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电化学储能项目经济性分析

   日期:2022-06-14     浏览:358    评论:0    
 

储能技术是推进智能电网建设、能源互联网、可再生能源接入、分布式发电、微网系统建设、电动汽车发展、加强城乡电网建设和增强电网优化配置必不可少的支撑技术之一,不但可以有效地实现需求侧管理、消除峰谷差和平滑负荷,而且可以提高电力设备运行效率、降低供电成本,还可以作为促进可再生能源应用、提高电网运行稳定性和可靠性、调整频率、补偿负荷波动的一种手段;此外储能技术还可以协助系统在灾害事故后重新启动与快速恢复,提高系统的自愈能力。

根据电能转化后的形态,可以将储能分为电化学、机械、电磁、相变储能四大类。电化学储能主要指电池储能,主要有锂离子电池、铅酸电池、液流电池和钠硫电池四种类型。根据统计,截止2019年底,全球已投运的电化学储能项目9520.5MW,其中,锂离子电池的累计装机规模最大,为8453.9MW,所占比重88.8%。2019 年,全球新增投运电化学储能项目2895.1MW,其中,锂离子电池装机规模最大,为2739.4MW,比重为94.6%。从我国电化学储能项目建设情况看,截至2019年底,我国已投运电化学储能项目的累计装机规模为1709.6MW,锂离子电池装机1378.3MW,占电化学储能项目的80.6%。由此可以看出,在电化学储能项目建设中,锂电项目占据绝对领先地位,且增长势头依然强劲。本文主要对电化学储能,特别是锂离子电池项目的投资构成及经济指标进行分析。

1 储能项目投资构成分析

储能电站核心设备为储能电池及其管理系统(BMS)和能力转换系统(EMS),通常采用集装箱布置方式,设备主要包括电池系统集装箱、功率变换系统(PCS)、箱逆变一体机、EMS 系统、储能场区视频监控系统、储能场区照明动力系统、消防系统、及相应的电缆及接地。对应的建筑工程主要包括储能集装箱基础、箱逆变一体机基础、箱变基础、综合楼、储能场区道路工程等。

储能电站投资主要包括设备购置费、安装工程费、建筑工程费、其他费用、基本预备费,选择典型储能项目进行投资分析,项目投资如表1所示。

 

储能项目1 位于张北地区,项目总容量为35MWh,包含27MWh 锂电池系统和8MWh 全钒液流电池,项目投资仅包含储能场部分。

储能项目2 位于青海地区,总容量为200MWh,采用2.5MWh 电池系统集装箱,项目包含110kV 升压站一座,建设50MVA主变2台。

储能项目3 位于青海地区,总容量为504MWh,采用2MWh电池系统集装箱,项目包含110kV 升压站一座,建设63MVA主变2台。

排除升压站投资影响,项目的工程投资概算如表2所示。

 

储能项目1包含全钒液流电池,全钒液流电池设备价格约为锂电池价格的2倍,因此该项目的单位投资较高,为2.71元/Wh。储能项目2储能场区部分单位投资为1.43元/Wh。储能项目3储能场区部分单位投资为1.64元/Wh。

2 储能项目经济指标分析

针对储能场区部分投资进行详细的费用划分和分析,结果如表3所示。

 

由于设备基础总投资较小,表3 不能很好地反映设备基础的造价指标,根据设计工程量,对单个设备基础投资进行分析。

电池系统、箱变、箱逆变一体机均采用集装箱形式,不同项目储能电池集装箱、储能场区箱变基础和箱逆变一体机基础,单个基础的工程量是相同的,根据张北地区和青海地区不同的价格水平,计算出单个设备基础的造价指标如表4所示。

 

3 储能项目造价影响因素分析

由表2和表3可以看出:

储能项目1包含全钒液流电池,全钒液流电池设备价格约为锂电池价格的2倍,因此该项目的单位投资较高,为2.71元/Wh。项目设备购置费占78.82%,电缆及接地等材料购置费占2.91%,安装工程费占0.92%,建筑工程费占6.27%。其他费用和基本预备费占比11.08%。

储能项目2储能场区部分单位投资为1.43元/Wh。项目设备购置费占84.8%,电缆及接地等材料购置费占1.9%,安装工程费占1%,建筑工程费占4.3%。其他费用和基本预备费占比8.1%。

储能项目3储能场区部分单位投资为1.64元/Wh。项目设备购置费占89.1%,电缆及接地等材料购置费占0.7%,安装工程费占0.6%,建筑工程费占3.8%。其他费用和基本预备费占比5.8%。

电池储能系统的设备购置费占总投资的78~89%。且项目的容量越大,设备购置费所占的比重就越大。因此,影响储能项目投资的主要因素是电池储能系统的设备购置费。

电池储能系统的设备包括储能电池、箱逆变一体机、箱变、PCS、EMS 等,以上三个储能项目电池储能系统设备购置费指标如表5所示。由表5可知,在电池储能系统中,电池系统集装箱的设备单价对整个电池储能系统的投资起决定性作用。

 

储能项目1包含锂电池和全钒液流电池,电池单价分别为1.5 元/Wh 和3 元/Wh,项目电池投资指标为1.87元/Wh,电池储能系统中其他设备投资指标为0.25 元/Wh,合计电池储能系统投资指标为2.12 元/Wh。由表1 可知,项目整体静态投资指标为2.71 元/Wh,除电池储能系统外投资指标为0.59 元/Wh。这是由于项目整体规模较小,导致建筑工程费、其他费用单位投资占比较大。

储能项目2采用2.5MWh 电池系统集装箱,电池系统集装箱单价为1.05 元/Wh,电池储能系统除电池系统集装箱外其他设备投资指标为0.16 元/Wh,合计电池储能系统投资指标为1.21 元/Wh。由表1所知,项目整体静态投资指标为1.54 元/Wh,除电池储能系统外投资指标为0.33元/Wh。

储能项目3采用2.0MWh 电池系统集装箱,电池价格为1.35元/Wh。电池储能系统除电池系统集装箱外其他设备投资指标为0.11 元/Wh,合计电池储能系统投资指标为1.46元/Wh。由表1所知,项目整体静态投资指标为1.69元/Wh,除电池储能系统外投资指标为0.23 元/Wh。详见表6。

 

通过以上分析可知,储能项目投资最重要的影响因素是电池储能系统的设备购置费,而其中,电池集装箱的设备购置费是决定性影响因素。在确定了项目的规模和电池单价后,根据表6,能大致推算出项目的整体单位投资指标。项目规模在35MWh 左右时,在电池单价基础上加上0.85 元/Wh 即为项目储能场区整体单位投资;项目规模在200MWh左右时,在电池单价基础上加上0.5元/Wh 即为项目储能场区整体单位投资;项目规模在500MWh 左右时,在电池单价基础上加上0.35 元/Wh,即为项目储能场区整体单位投资。

4 储能项目造价管控重心及价格趋势

在电池储能系统中,电池系统集装箱的设备单价对整个电池储能系统的投资起决定性作用,确定了电池系统的设备价格,即可大致推算出项目的整体造价水平。因此,在储能项目前期的可研和初设阶段,需要和设计部门及业主方进行充分的沟通,通过厂家询价的方式明确具体项目的电池价格,以便更好地进行设计概算的编制工作。

随着储能电池需求的扩大,以及新能源汽车市场规模的不断扩大,近年来我国锂电池产量规模逐年扩大。2020年,我国锂离子电池产量达188.45 亿只,同比增长19.87%。随着锂电池产业链的逐渐完善,2013-2020 年全球锂离子电池组平均价格不断下降,由2013 年的668 美元/千瓦时下降至2020 年的137 美元/千瓦时,8 年间下降了79%。这一成本的下降是由于锂离子电池规模化生产所带来的规模经济效益及沿用新的高能量密度正极材料所实现的。

有研究表明,锂离子电池制造业的学习速率是18%,这意味着每当锂离子电池累计生产量翻一番时,锂离子电池价格将会下降18%。按照这一学习速率,至2024年,锂离子电池组的价格将低于100美元/kWh。为了使价格下降到上述水平,锂离子电池行业须继续选择采用高能量密度的正负极材料,并降低电池原材料成本。与此同时,采用新的制造技术也会更加节省能源、原材料与空间。因此,在今后的储能项目投资概算编制过程中,及时了解储能电池的价格变化趋势有利于提高投资概算的准确性,充分反映储能市场的造价水平。


 
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