陸上風電配套儲能系統的經濟性研究

張嬛閣

（中國華電科工集團有限公司，北京 100160）

風電等間歇式電源具有波動性和不確定性，且目前絕大多數間歇式電源對電網不表現出慣性，大規模接入后會顯著加劇電網調頻壓力，尤其是當含大規模風電的電網發生沖擊性負荷擾動時，傳統電源的調頻容量及響應速度將難以滿足調頻需求，且常規電源頻繁參與系統調節影響其經濟壽命，該問題已成為電網接納風電的主要制約因素之一。

儲能系統具有對功率和能量的時間遷移能力，對地理條件要求低，其額定功率和額定容量可以獨立配置。大規模儲能與大容量風力發電系統的結合是可再生能源發展的必要趨勢，借助儲能裝置來抑制風電系統固有的波動，使間歇性、波動性很強的可再生能源變得“可控、可調”。配套儲能系統，提高電能并網穩定性成為當下新能源并網的主要方式。

儲能設施的配套建設雖有效緩解新能源接入增強的調峰壓力，改善新能源出力特性，提高系統對新能源的消納能力。但當前儲能初始投資大，儲能本身的能源節約效益、環保效益和容量效益等無法產生可觀的經濟效益，儲能設施參與電力輔助服務市場機制還未成熟，在短期內很難收回成本，獲得利潤，對項目經濟性產生影響。目前，許多學者的研究方向主要圍繞調頻控制策略與儲能技術研究，針對風電配套儲能后的經濟效益的研究較少，文中主要圍繞配置儲能后的風儲項目經濟效益可行性展開研究。

一、電化學儲能的優勢

電化學儲能具有建設周期短、能量密度高、響應速度快的突出優點。在各類電化學儲能技術中，鋰離子電池的累計裝機占比60%以上，已成為儲能市場未來的主流技術之一。鋰電儲能系統通常包含：電池組、電池管理系統（BMS）、儲能雙向變流器（PCS）、能量管理系統（EMS）、開關柜、安防系統、溫控系統等。目前鋰電儲能的初始投資成本一般在1800元/（kW·h），循環次數可達4000～5000次。本文風電場配套儲能選型選用鋰電儲能電站。

二、陸上風電場配套儲能的效益分析

假設某地擬建設的配套15MW/60MW·h鋰電儲能電站的100MW陸上風電為例進行財務分析。該陸上風電場2019年底核準，并計劃2021年底前完成并網。風電場部分初始投資按照8000元/kW考慮（風機價格按照3500元/kW），風電場年有效利用小時數為2400h。儲能電站規模為15MW/60MW·h，造價指標按照1800元/（kW·h）考慮，年運行350天，每日充放電一次，放電深度為95%，轉換效率為93%。由于運營期限不同，考慮在運營期第11年更換電池，更換成本按初始投資的60%估列。項目的建設資金來源為20%資本金和80%銀行貸款，年貸款利率為4.90%。

根據國家發展改革委2019年5月21日發布的《國家發展改革委關于完善風電上網電價政策的通知》（發改價格〔2019〕882號），將陸上風電標桿上網電價改為指導價，新核準的集中式陸上風電項目上網電價全部通過競爭方式確定，不得高于項目所在資源區指導價。擬定本項目所在的Ⅳ類資源區2020年指導價調整為0.47元/（kW·h）。此外，為落實國務院辦公廳《能源發展戰略行動計劃（2014—2020）》關于風電2020年實現與煤電平價上網的目標要求，國家逐步取消對于陸上風電的補貼實現平價上網，已是必然趨勢。

在此背景下，根據國家現行財稅制度以及國家計委和建設部頒發的《建設項目經濟評價方法與參數》（第三版），分析電價在0.47、0.436、0.42、0.391元/（kW·h）（平價）時，陸上風電場本體及配套儲能系統后陸上風電場的收益情況。

可知，若風電場不存在棄風問題，所發電量能夠完全被消納的情況下，在電價降至平價后，陸上風電場本體資本金內部收益率仍可達8%以上，實現了平價上網的投資收益要求。但是配套15MW/60MW·h儲能增加初始投資之后，電價在0.436元/（kW·h）以下時，已無法滿足投資回報要求，風電場配套儲能系統的方案不可行。

三、陸上風電配套儲能敏感性分析

在陸上風電補貼逐步取消的背景下，配套儲能的陸上風電在經濟性上面臨困境。為探討此類項目的可行性，在平價上網的前提下，選取項目造價、年有效利用小時數、儲能容量配置比例三個關鍵因素，進行多因素敏感性分析。分析在儲能容量配置15%、10%和5%的比例下，按現有造價水平、造價降低5%和造價降低10%三種情況，在年有效利用小時數逐步提高的條件下，三者對于項目資本金內部收益率的影響，結果如圖2所示。通過降低造價水平、提高風場的年有效利用小時數以及降低儲能的容量配置一種或多種方式組合，均可提高配套儲能的風電場經濟性。

在假定的關鍵因素變化幅度下，當容量配置、風電造價指標、儲能造價指標及年有效利用小時數滿足如下條件時，項目在平價條件下資本金內部收益率可達到8%。

此外，采用控制變量法對三個因素逐一分析，可知項目資本金內部收益率對年有效利用小時數敏感性最高，造價水平次之，對容量配置的敏感性則較低。

四、結束語

在新能源平價的步伐下，隨著上網電價的逐步降低，若按15%容量配置4h時長儲能設備，陸上風電場的收益率將受到較大影響，但通過降低造價水平、提高風場的年有效利用小時數、降低儲能的容量配置等多種方式組合，在當前背景下提高配套儲能的風電場經濟性，真正實現項目平價上網的可行性，緩解風電的消納困境。