深度分析丨風(fēng)電場(chǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性問題

風(fēng)力發(fā)電作為新能源的第一大發(fā)電主力，面臨著一大瓶頸就是棄風(fēng)限電問題。儲(chǔ)能就是伴隨新能源快速發(fā)展的契機(jī)下，由于其能改善電能質(zhì)量，吸納棄風(fēng)棄光電量的優(yōu)勢(shì)得到新能源業(yè)內(nèi)的重視，電力投資企業(yè)、電網(wǎng)公司等對(duì)儲(chǔ)能電站的關(guān)注也達(dá)到了空前熱度。但是儲(chǔ)能作為新能源發(fā)展的支撐技術(shù)，現(xiàn)階段由于其高成本及相關(guān)技術(shù)水平的不完善，仍舊未進(jìn)入商業(yè)化發(fā)展。政府、投資主體、社會(huì)、研究機(jī)構(gòu)都非常關(guān)注儲(chǔ)能現(xiàn)階段發(fā)展的經(jīng)濟(jì)性。目前國內(nèi)有對(duì)風(fēng)電場(chǎng)儲(chǔ)能電站的經(jīng)濟(jì)性研究缺乏針對(duì)性和具體性，本文就是基于這種需求，以全國風(fēng)電四類電價(jià)區(qū)作為基礎(chǔ)，全面分析儲(chǔ)能與風(fēng)電結(jié)合的收益情況，并分析相關(guān)經(jīng)濟(jì)性數(shù)據(jù)，給出建議。

1 儲(chǔ)能系統(tǒng)投資成本

1.1 儲(chǔ)能電池的成本

將目前儲(chǔ)能電站這幾種主流電池類型的成本壽命參數(shù)匯總整理見表1所示。鉛碳電池的循環(huán)次數(shù)、度電成本、能量效率、安全性等指標(biāo)較為優(yōu)秀，但是存在一定的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn);鋰電池的能量密度大、能效效率高、資源豐富，適用于大規(guī)模的儲(chǔ)能應(yīng)用，缺點(diǎn)是度電成本高、存在報(bào)廢污染問題。全釩液流電池的循環(huán)次數(shù)最高，可以達(dá)到風(fēng)電的全壽命周期不更換電池，但是其受技術(shù)發(fā)展限制，目前成本較高、占地面積大，僅限于研究示范項(xiàng)目應(yīng)用;鈉硫電池的系統(tǒng)成本高，但有時(shí)是制備工藝簡(jiǎn)單，電站運(yùn)行基本免維護(hù)。總體看，儲(chǔ)能電站以鋰電池和鉛碳電池占有絕對(duì)比例，更適宜現(xiàn)階段在我國的應(yīng)用。

表1 幾種主要儲(chǔ)能電池成本及參數(shù)

1.2 儲(chǔ)能電站的成本構(gòu)成

儲(chǔ)能系統(tǒng)的構(gòu)成主要包括電池單元，電池管理系統(tǒng)(BMS)、能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(PCS)，中央控制系統(tǒng)。儲(chǔ)能系統(tǒng)由儲(chǔ)能變流器(PCS)、蓄電池儲(chǔ)能單元、蓄電池管理系統(tǒng)(BMS)和預(yù)裝式集裝箱組成。各單元投資比例如圖1：

圖1 儲(chǔ)能電站投資成本構(gòu)成圖

2 風(fēng)電場(chǎng)儲(chǔ)能電站經(jīng)濟(jì)性分析前置工作

2.1 問題的提出

針對(duì)風(fēng)電產(chǎn)儲(chǔ)能電站項(xiàng)目及投資者及政策制定以及相關(guān)方關(guān)注的方面，總結(jié)出幾個(gè)問題，作為本文主要解決的問題，一共有三個(gè)方面：

(1)不考慮限電的情況下，風(fēng)電場(chǎng)在2018年的風(fēng)力發(fā)電標(biāo)桿電價(jià)下的收益如何?

(2)在限電10%情況下，風(fēng)電場(chǎng)在2018年的風(fēng)力發(fā)電標(biāo)桿電價(jià)下的收益如何?

(3)風(fēng)電場(chǎng)加入儲(chǔ)能系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性提高還是降低?相差多少?

2.2 測(cè)算條件

a.風(fēng)電年可利用小時(shí)數(shù)按照資源情況結(jié)合項(xiàng)目庫情況整理取值;

b.容量配置：風(fēng)電場(chǎng)規(guī)模為50MW;

c.儲(chǔ)能發(fā)電：四類電價(jià)區(qū)均按照10%限電量配置相應(yīng)容量儲(chǔ)能系統(tǒng);

d.所限電量全部為儲(chǔ)能系統(tǒng)充電;

e.儲(chǔ)能系統(tǒng)發(fā)電量按照當(dāng)?shù)仫L(fēng)力發(fā)電標(biāo)桿上網(wǎng)電價(jià)上網(wǎng);

f. 電池在風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)營周期更換一次。

2.3 電價(jià)

本文按照2018年的新建陸上風(fēng)電場(chǎng)標(biāo)桿電價(jià)(見表2)進(jìn)行風(fēng)電滿發(fā)收益的測(cè)算。

表2風(fēng)電標(biāo)桿電價(jià)表

3 Ⅰ類電價(jià)區(qū)測(cè)算

根據(jù)風(fēng)資源情況分析，結(jié)合對(duì)120多個(gè)已有項(xiàng)目的數(shù)據(jù)庫統(tǒng)計(jì)，Ⅰ類電價(jià)區(qū)的滿發(fā)小時(shí)數(shù)在2600h～3100h之間。發(fā)電量的估算：按照均值2600h測(cè)算容量;50MW的單個(gè)風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目，估算年發(fā)電量為130000MWh;儲(chǔ)能年發(fā)電量=130000MWh×10%=13000MWh(10%的限電量用來儲(chǔ)能);通過測(cè)算，結(jié)果匯總?cè)绫?所示：

表3 Ⅰ類電價(jià)區(qū)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)測(cè)算匯總

注：投資回收期、全部投資內(nèi)部收益率為所得稅稅前值，限電量為風(fēng)電滿發(fā)的10%

投資在7000元/kW時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)儲(chǔ)能電站的自有資金內(nèi)部收益率范圍在4.43%-9.55%之間，全部投資內(nèi)部收益率(所得稅前)在5.48%-7.43%之間，投資回收期(所得稅前)在11.06-12.85年之間;投資在9000元/kW時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)儲(chǔ)能電站的自有資金內(nèi)部收益率范圍在-2.97%-3.08%之間，全部投資內(nèi)部收益率(所得稅前)在3.07%-4.96%之間，投資回收期13.41-15.90年之間。整體而言，在Ⅰ類電價(jià)區(qū)，有少部分資源較好的地區(qū)，風(fēng)電場(chǎng)儲(chǔ)能電站的全投資內(nèi)部收益率大于8%，可以達(dá)到行業(yè)基準(zhǔn)收益要求。

目前的成本和電價(jià)條件下，從測(cè)算的經(jīng)濟(jì)性角度出發(fā)，經(jīng)濟(jì)性欠佳;投資成本越低、資源越好，加儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)收益的影響越大。

4 Ⅱ類電價(jià)區(qū)測(cè)算

Ⅱ類電價(jià)區(qū)的滿發(fā)小時(shí)數(shù)在2300h-2900h之間。通過測(cè)算，經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)匯總結(jié)果匯總?cè)绫?所示：

表4Ⅱ類電價(jià)區(qū)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)測(cè)算匯總

注：投資回收期、全部投資內(nèi)部收益率為所得稅稅前值，限電量為風(fēng)電滿發(fā)的10%

目前的成本和電價(jià)條件下，Ⅱ類電價(jià)區(qū)的風(fēng)電場(chǎng)儲(chǔ)能電站經(jīng)濟(jì)性欠佳;儲(chǔ)能對(duì)投資、資源比較敏感;投資較高時(shí)，是否增加儲(chǔ)能對(duì)總體收益的影響相對(duì)小。

5 Ⅲ類電價(jià)區(qū)測(cè)算

Ⅲ類電價(jià)區(qū)的滿發(fā)小時(shí)數(shù)在2200h-2800h之間，經(jīng)過測(cè)算，其相關(guān)經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)參數(shù)結(jié)果匯總?cè)绫?所示：

表5 Ⅲ類電價(jià)區(qū)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)測(cè)算匯總

注：投資回收期、全部投資內(nèi)部收益率為所得稅稅前值，限電量為風(fēng)電滿發(fā)的10%

投資在7000元/kW時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)儲(chǔ)能電站的自有資金內(nèi)部收益率范圍在7.78%-16.27%之間，全部投資內(nèi)部收益率(所得稅前)在6.76%-9.73%之間，投資回收期 (所得稅前)在9.47-11.63年之間;投資在9000元/kW時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)儲(chǔ)能電站的自有資金內(nèi)部收益率范圍在0.45%-8.28%之間，全部投資內(nèi)部收益率(所得稅前)在4.13%-6.96%之間，投資回收期12.26-14.41年之間。

在能控制總成本的條件下，加入儲(chǔ)能設(shè)備有些資源區(qū)是可以滿足全投資8%收益率、資本金12%的要求的;通過數(shù)據(jù)對(duì)比，Ⅲ類電價(jià)區(qū)的收益情況要好于Ⅰ類電價(jià)區(qū)和Ⅱ類電價(jià)區(qū)。

(1)資源越好，相差越大，投資越高，相差越小;

(2)說明在能控制總成本的條件下，加入儲(chǔ)能設(shè)備有些資源區(qū)是可以滿足全投資8%收益率、資本金12%的要求的。

6 Ⅳ類電價(jià)區(qū)

Ⅳ類電價(jià)區(qū)的25年平均滿發(fā)小時(shí)數(shù)為1700h-2300h。經(jīng)計(jì)算經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)參數(shù)結(jié)果匯總?cè)绫?所示：

表6 Ⅳ類電價(jià)區(qū)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)測(cè)算匯總

注：投資回收期、全部投資內(nèi)部收益率為所得稅稅前值，限電量為風(fēng)電滿發(fā)的10%

Ⅳ類區(qū)成本越高，加入儲(chǔ)能引起的收益下降越小;儲(chǔ)能的應(yīng)用范圍在Ⅳ類區(qū)變大;投資較高時(shí)，是否增加儲(chǔ)能對(duì)總體收益的影響相對(duì)小。

7 結(jié)果對(duì)比分析

我們將各類電價(jià)區(qū)的全投資內(nèi)部收益率(稅前)指標(biāo)放在一起進(jìn)行對(duì)比分析，見表7所示：

表7 四類電價(jià)去收益對(duì)比表

通過分析可以得出，儲(chǔ)能項(xiàng)目試點(diǎn)可以考慮在除Ⅰ類區(qū)外的風(fēng)資源較好、成本較低的地區(qū)。收益率全投資可以達(dá)到8%;找風(fēng)電場(chǎng)投資相對(duì)較低的電站配建儲(chǔ)能。

在10%限電的情況下加儲(chǔ)能全投資內(nèi)部收益率(稅前)下降對(duì)比如表8所示：

表8風(fēng)電10%限電加儲(chǔ)能引起收益下降值

可以看出，Ⅳ類區(qū)限電后是否加儲(chǔ)能對(duì)收益影響相對(duì)較小，更適合配建儲(chǔ)能電站。

8 結(jié)論

通過測(cè)算分析，可以得出如下結(jié)論：

(1)風(fēng)電場(chǎng)儲(chǔ)能電站項(xiàng)目總體經(jīng)濟(jì)性欠佳，不能給風(fēng)電場(chǎng)帶來更多收益，但隨著技術(shù)進(jìn)步成本下降，未來可能會(huì)利用儲(chǔ)能系統(tǒng)有效緩解現(xiàn)階段限電帶來的影響;

(2)儲(chǔ)能項(xiàng)目試點(diǎn)可以考慮在除Ⅰ類區(qū)外的風(fēng)資源較好、成本較低的地區(qū);

(3)Ⅳ類區(qū)限電后是否加儲(chǔ)能對(duì)收益影響相對(duì)較小、適合試點(diǎn)的地區(qū);

(4)如果管理方法先進(jìn)，有效控制成本，可以考慮加入儲(chǔ)能設(shè)備進(jìn)行示范。

儲(chǔ)能系統(tǒng)市場(chǎng)雖然有逐漸擴(kuò)大的現(xiàn)象，現(xiàn)階段系統(tǒng)成本仍高，補(bǔ)助機(jī)制尚未完善，難以形成真正的商業(yè)化市場(chǎng)。目前的合作模式有風(fēng)電企業(yè)自建儲(chǔ)能設(shè)備，或儲(chǔ)能電池廠家自建儲(chǔ)能設(shè)備，風(fēng)電場(chǎng)從儲(chǔ)能廠家購電再上網(wǎng)。風(fēng)電投資企業(yè)與儲(chǔ)能電池廠家需探索更多合作模式，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目盈利。