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目前国内外对电池储能电站的效益研究内容较多,大多是从经济效益、社会效益、环境效益等方面开展分析。一些文献着重进行了环境、产业、社会方面的影响分析[4-5],一些文献研究了智能电网的建设模式对供电企业的影响[6-8],但是对于储能电站效益的标准量化评估方法较少。文章将经济效益指数(YCC)[9]作为评估东莞电池储能电站电网侧经济效益的指标依据。该经济效益指数1时,储能电站处于盈利状态,投资该储能电站是合理的。经济效益指数的计算公式如下:
$$ \text{YCC}=\dfrac{\left[\textit{R}+\textit{P}\right]}{\left[\dfrac{\textit{C}}{\textit{L} \cdot \textit{D}}+\mathrm{ }\textit{C}_0\right]} $$ (1) 式中:
R —— 广东省电力现货市场的平均价格(元/kWh);
P ——容量电价(元/kWh);
C ——输出1 kWh电能的初始投资(元/kWh);
C0 ——输出1 kWh电能的运行成本(元/kWh);
L ——电池的循环寿命(次);
D ——储能电池的充放电深度(%)。
除上述效益外,建设电池储能电站还可节省变电站扩容建设的投资。即如果不进行本储能项目,需要对相关站点进行扩容或者新建变电站才能满足现阶段该区域负荷对变电容量规模的要求。所以因延缓或少建的变电站而节省的投资也是一项效益。此外,电力系统可靠性不足将会导致用户缺电损失,储能电站提高了电力系统的供电可靠性,相当于避免了停电造成的损失[10-11],因此储能电站带来了可靠性收益。文献[12]中提到,在城市中心地区布置储能可以起到改善电能质量,提高供电可靠性的作用。因此,基于公式(1),文章还将延缓变电站建设的投资和提升的供电可靠性收益作为测算储能效益的收益纳入考虑内。
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东莞作为珠三角核心城市之一,随着负荷的增长,局部输变电设备的供电压力进一步加大,局部线路传输压力也有所提升。近年来,随着东莞区域经济的进一步发展,产业升级也带动用户供电可靠性需求进一步提升。
就目前的负载率而言,处于东莞某地110 kV的A站全站全年最高负荷均达到120 MW以上,不满足N−1安全校验,其中#2主变近两年负载率达到85%以上,接近红线水平。处于东莞某地220 kV的B站全站全年最高负荷均达到547 MW以上,不满足N−1安全校验,其中#1主变去年负载率达到95%以上,接近红线水平。A站和B站均存在空调负荷占较高,变电站峰期负荷持续时间较短的问题,因此合理布局储能可充分发挥其调峰、调压等功能,同时增强抵御突发故障后的恢复能力,解决变电站峰期负荷持续时间较短的问题。
综上所述,目前拟在东莞地区的A站和B站分别配置10 MW/20 MWh和5 MW/10 MWh的电池储能系统,发挥储能参与现货的电能量市场,提升供电可靠性等作用,充分提升电池储能的相关经济性指标。根据当前可行性研究分析,A储能电站和B储能电站投资估算如表1所示。
项目 A站 B站 电池种类 磷酸铁锂电池 磷酸铁锂电池 容量/MW 10 5 建筑工程费/万元 320 152 设备购置费/万元 4 362 2 096 安装工程费/万元 514 313 其他费用/万元 609 336 费用合计/万元 5 805 2 897 单位投资成本/(元·W–1) 5.80 5.79 Table 1. Investment in battery energy storage power stations in Dongguan
在考虑东莞电池储能电站的收益模式时,文章主要考虑参与电能量市场和补偿容量电价的模式。根据东莞电池储能电站电池技术参数,储能电池的充放电深度为87%,相应的电池循环寿命为5600次。参考广东电力现货市场的平均价格0.3元/kWh,同时,在YCC1的基础上,反算至少需要多少的容量电价。初始投资成本为电池储能电站1 kWh的建设投资;运行成本包括经营成本、设备折旧和财务费用,设备折旧年限为10年。A、B电池储能电站的经济技术边界条件和电网侧效益分析结果如表2所示。
项目 A站 B站 储能电池循环寿命L/次 5600 5600 储能电池充放电深度D/% 87% 87 广东电力现货市场价格R/[元·(kWh)−1] 0.3 0.3 初始投资成本C/[元·(kWh)−1] 2903 2897 运行成本C0/[元·(kWh)−1] 0.034 0.034 经济效益指数YCC/% 47.69 47.69 最低容量电价P/[元·(kWh)−1] 0.329 0.329 Table 2. Economic and technical boundary conditions of battery energy storage power station in Dongguan
由表2可知,在目前参与广东电力现货市场的情况下,东莞A电池储能电站的经济效益指数和东莞B电池储能电站的经济效益指数均为47.69%,都处于非盈利状态。若同时考虑容量电价机制,那么在YCC1的前提下,需要最低0.329元/kWh的容量电价。
由经济效益指数关系式可知,完善电力现货市场,提升容量电价价格,提高电池的循环寿命,加快电池技术的发展都是十分必要的。
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如果不进行本储能项目,则需要对相关站点进行扩容或者新建变电站才能满足现阶段该区域负荷对变电容量规模的要求,即储能系统的建设可节省变电站扩容建设的投资。以A站和B站为例,根据当前负荷水平及电网安全性要求,为达到缓解A站和B站80%最高负载率的要求,拟对原站进行3×50 MVA的扩容。
3×50 MVA的变电站一般有20年的运营期,根据以往相同规模的变电站进行的投资测算,建设相应规模的变电站需要5000万元的投资。因此5000万元的投资以8%的基准折现率计算,每年年金约为472万元。如果考虑到旧站设备的残值,假定为250万元(残值率取5%),冲抵新站的投资后,则扩容投资的年金为467万元。因此综合变电站扩容方案投资年金为467万元,即储能系统的建设可以大约节省每年467万元的投资,可表示为下式:
$$ \text{YCC}=\dfrac{\left[\dfrac{\textit{B}_1}{\textit{F}}+\mathrm{ }\textit{R}+\textit{P}\right]}{\left[\dfrac{\textit{C}}{\textit{L} \cdot \textit{D}}+\mathrm{ }\textit{C}_0\right]} $$ (2) 式中:
B
1 ——每年节省投资(元); F ——储能电站每年总发电量(kWh)。
根据东莞供电局提供的相关数据,从2019年停电情况来看,A、B两个站所在区域全年停电时间约2.32 h。根据相关项目经验,一般情况下用户停电损失可由两种方法进行测算,首先可采用平均电价折算倍数法,一般单位停电损失取平均售电价的20~50倍,单位损失成本最高可达30~50元/kWh。其次可采用产电比法,根据当地单位电量国民生产总值进行测算,本次保守计算,采用第二种方法(产电比法)进行测算。由于上述变电站主要供电用户为工业第二产业用户,这里采用第二产业用电量及经济数据。
根据《东莞2019年统计年鉴》,2018年东莞全年第二产业用电量56.76 TWh,第二产业国民生产总值为4 027.21亿元,单位电量GDP为7.1元/kWh。即使按单位电量GDP保守计算,计入上述的故障停电时间情况,预计A站和B站年可靠性收益(可靠性收益=故障停电时间×储能最大功率×单位用电损失)约为24.7万元,即储能系统的建设可以每年提供24.7万元的供电可靠性收益,可表示为下式:
$$ \text{YCC}=\frac{\left[\frac{\textit{B}_1+\textit{B}_2}{\textit{F}}+\mathrm{ }\textit{R}+\textit{P}\right]}{\left[\frac{\textit{C}}{\textit{L} \cdot \textit{D}}+\mathrm{ }\textit{C}_0\right]} $$ (3) 式中:
B2——每年提供的供电可靠性收益(元)。
考虑到延缓变电站建设而节省的投资和供电可靠性收益,根据公式(3),可得到在不考虑容量电价的情况下,A电池储能电站和B电池储能电站的经济效益指数可分别达到49.94%和52.19%;在考虑最低容量电价的情况下,A电池储能电站和B电池储能电站的经济效益指数可分别达到102.25%和104.49%,可达到盈利水平。从长远来看,随着电池技术的发展以及补贴政策的完善,其盈利能力水平将有进一步提升。
当然,除了参与电能量市场、容量电价的模式,储能电站还有辅助调频、新能源接入等其他应用模式。由于在调频模式下会加速电池衰减,因此每年电池成本很高,所以文章暂不考虑此模式测算收益。但随着未来电池技术的进步,随之带来循环次数增加,使用寿命延长,预测辅助调频模式的储能电站也能够实现较好的经济效益。在新能源接入模式下,储能电站的收益基于接纳海上风电弃风电量的利用[13-15],也就是说,储能电站接入新能源为其减少的损失能否涵盖全寿命周期成本是储能电站是否盈利的关键,此项收益是有限的,但是未来也可考虑将接入新能源模式与其他模式和政策结合,功能叠加将会为储能电站带来更可观的收益。
Analysis of Economic and Operational Benefits of Grid-Side Battery Energy Storage Power Station
doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2022.04.013
- Received Date: 2021-12-13
- Rev Recd Date: 2022-04-20
- Available Online: 2022-12-25
- Publish Date: 2022-12-23
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Key words:
- battery energy storage power station /
- grid-side /
- economic benefit /
- operational benefit /
- benefit analysis
Abstract:
Citation: | GUAN Qianfeng, WANG Yu, DONG Jianmin. Analysis of Economic and Operational Benefits of Grid-Side Battery Energy Storage Power Station[J]. SOUTHERN ENERGY CONSTRUCTION, 2022, 9(4): 103-107. doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2022.04.013 |