儲能電站商業(yè)模式初步研究

陳昆燦 劉 峻 江 熠

1.福建省電力勘測設(shè)計院

2.國網(wǎng)寧波供電公司

2016年2月，國家發(fā)改委、能源局、工信部聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源發(fā)展的指導(dǎo)意見》（發(fā)改能源〔2016〕392 號），指導(dǎo)意見中多處提及推動儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展；2017年3月國家能源局印發(fā)《關(guān)于促進(jìn)儲能技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見（征求意見稿）》，意見中指出儲能是智能電網(wǎng)、可再生能源高占比能源系統(tǒng)、“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源的重要組成部分和關(guān)鍵支撐技術(shù)，并提出兩個階段目標(biāo)：（1）“十三五”期間，建成一批不同技術(shù)類型和應(yīng)用場景的示范項目，研發(fā)一批重大關(guān)鍵技術(shù)與核心裝備，主要儲能技術(shù)達(dá)到國際先進(jìn)水平并初步建立技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系。（2）“十四五”期間，儲能項目廣泛應(yīng)用，成為能源領(lǐng)域經(jīng)濟(jì)新增長點；基于電力與能源市場的多種儲能商業(yè)模式蓬勃發(fā)展，形成一批有國際競爭力的市場主體。這些文件的發(fā)布為國內(nèi)儲能市場的發(fā)展打開了巨大的商業(yè)化應(yīng)用空間，并有望催生多種相關(guān)應(yīng)用的盈利模式。本文基于磷酸鐵鋰電池，初步研究福建省投資儲能電站項目的商業(yè)模式。

1 儲能電站發(fā)展現(xiàn)狀

目前我國儲能產(chǎn)業(yè)在國內(nèi)剛剛起步，產(chǎn)業(yè)發(fā)展還處在工程示范階段，國內(nèi)已建成的化學(xué)儲能電站主要應(yīng)用在用戶端分布式發(fā)電及微電網(wǎng)、集中式風(fēng)光電站以及電網(wǎng)側(cè)儲能調(diào)頻調(diào)峰電站[1]。

用戶端分布式發(fā)電及微電網(wǎng)和集中式風(fēng)光電站，主要的作用為削峰填谷、平滑出力、跟蹤計劃出力、輔助電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行等。截至2016年底，這兩類應(yīng)用累計裝機(jī)規(guī)模已超過中國市場的80%，規(guī)模均在20 000 kW以內(nèi)，占所接入的發(fā)電裝機(jī)規(guī)模8%～15%，電池放電時間在2～6 h。另外，為推動電池儲能電站在電網(wǎng)中的規(guī)模化應(yīng)用，南方電網(wǎng)已投運(yùn)一座調(diào)峰調(diào)頻鋰離子電池儲能電站，即深圳寶清鋰電池儲能電站容量為3 MW×4 h，通過2回10 kV電纜接入深圳電網(wǎng)110 kV變電站10 kV側(cè)。

2 商業(yè)模式初步研究

2.1 假定條件

儲能電站投資成本、充電電價、上網(wǎng)電價等按以下條件假定：

（1）電池壽命：采用磷酸鐵鋰電池，循環(huán)次數(shù)8 000次。

（2）投資成本：在考慮建設(shè)、人力、運(yùn)維成本下，一套儲能電站系統(tǒng)的成本約3 000元/kWh。

（3）充電電價：根據(jù)省目錄電價及峰谷分時電價情況，儲能電站在低谷充電，對應(yīng)的電價（采用大工業(yè)電價）為0.311 1元/kWh。

（4）上網(wǎng)電價：參照《福建省物價局關(guān)于貫徹國家發(fā)展改革委電價調(diào)整有關(guān)問題的通知》（閩價商〔2016〕2號）規(guī)定的“福建省燃煤機(jī)組標(biāo)桿上網(wǎng)電價為0.373 7元/kWh（含稅、含脫硫、脫硝、除塵等環(huán)保電價）”考慮。

（5）效率：取0.9。可粗略測算出1kWh儲能電站每年收益=（0.3737-0.3111/0.9）×365=10.23元/kWh，顯然儲能電站項目投資回收期遠(yuǎn)超過電池壽命期，不具有經(jīng)濟(jì)效益。

因此，除性能、成本等內(nèi)在因素以外，缺乏相應(yīng)的市場機(jī)制是造成中國儲能推廣應(yīng)用較為緩慢的最主要的原因。新一輪電改將開啟我國多個電力市場，例如需求響應(yīng)、輔助服務(wù)、售電側(cè)等，儲能在這些領(lǐng)域都有廣闊的應(yīng)用前景，并能創(chuàng)造出更多的價值[2]。

由于“十三五”期間福建省不會出現(xiàn)風(fēng)電或光伏送出受限現(xiàn)象，發(fā)電側(cè)儲能光伏電站更多的只是用于平滑出力、減少波動，帶來的經(jīng)濟(jì)收益空間有限，因此主要從接入電網(wǎng)側(cè)和用戶側(cè)兩個方面，假定儲能電站幾種商業(yè)運(yùn)行模式并初步分析其投資回收期情況。

2.2 抽水蓄能電站管理模式

儲能電站功能與小型抽水蓄能電站類似，可以借鑒抽水蓄能的管理方式進(jìn)行設(shè)定，形成可持續(xù)發(fā)展的經(jīng)營模式。

我國抽水蓄能電站電價有3種方式計量：①單一電價制；②兩部制電價；③租賃電價。（1）兩部制電價模式

根據(jù)《國家發(fā)展改革委關(guān)于完善抽水蓄能電站價格機(jī)制有關(guān)問題的通知》（發(fā)改價〔2014〕1763號）：“電量價格主要體現(xiàn)抽水蓄能電站通過抽發(fā)電量實現(xiàn)的調(diào)峰填谷效益，主要彌補(bǔ)抽水蓄能電站抽發(fā)電損耗等變動成本，電價水平按當(dāng)?shù)厝济簷C(jī)組標(biāo)桿上網(wǎng)電價（含脫硫、脫硝、除塵等環(huán)保電價）執(zhí)行；電網(wǎng)企業(yè)向抽水蓄能電站提供的抽水電量，電價按燃煤機(jī)組標(biāo)桿上網(wǎng)電價的75%執(zhí)行。”

以最大功率1 kW，放電時間1～8 h，每天按一充一放模式，考慮容量費(fèi)用參照福建省基本電價最大需量39元/(kW?月），初步測算各放電時間下投資回收期見表1。可見參照抽水蓄能管理模式[3]下，在放電時間1～2 h運(yùn)行，投資回收期相對較短（分別約6.1、11.7 a）。

表1 參照抽水蓄能管理模式下的各放電時間下

（2）租賃經(jīng)營模式

儲能電站承租方每年應(yīng)向出租方支付年租賃費(fèi)用，租賃費(fèi)可以支付儲能站的運(yùn)行成本、稅金、合理利潤以及回收建設(shè)投資。還可以考慮與電池廠家簽訂電池設(shè)備租賃協(xié)議，盡量減少電池成本及維修費(fèi)用。

2.3 電網(wǎng)側(cè)參與電力系統(tǒng)輔助服務(wù)管理模式

2016年6月國家能源局下發(fā)《關(guān)于促進(jìn)電儲能參與“三北”地區(qū)電力輔助服務(wù)補(bǔ)償（市場）機(jī)制試點工作的通知》（國能監(jiān)管〔2016〕164號），該政策對儲能在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用具有里程碑式的意義，是第一個給予了電儲能參與調(diào)峰調(diào)頻輔助服務(wù)身份的電力政策。該通知規(guī)定無論在發(fā)電側(cè)還是用戶側(cè)，儲能都可作為獨立主體參與輔助服務(wù)市場交易，同時鼓勵發(fā)電企業(yè)、售電企業(yè)、電力用戶、電儲能企業(yè)等第三方投資建設(shè)電儲能設(shè)施，但相關(guān)的結(jié)算機(jī)制并未確定。

現(xiàn)行調(diào)峰輔助服務(wù)分為基本調(diào)峰、有償調(diào)峰兩種。基本調(diào)峰是發(fā)電機(jī)組必須提供的輔助服務(wù)，目前沒有補(bǔ)償，因此儲能參與調(diào)峰輔助服務(wù)，將更多的參照有償調(diào)峰的相關(guān)規(guī)定，衡量收益，制定策略[4]。

調(diào)峰電價按“三北”地區(qū)有償調(diào)峰補(bǔ)償均值150元/MWh考慮，若上網(wǎng)電價參照火電上網(wǎng)電價0.373 7元/kWh，充電電價參照大工業(yè)低谷電價0.311 1元/kWh。以容量1 kWh為例，初步測算投資回收期需要長達(dá)25 a；若按照風(fēng)電、光伏上網(wǎng)電價6.1、9.8元/kWh，其他條件不變，投資回收期則可縮短至14.6、8.8 a，經(jīng)濟(jì)效益仍較差。

另外，如果儲能電站在參照抽水蓄能電站兩部制電價基礎(chǔ)上，又參與電力系統(tǒng)輔助服務(wù)（參與深度調(diào)峰），以最大功率1 kW，放電時間1～8 h，初步測算各放電時間下投資回收期見表2。可見該種運(yùn)行模式下，在放電時間1～2 h運(yùn)行，投資回收期相對較短（分別約4.4、7.4 a）。

表2 各放電時間下投資回收期初步測算

2.4 用戶側(cè)合同能源管理模式

合同能源管理是指在項目合作期間，節(jié)能服務(wù)公司為用能單位提供能源管理服務(wù)，利用儲能電站系統(tǒng)在低谷或平段電價時段存儲電力能源，在峰時電價時段向用能單位的負(fù)荷供電，利用峰谷、峰平時段的電價差特點產(chǎn)生節(jié)能效益，并由節(jié)能服務(wù)公司和用能單位按照約定的比例分享節(jié)能效益的能源管理模式。

以下根據(jù)福建省現(xiàn)行峰谷電價、時段劃分、儲能電站運(yùn)行方式等情況，測算下該種商業(yè)模式下的經(jīng)濟(jì)效益。

（1）測算基礎(chǔ)

1）目前福建省現(xiàn)行峰谷電價時段劃分：高峰、平段、低谷3個時段，各8 h。峰谷平各時段劃分示意見圖1。

2）銷售電價：按現(xiàn)行大工業(yè)目錄電價，平段0.622 2元/kWh，峰谷電價分別上下浮50%。

3）運(yùn)行方式：儲能電站按滿功率放電時間1～8 h，8種情況考慮，低谷、平段充電，高峰放電。

（2） 最優(yōu)容量比分析及效益測算

1）電費(fèi)收益關(guān)系式簡析

售電量收益：X1=0.6222×1.5×T1 （1）

圖1 福建省峰谷平各時段劃分

購電量成本：

其中：T1、T2、T3分別為高峰放電時間、平段充電時間、低谷充電時間，且需滿足

將式（1）（2）帶入式（3），則得到

考慮到相同放電功率下，電池儲能時間與整體投資基本成正比關(guān)系，所以把度電容量電費(fèi)收益(S)做為衡量經(jīng)濟(jì)性的唯一指標(biāo)：

2）最優(yōu)容量比分析

從1 h容量起算，開展合同能源管理模式下的儲能電站最優(yōu)容量比分析，各種容量配比模式下的投資回收期初步測算見表3。

可見在電池容量與投資基本成正比的基礎(chǔ)上，按照合同能源管理模式運(yùn)營的調(diào)峰電站容量比不宜過高。現(xiàn)行峰谷電價體制下，容量比為2 h時取得的度電容量電費(fèi)收益較優(yōu)（可取得約2.02元/d電費(fèi)收益）。另外，理論上電池功率還可以取得每月減少39元/kW容量電費(fèi)（基本電價按最大需量取時為39元/kW·月-1）的效益。

在過去的3年里，鋰電池儲能成本迅速下降了50%，隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展，今后儲能電池的大規(guī)模生產(chǎn)將較大幅度地減低電池成本（按每kWh計算），投資回收期也將進(jìn)一步縮短。

需要說明的是，如果用戶從建設(shè)初期就考慮配建儲能電站削峰填谷，還將取得等量減少用戶總降變?nèi)萘康墓?jié)省投資效益（折合至變電裝置平均投資約200～300元/kVA）。

3 結(jié)論與建議

根據(jù)上述分析可見，在一定條件下，儲能電站應(yīng)用在電網(wǎng)側(cè)和負(fù)荷側(cè)均具有一定的盈利能力。經(jīng)初步測算，負(fù)荷側(cè)儲能電站投資回收期要好于電網(wǎng)側(cè)儲能電站，主要是應(yīng)用在負(fù)荷側(cè)可獲取更多的峰谷差電價。但考慮到“十三五”末福建陸海風(fēng)電總裝機(jī)預(yù)計將達(dá)約5 200 MW，系統(tǒng)的調(diào)峰調(diào)頻等問題將愈來愈突出，電網(wǎng)側(cè)儲能電站的應(yīng)用也將具備一定的發(fā)展空間，初步測算結(jié)果如下：

表3 各種容量配比模式下的投資回收期初步測算表

（1）參照抽水蓄能管理模式下，以最大功率1 kW、放電時間1～8 h運(yùn)行，在考慮充放電電價0.373 7、0.280 3元/kWh和容量收益（468元/kWa）下，初步測算放電時間1～2 h投資回收期相對較短（分別約6.1、11.7 a）。

（2）參照抽水蓄能電站兩部制電價基礎(chǔ)上，且參與電力系統(tǒng)輔助服務(wù)（參與有償深度調(diào)峰），以最大功率1 kW，放電時間1～8 h，初步測算放電時間1～2 h運(yùn)行，投資回收期相對較短（分別約4.4、7.4 a）。

（3）參照用戶側(cè)合同能源管理，并根據(jù)福建省現(xiàn)行峰谷電價、時段劃分、儲能電站運(yùn)行方式等情況，初步測算放電時間2 h運(yùn)行，投資回收期相對較短，約7.7年（計及容量電價后3.5 a）。但省內(nèi)峰谷差達(dá)上萬kW的商業(yè)用戶很少，需縮減調(diào)峰電站單站規(guī)模。

由于電池成本比重較大，如果以上幾種管理模式在考慮與電池廠家簽訂設(shè)備租賃協(xié)議，盡量減少投資成本，投資回收期也將進(jìn)一步縮短。

隨著技術(shù)進(jìn)步，電池儲能成本與技術(shù)已經(jīng)逐漸進(jìn)入經(jīng)濟(jì)性區(qū)域，政府應(yīng)加強(qiáng)對電池儲能技術(shù)的研究與應(yīng)用的扶持力度。一方面政府可以參照新能源，給予相應(yīng)的補(bǔ)貼政策；另一方面，我國電價是政府決定，政府可以制訂有利于儲能電站的電力峰谷和差別電價。

[1]鄭重,袁昕.電力儲能技術(shù)應(yīng)用與展望[J].陜西電力, 2014,30（7）:4-8.孫振新,劉漢強(qiáng),趙喆等. 儲能經(jīng)濟(jì)性研究[J]. 中國電機(jī)工程學(xué)報[J], 2013,33（增刊）:54-58.

[2]王建軍, 黃阮明, 楊增輝. 華東地區(qū)抽水蓄能電站的節(jié)能效益分析[J].華東電力, 2012, 40（4）:613-616.

[3]楊舒婷,曹哲,時珊珊,王承民,衣濤.考慮不同利益主體的儲能電站經(jīng)濟(jì)效益分析[J].電網(wǎng)與清潔能源, 2015,31（5）:89-93.

節(jié)能信息與動態(tài)

美研制成功能發(fā)電的混合能源織物

最近，美國喬治亞理工學(xué)院研究人員開發(fā)成功一種紡織物，可同時從陽光和運(yùn)動中得到能量，轉(zhuǎn)化太陽能或動能成為電力。將來，使用這種織物做成的服裝能為可穿戴設(shè)備、智能手機(jī)、智能設(shè)備等電子產(chǎn)品供電，且成本低廉，可進(jìn)行規(guī)模化生產(chǎn)。

據(jù)介紹，研發(fā)團(tuán)隊制造的一種纖維織物，把由輕質(zhì)聚合物纖維和纖維納米發(fā)電機(jī)組成的太陽能電池單元編織在一起。其中納米發(fā)電機(jī)利用摩擦起電效應(yīng)，使用由旋轉(zhuǎn)、滑動、振動等物理運(yùn)動引起的摩擦起電效應(yīng)和靜電感應(yīng)，產(chǎn)生少量電能。利用纖維摩擦起電效應(yīng)的納米發(fā)電機(jī)，能捕捉由特定材料和不同材料運(yùn)動接觸而產(chǎn)生的電能。而有關(guān)纖維織物的太陽能發(fā)電部分，研究團(tuán)隊則使用線狀光電陽極和其他纖維織物編織在一起。紡織品的骨架由通常使用的聚合物材料組成，造價低廉而且環(huán)保。電極的制造工藝也是低成本，可應(yīng)用于大規(guī)模制造。這種纖維織物性能良好，即使在嚴(yán)苛的環(huán)境下也可以正常發(fā)電，重復(fù)使用。

（李忠東 譯）

崇明區(qū)增加新能源租賃車投放 助力綠色出行

為推進(jìn)崇明世界級生態(tài)島建設(shè),崇明區(qū)交通委進(jìn)加強(qiáng)與環(huán)球車享EVCARD合作，建成297個分時租賃網(wǎng)點，全面覆蓋崇明三島及重要交通樞紐，投放榮威ERX5新車型，加大電動汽車投放規(guī)模，區(qū)域內(nèi)分時租賃營運(yùn)車輛規(guī)模達(dá)到400輛左右，并上線了先進(jìn)的電子圍欄技術(shù)和離島車輛收費(fèi)策略，從技術(shù)和策略層面保障區(qū)域內(nèi)用戶的出行用車需求。