電化學(xué)儲能項目投資構(gòu)成及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析

汪菲娜WANG Fei-na

（上海電力設(shè)計院有限公司，上海 200025）

0 引言

儲能技術(shù)是推進(jìn)智能電網(wǎng)建設(shè)、能源互聯(lián)網(wǎng)、可再生能源接入、分布式發(fā)電、微網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)、電動汽車發(fā)展、加強城鄉(xiāng)電網(wǎng)建設(shè)和增強電網(wǎng)優(yōu)化配置必不可少的支撐技術(shù)之一，不但可以有效地實現(xiàn)需求側(cè)管理、消除峰谷差和平滑負(fù)荷，而且可以提高電力設(shè)備運行效率、降低供電成本，還可以作為促進(jìn)可再生能源應(yīng)用、提高電網(wǎng)運行穩(wěn)定性和可靠性、調(diào)整頻率、補償負(fù)荷波動的一種手段；此外儲能技術(shù)還可以協(xié)助系統(tǒng)在災(zāi)害事故后重新啟動與快速恢復(fù)，提高系統(tǒng)的自愈能力。

根據(jù)電能轉(zhuǎn)化后的形態(tài)，可以將儲能分為電化學(xué)、機(jī)械、電磁、相變儲能四大類。電化學(xué)儲能主要指電池儲能，主要有鋰離子電池、鉛酸電池、液流電池和鈉硫電池四種類型。根據(jù)《儲能產(chǎn)業(yè)研究白皮書2020》，截止2019 年底，全球已投運的電化學(xué)儲能項目9520.5MW，其中，鋰離子電池的累計裝機(jī)規(guī)模最大，為8453.9MW，所占比重88.8%。2019 年，全球新增投運電化學(xué)儲能項目2895.1MW，其中，鋰離子電池裝機(jī)規(guī)模最大，為2739.4MW，比重為94.6%。從我國電化學(xué)儲能項目建設(shè)情況看，截至2019 年底，我國已投運電化學(xué)儲能項目的累計裝機(jī)規(guī)模為1709.6MW，鋰離子電池裝機(jī)1378.3MW，占電化學(xué)儲能項目的80.6%。由此可以看出，在電化學(xué)儲能項目建設(shè)中，鋰電項目占據(jù)絕對領(lǐng)先地位，且增長勢頭依然強勁。本文主要對電化學(xué)儲能，特別是鋰離子電池項目的投資構(gòu)成及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行分析。

1 儲能項目投資構(gòu)成分析

儲能電站核心設(shè)備為儲能電池及其管理系統(tǒng)（BMS）和能力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)（EMS），通常采用集裝箱布置方式，設(shè)備主要包括電池系統(tǒng)集裝箱、功率變換系統(tǒng)（PCS）、箱逆變一體機(jī)、EMS 系統(tǒng)、儲能場區(qū)視頻監(jiān)控系統(tǒng)、儲能場區(qū)照明動力系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、及相應(yīng)的電纜及接地。對應(yīng)的建筑工程主要包括儲能集裝箱基礎(chǔ)、箱逆變一體機(jī)基礎(chǔ)、箱變基礎(chǔ)、綜合樓、儲能場區(qū)道路工程等。

儲能電站投資主要包括設(shè)備購置費、安裝工程費、建筑工程費、其他費用、基本預(yù)備費，選擇典型儲能項目進(jìn)行投資分析，項目投資如表1 所示。

表1 工程投資概算

儲能項目1 位于張北地區(qū)，項目總?cè)萘繛?5MWh，包含27MWh 鋰電池系統(tǒng)和8MWh 全釩液流電池，項目投資僅包含儲能場部分。

儲能項目2 位于青海地區(qū)，總?cè)萘繛?00MWh，采用2.5MWh 電池系統(tǒng)集裝箱，項目包含110kV 升壓站一座，建設(shè)50MVA 主變2 臺。

儲能項目3 位于青海地區(qū)，總?cè)萘繛?04MWh，采用2MWh 電池系統(tǒng)集裝箱，項目包含110kV 升壓站一座，建設(shè)63MVA 主變2 臺。

排除升壓站投資影響，項目的工程投資概算如表2所示。

表2 工程投資概算（不含升壓站）

儲能項目1 包含全釩液流電池，全釩液流電池設(shè)備價格約為鋰電池價格的2 倍，因此該項目的單位投資較高，為2.71 元/Wh。儲能項目2 儲能場區(qū)部分單位投資為1.43元/Wh。儲能項目3 儲能場區(qū)部分單位投資為1.64 元/Wh。

2 儲能項目經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析

針對儲能場區(qū)部分投資進(jìn)行詳細(xì)的費用劃分和分析，結(jié)果如表3 所示。

由于設(shè)備基礎(chǔ)總投資較小，表3 不能很好地反映設(shè)備基礎(chǔ)的造價指標(biāo)，根據(jù)設(shè)計工程量，對單個設(shè)備基礎(chǔ)投資進(jìn)行分析。

表3 儲能場區(qū)投資指標(biāo)

電池系統(tǒng)、箱變、箱逆變一體機(jī)均采用集裝箱形式，不同項目儲能電池集裝箱、儲能場區(qū)箱變基礎(chǔ)和箱逆變一體機(jī)基礎(chǔ)，單個基礎(chǔ)的工程量是相同的，根據(jù)張北地區(qū)和青海地區(qū)不同的價格水平，計算出單個設(shè)備基礎(chǔ)的造價指標(biāo)如表4 所示。

表4 儲能場區(qū)設(shè)備基礎(chǔ)造價指標(biāo)

3 儲能項目造價影響因素分析

由表2 和表3 可以看出：

儲能項目1 包含全釩液流電池，全釩液流電池設(shè)備價格約為鋰電池價格的2 倍，因此該項目的單位投資較高，為2.71 元/Wh。項目設(shè)備購置費占78.82%，電纜及接地等材料購置費占2.91%，安裝工程費占0.92%，建筑工程費占6.27%。其他費用和基本預(yù)備費占比11.08%。

儲能項目2 儲能場區(qū)部分單位投資為1.43 元/Wh。項目設(shè)備購置費占84.8%，電纜及接地等材料購置費占1.9%，安裝工程費占1%，建筑工程費占4.3%。其他費用和基本預(yù)備費占比8.1%。

儲能項目3 儲能場區(qū)部分單位投資為1.64 元/Wh。項目設(shè)備購置費占89.1%，電纜及接地等材料購置費占0.7%，安裝工程費占0.6%，建筑工程費占3.8%。其他費用和基本預(yù)備費占比5.8%。

電池儲能系統(tǒng)的設(shè)備購置費占總投資的78～89%。且項目的容量越大，設(shè)備購置費所占的比重就越大。因此，影響儲能項目投資的主要因素是電池儲能系統(tǒng)的設(shè)備購置費。

電池儲能系統(tǒng)的設(shè)備包括儲能電池、箱逆變一體機(jī)、箱變、PCS、EMS 等，以上三個儲能項目電池儲能系統(tǒng)設(shè)備購置費指標(biāo)如表5 所示。由表5 可知，在電池儲能系統(tǒng)中，電池系統(tǒng)集裝箱的設(shè)備單價對整個電池儲能系統(tǒng)的投資起決定性作用。

表5 電池儲能系統(tǒng)設(shè)備購?置費指標(biāo)

儲能項目1 包含鋰電池和全釩液流電池，電池單價分別為1.5 元/Wh 和3 元/Wh，項目電池投資指標(biāo)為1.87元/Wh，電池儲能系統(tǒng)中其他設(shè)備投資指標(biāo)為0.25 元/Wh，合計電池儲能系統(tǒng)投資指標(biāo)為2.12 元/Wh。由表1 可知，項目整體靜態(tài)投資指標(biāo)為2.71 元/Wh，除電池儲能系統(tǒng)外投資指標(biāo)為0.59 元/Wh。這是由于項目整體規(guī)模較小，導(dǎo)致建筑工程費、其他費用單位投資占比較大。

儲能項目2 采用2.5MWh 電池系統(tǒng)集裝箱，電池系統(tǒng)集裝箱單價為1.05 元/Wh，電池儲能系統(tǒng)除電池系統(tǒng)集裝箱外其他設(shè)備投資指標(biāo)為0.16 元/Wh，合計電池儲能系統(tǒng)投資指標(biāo)為1.21 元/Wh。由表1 所知，項目整體靜態(tài)投資指標(biāo)為1.54 元/Wh，除電池儲能系統(tǒng)外投資指標(biāo)為0.33元/Wh。

儲能項目3 采用2.0MWh 電池系統(tǒng)集裝箱，電池價格為1.35 元/Wh。電池儲能系統(tǒng)除電池系統(tǒng)集裝箱外其他設(shè)備投資指標(biāo)為0.11 元/Wh，合計電池儲能系統(tǒng)投資指標(biāo)為1.46 元/Wh。由表1 所知，項目整體靜態(tài)投資指標(biāo)為1.69元/Wh，除電池儲能系統(tǒng)外投資指標(biāo)為0.23 元/Wh。詳見表6。

表6 儲能項目投資指標(biāo)

通過以上分析可知，儲能項目投資最重要的影響因素是電池儲能系統(tǒng)的設(shè)備購置費，而其中，電池集裝箱的設(shè)備購置費是決定性影響因素。在確定了項目的規(guī)模和電池單價后，根據(jù)表6，能大致推算出項目的整體單位投資指標(biāo)。項目規(guī)模在35MWh 左右時，在電池單價基礎(chǔ)上加上0.85 元/Wh 即為項目儲能場區(qū)整體單位投資；項目規(guī)模在200MWh 左右時，在電池單價基礎(chǔ)上加上0.5 元/Wh 即為項目儲能場區(qū)整體單位投資；項目規(guī)模在500MWh 左右時，在電池單價基礎(chǔ)上加上0.35 元/Wh，即為項目儲能場區(qū)整體單位投資。

4 儲能項目造價管控重心及價格趨勢

在電池儲能系統(tǒng)中，電池系統(tǒng)集裝箱的設(shè)備單價對整個電池儲能系統(tǒng)的投資起決定性作用，確定了電池系統(tǒng)的設(shè)備價格，即可大致推算出項目的整體造價水平。因此，在儲能項目前期的可研和初設(shè)階段，需要和設(shè)計部門及業(yè)主方進(jìn)行充分的溝通，通過廠家詢價的方式明確具體項目的電池價格，以便更好地進(jìn)行設(shè)計概算的編制工作。

隨著儲能電池需求的擴(kuò)大，以及新能源汽車市場規(guī)模的不斷擴(kuò)大，近年來我國鋰電池產(chǎn)量規(guī)模逐年擴(kuò)大。2020年，我國鋰離子電池產(chǎn)量達(dá)188.45 億只，同比增長19.87%。隨著鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈的逐漸完善，2013-2020 年全球鋰離子電池組平均價格不斷下降，由2013 年的668 美元/千瓦時下降至2020 年的137 美元/千瓦時，8 年間下降了79%。這一成本的下降是由于鋰離子電池規(guī)模化生產(chǎn)所帶來的規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益及沿用新的高能量密度正極材料所實現(xiàn)的。有研究表明，鋰離子電池制造業(yè)的學(xué)習(xí)速率是18%，這意味著每當(dāng)鋰離子電池累計生產(chǎn)量翻一番時，鋰離子電池價格將會下降18%。按照這一學(xué)習(xí)速率，至2024年，鋰離子電池組的價格將低于100 美元/kWh。為了使價格下降到上述水平，鋰離子電池行業(yè)須繼續(xù)選擇采用高能量密度的正負(fù)極材料，并降低電池原材料成本。與此同時，采用新的制造技術(shù)也會更加節(jié)省能源、原材料與空間。因此，在今后的儲能項目投資概算編制過程中，及時了解儲能電池的價格變化趨勢有利于提高投資概算的準(zhǔn)確性，充分反映儲能市場的造價水平。