能技术可以减小峰谷差,提升电力系统效率和设备利用率,降低新发电机组和输电线路的建设需求㊂容量型长时储能技术种类较多,包括抽水蓄能㊁压缩空气㊁储热蓄冷㊁储氢储碳以及各类容量型储能电池(例如钠硫电池㊁液流电池㊁铅炭电池㊁锂浆料电池等)[4]㊂②功率型储能场景:该场景下储能系统的连续储能时长一般在15~30min,例如调频储能场景或平滑间歇性电源功率波动场景㊂在此场景下,要求储能系统可以瞬时吸收或释放能量,提供快速的功率支撑㊂功率型短时储能技术包括超导储能㊁飞轮储能㊁超级电容器和各类功率型电池(例如钛酸锂电池㊁高电压电池㊁倍率ȡ2C 型磷酸铁锂电池和三元锂电池)㊂③能量型储能场景:该场景介于容量型和功率型之间,一般为复合储能场景,要求储能系统能够提供调峰调频和紧急备用等多重功能,连续储能时长在1~2h 之间,例如独立储能电站或电网侧储能,0.5C 或1C 型磷酸铁锂电池就属于典型的能量型储能电池㊂④备用型储能场景:在电网突然断电或电压跌落时,储能系统作为不间断电源提供紧急电力,持续时间一般不低于15min,例如数据中心和通讯基站备用电源等㊂铅酸电池㊁梯级利用电池㊁飞轮储能等都可以为该场景提供备用服务㊂不同应用场景对储能技术的性能要求有所不同,而储能成本则是决定储能技术应用和产业发展规模最重要的参数[5,6]㊂储能技术成本的下降将促进储能资本投资回收期不断缩短并逐步靠近赢利点,提高市场积极性㊂近十年来,受益于新能源汽车产业的发展,锂离子电池成本下降迅速,电化学储能的商业化应用机遇开始显现㊂在储能产业的市场培育阶段,储能成本分析对于技术发展和产业规划至2㊀电工电能新技术第38卷第9期关重要㊂目前,业界已有研究关注储能经济性评估和储能成本分析,其中基于储能全生命周期建模的储能平准化(度电)成本是目前国际上通用的储能成本评价指标[7-10]㊂例如,Ward T.Jewell等[11]以度电成本作为评价指标,建立成本评价模型,并以抽水蓄能为参比,以年运行比例㊁充放电时间等作为输入参数,对参与并网运行的储能技术进行了比较,分析了影响储能技术度电成本的敏感性因素;刘坚等[12]评价了锂离子电池储能技术在峰谷套利和电网调频应用场景下的经济性;潘福荣等[13]建立了储能的全生命周期成本模型,用以评估储能在用户侧的收益和投资风险㊂国际可再生能源组织(International Renewable ENergy Agency,IRENA)于2017年发布了储能成本测算工具Cost-of-service tool version 1.0,对在不同应用场景下的储能全生命周期系统成本和度电成本进行了详细建模和测算[14]㊂美国LAZARD公司于2018年11月发布了Lazard s lev-elized cost of storage analysis version4.0,对典型储能技术在不同应用场景下的度电成本做了基本分析[15]㊂度电成本的评价适合容量型储能场景(如削峰填谷),因为可以将其直接与峰谷电价差进行比较,从而判断储能投资是否具有经济效益㊂然而由于缺乏储能系统的可靠运行数据,目前多数电化学储能的度电成本是依据电池单体循环寿命或储能系统服役年限要求(如20年)来分析测算㊂由于电池受一致性㊁系统集成技术和实际工况等影响,实际的储能系统寿命与实验室电池单体测试数据差别巨大,因此需要结合大量调研数据重新计算储能度电成本,真实反映目前各类容量型储能技术的经济性㊂对于功率型储能场景(如辅助电力调频),度电成本则不适合作为直接评价参数来评估该场景的储能经济效益㊂以美国电力市场为例,储能辅助调频的快速响应电源与常规调频电源相比,在实际运行中完成调频任务的数量㊁质量以及对电网运行控制的贡献率方面具有显著优势㊂调频市场仅对机组提供容量补偿是不合理的,因此美国各区域电力市场按照联邦能源管理委员会颁布的755号法案(‘批发电力市场的调频服务补偿“)要求将调频市场拆分为容量市场和里程市场两部分,同时制定量化评价方法对机组的调频效果进行评定㊂目前,中国各区域的发电厂辅助服务管理实施细则也在一定程度上借鉴了美国PJM(Pennsylvania-new Jersy-Mary-land)调频市场的效果评价方法,以实际调频里程为结算单位[16-18]㊂因此,在调频场景下,采用里程成本作为功率型储能经济性的评判标准更为合理㊂已有研究[19]提出了兼顾调频容量和里程的自动发电控制(Automatic Generation Control,AGC)调频辅助服务成本核算方式,但是其成本是针对整个调频机组建模,并未单独对参与调频机组服务的储能电站做里程成本建模和分析,因此不能有效评估调频用功率型储能技术的经济性㊂2017~2019年,中国化学与物理电源行业协会储能应用分会前后组织了6次全国范围的储能产业调研活动,共走访100多家储能相关企事业单位和30余个储能电站项目,掌握了丰富的实际储能数据㊂因此,本文结合实地项目调研和其他资料数据,从能量成本及功率成本的角度对各类储能技术进行分析,给出储能技术度电成本和里程成本的详细计算方法,为不同应用场景(特别是功率型储能场景)储能技术的经济性分析和比较提供量化评价依据㊂具体数据来源如表1所示㊂表1㊀参考数据来源Tab.1㊀Reference data sources来源具体信息行业报告和参考著作‘2018储能产业应用研究报告“‘2019储能产业应用研究报告“‘2018Lazard s levelized cost ofstorage analysis v4“‘2017_IRENA_electricity storage andrenewables:Costs and marketsto2030-Cost-of-servicetool Version1.0“‘电池储能系统调频技术“会议信息中国国际储能大会储能电池技术发展方向研讨会全国储能技术与综合能源服务高层研讨会调研项目2017~2019年全国储能产业巡回调研‘储能关键技术及应用发展趋势研究“调研其他来源专家咨询,新闻报道,期刊文献资料检索2㊀储能电站全生命周期成本储能电站全生命周期成本可以分为安装成本和运行成本,其中储能电站的安装成本主要包括储能系统成本㊁功率转换成本和土建成本,运行成本则包括运维成本㊁回收残值和其他附加成本(如检测费㊁入网费等)㊂储能电站全生命周期的成本构成如图1所示㊂何颖源,陈永翀,刘㊀勇,等.储能的度电成本和里程成本分析[J].电工电能新技术,2019,38(9):1-10.3㊀图1㊀储能电站全生命周期成本构成Fig.1㊀Main components of life cycle cost of energy storage stations2.1㊀储能系统成本储能系统成本包括储能系统的材料成本和制造成本㊂由于任何储能系统都具有一定的能量特性和功率特性,因此可以分别采用储能系统能量成本C sys-e (万元/(MW ㊃h))和储能系统功率成本C sys-p (万元/MW)来评价同一储能技术分别应用在容量型和功率型场景的系统成本㊂目前已商业化应用的储能技术有抽水蓄能㊁铅蓄电池和磷酸铁锂电池㊂综合调研数据获知,目前抽水蓄能电站的投资成本为60~64亿元/GW,抽水㊀㊀㊀蓄能的系统能量成本为120~170万元/(MW ㊃h),未来随着选址经济性的降低,系统成本会有一定程度上升㊂铅蓄电池的系统能量成本在95~125万元/(MW ㊃h),受上游铅价及环保回收管控压力的影响,未来系统成本降低的空间很小㊂磷酸铁锂电池作为目前商业化应用的综合性能较高的典型储能技术,系统能量成本为150~230万元/(MW ㊃h),未来随着低成本创新电池结构和工艺的开发,其成本还有继续下降的空间[20-22]㊂作为功率型储能技术,飞轮和超级电容器属于秒级至分钟级时长储能系统,如果要满足不低于15min 时长的电力储能时间,系统功率成本大约在1000~1500万元/MW㊂钛酸锂电池也是典型的功率型储能技术,目前系统功率成本为200~300万元/MW,未来还有进一步下降空间㊂图2给出了2019年几类典型储能技术的系统能量成本和系统功率成本㊂需要说明的是,本文中各类容量型储能技术储能时长大致在4~8h 范围,飞轮和超级电容储能的功率成本是按照提供至少15min 的储能时长进行核算㊂图2㊀几类典型储能技术的系统能量成本和系统功率成本Fig.2㊀Energy cost and power cost of different typical energy storage technology systems2.2㊀功率转换成本电化学储能电站功率转换器(含软件)的成本目前为50~80万元/MW㊂储能系统额定功率与额定容量的比值(P /E )决定了不同类型储能技术配置的功率转换器比例㊂C pcs-e =λP /E C pcs-p(1)式中,C pcs-e (万元/(MW ㊃h))和C pcs-p (万元/MW)分别为储能技术容量型和功率型储能场景下的功率转换成本;λP /E 为储能系统额定功率与额定容量的比值㊂4㊀电工电能新技术第38卷第9期2.3㊀土建成本储能电站的土建成本包括储能电站的设计㊁施工和改建成本,其金额与储能系统成本比值约为3%~10%(抽水蓄能比较特殊,其土建成本包含在系统成本中)㊂电化学储能技术中,液流电池的土建成本要高一些,其他电化学储能电站的土建成本比较接近㊂C bop-e=λbop C sys-e(2)C bop-p=λbop C sys-p(3)式中,C bop-e(万元/(MW㊃h))和C bop-p(万元/MW)分别为容量型和功率型储能场景下储能技术的土建成本;λbop为土建成本与系统成本的比值㊂2.4㊀运维成本储能电站的运维成本主要包括:保障储能电站在服役期间正常运行需要投入的燃料动力费㊁维护保养费㊁零部件更换费㊁折旧费㊁人工费以及部分储能器件的重置费用㊂调研中了解到,相比于其他储能技术,抽水蓄能涉及不同级别的维修保养,运维成本较高,平均每年运维费用为7000~8000万元/ GW㊂容量型和能量型电池储能电站普遍采用远程监控与定期巡检结合的方式,而功率型调频储能电站因为工况复杂,且与火电厂配套使用,因此安全维护任务重,一般会安排人员24h值守,运维费中人员工资占比较大㊂全钒液流电池反应器更换周期大约为5~6年,液泵3~4年,其他电化学储能电站平均每年也有少量电池需要更换㊂另外,由于电化学储能的环境维护系统一直需要运行,因此每隔3年左右会有空调㊁净化㊁恒温系统的检修和零部件更换,如风扇叶片和滤网的更换㊂综合起来,运维成本与储能系统成本的比值范围为1%~10%,具体与电池类型有关㊂C om-e=λom C sys-e(4)C om-p=λom C sys-p(5)式中,C om-e(万元/(MW㊃h))和C om-p(万元/MW)分别为容量型和功率型储能场景下储能技术的运维成本;λom为运维成本与系统成本的比值系数㊂2.5㊀电站残值电站残值是储能电站服役结束后除去处置成本的剩余价值㊂储能电站的处置成本包括资产评估费㊁资产清理费㊁拆解运输费以及回收再生处理费用等,而储能电站中的金属材料和部分器件等具有回收再利用价值㊂目前看来,铅蓄电池和全钒液流电㊀㊀㊀池的回收价值较高,约20%~40%㊂三元锂电池由于电极材料含有钴㊁镍等贵金属元素,回收价值约10%~18%,而磷酸铁锂电池的回收价值较低[23]㊂此外,电化学储能电站寿命终止时其功率转换部件等仍具有使用价值㊂因此,储能电站残值在3%~ 40%之间,具体值与技术类型有关㊂C rec-e=λrec C sys-e(6)C rec-p=λrec C sys-p(7)式中,C rec-e(万元/(MW㊃h))和C rec-p(万元/MW)分别为容量型和功率型场景下储能技术的系统残值;λrec为储能电站残值与储能系统成本的比值㊂目前大部分储能技术在从示范向规模化应用的过程中,忽略了回收技术和回收成本问题,存在一定的环境负荷风险㊂未来随着储能产业的规模发展,回收再利用将成为储能产业资源可持续发展的关键环节㊂2.6㊀其他成本储能电站其他成本主要包括银行贷款利息㊁入网检测费㊁项目管理费等附加费用㊂调研发现,由于缺乏相关并网接入㊁调度运行㊁安全保障和回收处置标准,目前储能项目的其他成本核算缺乏规范性,与储能系统成本的比值达到10%~20%㊂未来随着储能项目实施标准的规范化,这部分成本将显著降低㊂C oth-e=λoth C sys-e(8)C oth-p=λoth C sys-p(9)式中,C oth-e(万元/(MW㊃h))和C oth-p(万元/MW)分别为容量型和功率型场景下储能技术的其他成本;λoth为其他成本与系统成本的比值㊂综合文献数据和实地调研信息,图3和图4标注给出了几类典型储能技术在容量型和功率型场景下的全生命周期成本及范围㊂图3㊀储能电站全生命周期能量成本Fig.3㊀Energy cost of different energy storagestations in life cycle何颖源,陈永翀,刘㊀勇,等.储能的度电成本和里程成本分析[J].电工电能新技术,2019,38(9):1-10.5㊀图4㊀储能电站全生命周期功率成本Fig.4㊀Power cost of different energy storagestations in life cycle3㊀储能的度电成本和里程成本3.1㊀度电成本度电成本,也称平准化成本(Levelized Cost OfElectricity,LCOE),是对储能电站全生命周期内的成本和发电量进行平准化后计算得到的储能成本,即储能电站总投资/储能电站总处理电量㊂度电成本的计算对于在容量型场景应用的储能技术经济性评估具有重要指导意义㊂针对度电成本,除考虑储能技术的使用寿命外,还应该考虑电站能量效率以及电化学储能技术的放电深度和容量衰减等㊂度电成本=总投资总处理电量=C sum E sum=C sys-e +C pcs-e +C bop-e +C om-e +C oth-e -C rec-e nDODηζ(10)式中,C sum 为储能电站全生命周期的总成本;E sum 为储能电站全生命周期总处理电量;DOD (Depth Of Discharge)为放电深度(%),对于物理储能,DOD 设为100%;n 为储能系统在设计DOD 下的循环寿命(次),对于物理储能,n =使用寿命(年)ˑ365ˑ每天运行次数(次)ˑ年运行比例(%);η为系统能量效率(%);ζ为储能系统每次循环的等效容量保持率(%)㊂物理储能系统随时间的容量损耗非常小,ζ设为1,对于电化学储能,则有:ζ=ʏn1[1-(N -1)1-εn]d N n(11)式中,ε为系统寿命终止时的容量保持率,对于容量型储能场景的电化学储能系统,目前并没有统一的终止标准㊂经调研研究,并综合考虑系统安全性(尤其是内部短路风险)以及电池容量衰减特性(跳水式衰减拐点),本文选70%为系统终止报废标准㊂根据调研及文献数据,表2和图5给出了不同储能技术度电成本计算的典型参数和度电成本范围㊂表2㊀储能技术度电成本计算用典型系统参数Tab.2㊀Typical system parameters for calculation of energystorage stations per kilowatt-hour cost参数DOD (%)η(%)ε(%)n /次抽水蓄能10076116000铅蓄电池7080702500~3500全钒液流电池9072706000~8000钠硫电池10083703800~5000磷酸铁锂电池9088703500~5000三元锂电池9090703000~3700图5㊀几类典型储能技术的度电成本Fig.5㊀Cost per kilowatt-hour of different typical energystorage technologies以抽水蓄能为例,使用寿命约50年,每天抽放一次,系统能量成本在120~170万元/(MW ㊃h),电站运维成本大约120万元/(MW ㊃h),其他成本20万元/(MW ㊃h),系统能量效率76%,年运行比例约90%,测算获得抽水蓄能的度电成本为0.21~0.25元/(kW ㊃h)㊂对于容量型磷酸铁锂电池储能电站,目前系统能量成本150~230万元/(MW ㊃h),储能系统额定功率与额定容量的比值为1/3~1/6,功率转换成本约10万元/(MW ㊃h ),土建成本5万元/(MW ㊃h),电池平均年更换1%,系统寿命7年,电站总运维成本15万元/(MW ㊃h),其他成本约15万元/(MW ㊃h),电站残值取2%㊂系统寿命终止时,电站土建和功率转换等残值按50%计算,电站总残值约12万元/(MW ㊃h)㊂90%DOD 下,储能系6㊀电工电能新技术第38卷第9期统的循环寿命按照3500~5000次计算,系统效率88%,系统容量保持率降至70%时认为寿命终止,估算所得容量型磷酸铁锂储能电站的度电成本为0.62~0.82元/(kW㊃h)㊂对于锂离子电池储能技术,从全生命周期的成本构成看,其功率转换和土建的成本下降空间十分有限㊂过去8年里,锂离子电池单体(不是系统)的能量成本从450~600万元/(MW㊃h)降至100~150万元/(MW㊃h),下降幅度近80%㊂但其成本的年均下降比例并非线性,近两年的成本降低幅度不到2013年的一半,沿用现有工艺技术成本下降空间有限,必须开发变革性的电池技术,从产品全生命周期成本的角度考虑电池结构和工艺创新设计,降低制造㊁运维和回收处置成本,提高系统残值,最终降低整个储能电站的度电成本㊂以锂离子电池(磷酸铁锂)储能电站为例,分别分析系统能量成本㊁循环寿命和电站残值对储能度电成本的影响(电芯㊁电池管理系统及模组的制造成本,约占系统能量成本40%),结果如图6所示㊂若能进一步改进电池结构和工艺,提高材料利用率,降低10%的材料成本和30%的制造成本;设计方便拆解回收的电极及壳体结构,增加电站残值至20%;通过在线维护系统补充活性锂离子,将系统终止(70%容量保持率)时的循环寿命提高到7000次,则电站的度电成本可降至约0.3元/(kW㊃h),可满足容量型储能大规模商业化应用的目标要求㊂3.2㊀里程成本里程成本是评价储能电站参与电网一次调频或二次调频经济性的重要指标㊂电网的一次调频指机组调速器及负荷特性自发吸收电网高频低幅负荷波动以减少频率变化,时间尺度在秒级至分钟级,火电机组通常的响应时间在10~30s之间;二次调频即AGC调频,由机组跟随AGC指令以平抑区域控制偏差,实现无差调节[24]㊂由于受能量转换机械过程的限制,火电机组提供二次调频的响应速度比一次调频要慢,响应时间一般需要1~2min㊂储能设备与火电机组相结合共同提供调频服务,可以提高火电机组运行效率,减少机组磨损,提高机组对于电网AGC调频指令的调节速率㊁响应速度和响应精度[25-27]㊂调频里程是指一段时间内调频指令变化的绝对值之和,体现机组完成调频任务量的多少:S mil=ðT-1k=1P fr k+1-P fr k(12)图6㊀磷酸铁锂电池储能电站度电成本的影响因素分析Fig.6㊀Analysis of cost per kilowatt-hour of LiFePO4storage station式中,k为运行时刻;T为统计总时长;S mil为调频里程;P fr k为k时刻的调频输出功率㊂储能电站的出力值近似等于机组的调频里程㊂里程成本指在功率型调频储能电站的生命周期内,平均到单位调频里程的电站投资成本,即储能电站总投资/储能电站总调频里程㊂下面以AGC辅助调频应用场景示例说明调频里程的计算方法:里程成本=总投资总调频里程=C sum Ssum=C sys-p+C pcs-p+C bop-p+C om-p+C oth-p-C rec-pN cβηα(13)式中,S sum为储能电站全生命周期总调频里程;η为系统能量效率(%);α为储能电站的有效AGC调频响应系数,αɤ1,α与实际储能电站参与的调频类型以及电站参与调度的比例有关,应根据储能电站的实际运行统计数据取值,理想情况下α应趋近于1;β为调频出力系数,是储能电站参加有效AGC调频何颖源,陈永翀,刘㊀勇,等.储能的度电成本和里程成本分析[J].电工电能新技术,2019,38(9):1-10.7㊀响应时,实际响应的调频功率与电站的额定功率之比:β=P kP 0(14)其中,P k 为k 时刻储能电站参加有效AGC 调频时实际响应的调频功率(MW);P 0为电站的额定功率(MW)㊂本文计算中β取0.8,但β应该根据储能调频电站的实际运行统计数据取值,对于储能调频系统而言,β越趋近于1其系统利用率越高㊂N c 为电站全生命周期内的有效调频响应次数(次):N c =24㊃60㊃ψ㊃365㊃Yt eff +t int(15)其中,ψ为电站年运行比例(%);t eff 为储能电站有效调频响应的持续时间,t eff 值与应用场景有关,AGC 辅助调频一般在0.5~3min,此处取1.8min;t int 为储能有效调频响应的间隔时间,一般在几十秒到几分钟之间,此处取平均参考值2min;Y 为系统寿命(年),Y 与储能调频系统运行时的放电深度(DOD )以及储能系统有效调频响应的持续时间t eff 有关㊂储能系统参与调频属于短时高频低深度充放电,系统循环次数寿命要远远高于满充满放次数寿命㊂由于目前调频储能刚刚兴起,绝大部分储能电站都处于初期运行或早期示范阶段,还没有统一的终止标准㊂结合应用场景要求和实地调研情况,本文认为调频储能系统的寿命终止应当考虑系统安全性和系统功率的衰减特性,因此当调频储能系统提供额定功率的时间低于15min 时,应当认为寿命终止㊂图7为某储能电站辅助AGC 调频时的实际出力图,储能电站额定功率为10MW㊂图7㊀储能辅助AGC 调频时的出力图Fig.7㊀Output of energy storage system applied tofrequency regulation根据调研及文献数据,给出不同储能技术用于AGC 辅助调频时的里程成本范围,如图8所示㊂以功率型磷酸铁锂在AGC 调频场景为例,目前图8㊀几类典型储能技术的里程成本Fig.8㊀Cost per mileage of different typical energystorage technologies功率型磷酸铁锂调频储能系统的功率成本为180~300万元/MW,功率转换成本约为50万元/MW,电站土建成本约20万元/MW㊂按照储能系统寿命为5年计算,电站运维成本约为35万元/MW,其他成本18万元/MW㊂功率型磷酸铁锂储能电站的系统功率部件成本占比较大,残值较高,因此电站残值可按37万元/MW 计算㊂储能电站效率88%,年运行比例按照90%计算,里程成本计算结果为6.07~9.08元/MW㊂目前功率型磷酸铁锂电池已能够在局部地区的电力辅助服务市场获得较好收益㊂从文献及调研数据来看,三元锂电池应用于调频储能的安全问题尚有待解决㊂超级电容器和飞轮瞬态输出的功率成本虽然很低,但为达到AGC 调频应用的规定出力时间,需要增加配置容量,因此实际的系统功率成本非常高,尚不能被市场接受[28]㊂此外,对于飞轮系统而言,由于调频场景要求储能系统频繁地充放电,由此导致轴承损耗和电机发热问题突出[29],制约了飞轮在实际调频场景的规模应用㊂磷酸铁锂储能电站参与辅助调频存在的技术问题是SOC 的估算较困难,另外,在系统生命后期,电池不一致性问题突出[30-32]㊂这些都是未来功率型储能技术有待解决的瓶颈问题㊂4　结论中国储能产业尚处于市场培育期,构建市场导向的绿色储能技术创新体系尤为重要㊂储能技术成本是决定其能否实现产业化及规模化应用的最重要的因素㊂(1)储能电站的全生命周期成本包括系统成本㊁功率转换成本㊁土建成本㊁运维成本㊁回收残值和。

电化学储能电站成本解析电化学储能电站全寿命周期过程包括项目建设阶段和项目运营阶段。

一方面要分析电化学储能电站成本构成；另一方面要分析各项成本的计算影响参数。

１.建设成本储能电站的建设成本，也被称为系统成本，是指单位容量的储能系统的成本。

主要由设备安装成本（含电池成本）和施工建造成本组成（未计及土地成本）。

储能设备包括储能电池、电池管理系统、储能逆变器和配电系统等，这些设备的购置费用构成设备安装成本。

电化学储能系统主要由电池组、电池管理系统（Battery Management System，简称BMS）、能量管理系统（Energy Management System，简称EMS）、储能逆变器（Power Conversion System，简称PCS）以及其他电气设备构成。

电池组成本是电化学储能系统的主要成本，是未来产业链技术迭代和降成本的主要环节。

根据高工锂电数据，一套完整的电化学储能系统中，电池组成本占比最高达67%，其次为储能逆变器10%，电池管理系统和能量管理系统分别占比9%和2%。

2.充电成本储能电站的充电成本是指充电过程中发生的全部费用。

在充电时，由于能源转化效率不能达到百分之百，从而产生能量损耗生成的成本，因此，该部分成本主要取决于能量转化效率。

例如充电电费为１个单位价格每千瓦时，对一个效率为７５％的储能设备而言其全部能源成本为：１／７５％＝１.３３／千瓦时。

测算储能充电成本要考虑充电电价、设备利用效率、储能系统每年的放电量和能源转化效率参数。

3.运营人工成本在某些情况下，储能设备运行可能需要人工。

在一定范围内，固定的人工成本与储存电量的大小没有关系，其费用总额具有不变性。

可变的人工成本与存储使用的频率和持续时间成正比。

在许多情况下，对于电池储能电站人工成本的核算主要根据储能设备及储存能力的大小而定，暂时没有明确的价值标准。

根据杨海波等研究，储能电站运营人工成本可以通过单位人工成本和员工人数测算得出储能电站运营人工成本。

储能电站成本与效益比较分析-哪种电池更为经济一、引言储能电站是电力系统中不可或缺的一部分，可以实现能源的平衡和调度，提高电网可靠性和稳定性。

储能电站的核心组件是电池，目前市场上存在多种类型的电池，如锂离子电池、铅酸电池、钠-硫电池等。

本文将围绕成本与效益对这几种电池进行比较分析，以确定哪种电池更为经济。

二、成本分析1.初始投资成本不同种类的电池在购买成本上存在差异。

例如，锂离子电池较为昂贵，而铅酸电池则相对便宜。

当然，每种电池的价格也会因规模、性能和质量等因素而有所不同。

2.维护和运营成本维护和运营成本对于储能电站来说也是一个很重要的考虑因素。

锂离子电池的使用寿命较长，维护成本较低，而铅酸电池需要更多的维护工作并且寿命相对较短，导致维护成本较高。

3.循环寿命和衰减循环寿命是指电池循环充放电的次数，而衰减则是指电池在使用过程中容量衰减的情况。

锂离子电池相比较而言，具有更长的循环寿命和较小的衰减，这意味着其更加耐用，减少了更换电池的频率和费用。

三、效益分析1.储能效率储能效率是指电池在充电、储存和放电过程中能量的损耗情况。

锂离子电池具有较高的充放电效率，而铅酸电池的充放电效率相对较低。

高效的储能系统意味着更大程度上的能量转换和利用，从而提高整体经济效益。

2.可调度性和响应速度可调度性是指电池系统在不同功率要求下的调度能力，响应速度则是指电池系统对能量需求变化的反应速度。

锂离子电池具有较高的可调度性和响应速度，对于电网调度和峰谷填平等需求更加适用，进而提高经济效益。

3.效用附加值除基本的调度和储能功能外，一些电池系统还可以为用户提供其他价值。

例如，锂离子电池具有较高的能量密度，更适合用于电动车和移动设备等。

因此，锂离子电池在电动车市场上有更大的增值潜力，从而提高了其经济效益。

四、综合分析与结论通过对成本与效益进行比较分析，可以得出以下结论：1.在成本方面，铅酸电池有明显的优势，投资成本相对较低。

但在维护和运营成本方面，锂离子电池相对较低。

储能的度电成本和里程成本分析储能技术是解决能源领域的痛点之一，可以提供能源的储存和释放功能，增加能源供应的弹性，平衡能源需求与供应之间的差距。

储能的度电成本和里程成本分析是对储能技术的经济效益进行评估的重要部分。

一、储能的度电成本分析1.设备购置成本：设备购置成本是储能技术的主要成本之一，包括电池、储能设备、逆变器等设备的购买成本。

不同的储能技术具有不同的设备购置成本，例如锂离子电池的成本相对较高，而钠硫电池则相对较低。

2.运维成本：运维成本包括设备的维护、检修、运行监控等费用。

储能设备的运维成本与设备的可靠性和寿命有关，比如需要定期更换电池组、维护逆变器等。

3.充电/放电损耗成本：充电/放电损耗成本是指在储能过程中能量的转换损失，这是由于能量转化过程中的热损失和电阻损耗等造成的。

这些能量损耗会使储能的度电成本上升。

储能的里程成本是指储能技术每提供一定里程所需的成本。

这里的里程可以指电动车的行驶里程、电网的供电里程等。

1.电动车的里程成本：电动车的里程成本主要包括储能系统的购置成本、充电成本和充电效率的损失成本。

购置成本包括电动车储能系统（如电池组）的成本，充电成本包括充电电量的购买成本，充电效率的损失成本是指在充电过程中能量的转换损失。

2.电网的供电里程成本：对于电网储能技术，里程成本通常指在电网运行中，储能系统每提供一定的电能所需的成本。

这包括储能设备的购置成本、运维成本和充电/放电损耗成本等。

储能的里程成本随着技术的发展和应用场景的扩大而逐渐降低。

如电动车的里程成本由于电池成本的降低以及充电基础设施的普及而逐渐降低，使得电动车的使用成本逐渐接近或低于传统燃油车。

综上所述，储能的度电成本和里程成本分析是对储能技术经济效益的重要评估指标。

随着技术的进步和规模的扩大，储能技术的成本逐渐降低，为其在电力系统的应用提供了更大的潜力。

同时，储能技术的成本分析也为政府和企业在决策制定和投资决策中提供了重要的参考依据。

储能的度电成本和里程成本分析储能技术在能源领域具有重要意义，它可以在各个环节实现能源的高效利用，并解决可再生能源的波动性和间歇性等问题。

然而，储能的成本一直是制约其商业化应用的主要因素之一首先，储能的度电成本与储能技术的类型密切相关。

目前常见的储能技术包括机械储能、电化学储能、电容储能等。

机械储能主要是通过蓄水、压缩空气等方式将能量转化为动能，并将其在需要时转化为电能。

电化学储能是通过化学反应将能量储存在电池中，并在需要时将其释放出来。

电容储能则是通过电场效应将能量储存在电容中，并将其释放出来。

这些不同的储能技术在实际应用中的度电成本会有所不同。

其次，储能的度电成本还与储能系统的效率有关。

储能系统的效率是指储能和释放能量之间的转换效率。

一般来说，储能系统的效率越高，度电成本就越低。

例如，电化学储能技术中的锂离子电池通常具有较高的效率，因此其度电成本相对较低。

而机械储能技术中的蓄水和压缩空气储能等技术则可能存在例如泄漏损失等低效率问题，从而导致度电成本较高。

除了度电成本，储能技术在电动车等应用中的里程成本也是一个重要的指标。

里程成本的计算方法是将储能过程中的电能消耗与实际行驶里程进行比较。

在电动车等应用中，里程成本直接影响着用户的使用成本和可接受程度。

里程成本的高低与电动车的续航里程、充电效率等因素密切相关。

同时，里程成本也受到电价和充电设施的影响。

高电价和充电难度将会导致里程成本升高。

对于储能技术而言，降低度电成本和里程成本的关键在于技术的突破和创新。

目前，一些新型储能技术的研究和应用正在取得突破性进展，例如氢能储存和固态电池等。

这些新技术能够提高储能系统的效率，并且具有更低的度电成本和里程成本。

此外，政府的扶持政策和市场机制也对储能的度电成本和里程成本有着重要影响。

通过政策引导和补贴激励，可以降低储能技术的成本，并促进其应用。

同时，建设完善的充电设施和电力市场也可以降低里程成本，并提高电动车的市场普及度。