规模化多元电化学储能度电成本及其经济性分析

doi:10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0348

储能科学与技术 ›› 2023, Vol. 12 ›› Issue (1): 312-318.doi: 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0348

规模化多元电化学储能度电成本及其经济性分析

刘阳¹(), 滕卫军¹, 谷青发¹, 孙鑫¹, 谭宇良², 方知进²(), 李建林²

^1.国网河南省电力公司电力科学研究院，河南郑州 450052
^2.北方工业大学储能技术工程研究中心，北京 100144

收稿日期:2022-06-23 修回日期:2022-09-06 出版日期:2023-01-05 发布日期:2023-02-08
通讯作者: 方知进 E-mail:1099119361@qq.com;1072013412@qq.com
作者简介:刘阳（1986—），男，硕士，高级工程师，研究方向为电力系统分析、新能源发电与并网运行，E-mail：1099119361@qq.com；
基金资助:
国网河南省电力公司电力科学研究院科技项目“促进河南高比例新能源高效利用的多元储能经济性优化配置技术研究”(52170220009V)

Scaled-up diversified electrochemical energy storage LCOE and its economic analysis

Yang LIU¹(), Weijun TENG¹, Qingfa GU¹, Xin SUN¹, Yuliang TAN², Zhijin FANG²(), Jianlin LI²

^1.Electric Power Research Institute of Henan Electric Power Company of State Grid, Zhengzhou 450052, Henan, China
^2.Energy Storage Technology Engineering Research Center, North China University of Technology, Beijing 100144, China

Received:2022-06-23 Revised:2022-09-06 Online:2023-01-05 Published:2023-02-08
Contact: Zhijin FANG E-mail:1099119361@qq.com;1072013412@qq.com

摘要/Abstract

摘要：

多元储能技术作为优化能源结构、促进新能源开发和保护生态环境的重要手段是构建新型电力系统的关键环节。本工作根据储能规模化发展需求，聚焦规模化多元电化学储能的度电成本与经济性。文章从多元电化学储能技术的应用现状出发，考虑到电化学储能的成本构成和特性，建立了多元储能优化全寿命周期LCOE模型，对电化学储能技术的经济性进行了测算。分析表明，提高电化学储能经济性的关键在于降低储能的初始投资成本或单位容量成本。最后，结合我国国情对规模化电化学储能的经济发展进行了总结与展望。

关键词: 多元电化学储能, 应用现状, 优化全寿命LCOE模型, 经济性

Abstract:

Multiple energy storage technology that optimizes the energy structure, promotes new energy development, and protects the ecological environment is the key to realizing new power systems utilizing new energy sources. This paper investigates the cost and economics of large-scale multiple electrochemical energy storage that meets the requirements of energy storage scale development. We first introduce the current application situation of domestic multi-electrochemical energy storage technology. To this end, we establish and measure the levelized cost of energy model for optimizing multi-electrochemical energy storage. We found that the power cost of electrochemical energy storage gradually decreases with increasing scale of the energy storage. In a comparison study, we then reveal that to improve the economics of electrochemical energy storage, we must reduce either the initial investment cost or the unit capacity cost of energy storage. Finally, we propose the economic development of future large-scale energy storage under China's national conditions.

Key words: multiple electrochemical energy storage, application status, optimized full-life LCOE model, economics

中图分类号:

TM 912

刘阳, 滕卫军, 谷青发, 孙鑫, 谭宇良, 方知进, 李建林. 规模化多元电化学储能度电成本及其经济性分析[J]. 储能科学与技术, 2023, 12(1): 312-318.

Yang LIU, Weijun TENG, Qingfa GU, Xin SUN, Yuliang TAN, Zhijin FANG, Jianlin LI. Scaled-up diversified electrochemical energy storage LCOE and its economic analysis[J]. Energy Storage Science and Technology, 2023, 12(1): 312-318.

图/表 9

表1

图1

表2

储能系统关键经济性指标"

参数	锂离子电池	铅酸电池	钠硫电池	全钒液流电池
能量效率 $φ$ /%	85～95	75～90	75～90	75～85
放电深度 $θ D O D$ /%	90	70	100	100
容量衰减率 $η$ /(%/a)	1.5	3.6	0.01	0
服役年限n/a	15～20	3～5	8～10	15～20
单位功率成本 $δ P$ /(元/kW)	300～420	300～500	300～500	300～1000
单位容量成本 $δ E$ /(元/kWh)	1500～2300	500～800	2300～3500	3200
年运维成本系数 $μ$	0.5	0.3	0.46	0.5
单位容量换电成本 $δ R$ /(元/kWh)	850	500	2000	—
参考文献	[10-11]	[10-12]	[13-14]	[10, 15]

表2

表 3

图2

表4

图3

图4

图5

参考文献 20

1	张明霞, 闫涛, 来小康, 等. 电网新功能形态下储能技术的发展愿景和技术路径[J]. 电网技术, 2018, 42(5): 1370-1377.
	ZHANG M X, YAN T, LAI X K, et al. Technology vision and route of energy storage under new power grid function configuration[J]. Power System Technology, 2018, 42(5): 1370-1377.
2	李建林, 田立亭, 来小康. 能源互联网背景下的电力储能技术展望[J]. 电力系统自动化, 2015, 39(23): 15-25.
	LI J L, TIAN L T, LAI X K. Outlook of electrical energy storage technologies under energy Internet background[J]. Automation of Electric Power Systems, 2015, 39(23): 15-25.
3	黎静华, 汪赛. 兼顾技术性和经济性的储能辅助调峰组合方案优化[J]. 电力系统自动化, 2017, 41(9): 44-50, 150.
	LI J H, WANG S. Optimal combined peak-shaving scheme using energy storage for auxiliary considering both technology and economy[J]. Automation of Electric Power Systems, 2017, 41(9): 44-50, 150.
4	吕双辉, 蔡声霞, 王守相. 分布式光伏-储能系统的经济性评估及发展建议[J]. 中国电力, 2015, 48(2): 139-144.
	LYU S H, CAI S X, WANG S X. Economy evaluation and development suggestions for distributed PV-energy storage system in China[J]. Electric Power, 2015, 48(2): 139-144.
5	张平, 康利斌, 王明菊, 等. 钠离子电池储能技术及经济性分析[J]. 储能科学与技术, 2022, 11(6): 1892-1901.
	ZHANG P, KANG L B, WANG M J, et al. Technology feasibility and economic analysis of Na-ion battery energy storage[J]. Energy Storage Science and Technology, 2022, 11(6): 1892-1901.
6	文军, 刘楠, 裴杰, 等. 储能技术全生命周期度电成本分析[J]. 热力发电, 2021, 50(8): 24-29.
	WEN J, LIU N, PEI J, et al. Life cycle cost analysis for energy storage technology[J]. Thermal Power Generation, 2021, 50(8): 24-29.
7	何颖源, 陈永翀, 刘勇, 等. 储能的度电成本和里程成本分析[J]. 电工电能新技术, 2019, 38(9): 1-10.
	HE Y Y, CHEN Y C, LIU Y, et al. Analysis of cost per kilowatt-hour and cost per mileage for energy storage technologies[J]. Advanced Technology of Electrical Engineering and Energy, 2019, 38(9): 1-10.
8	傅旭, 李富春, 杨欣, 等. 基于全寿命周期成本的储能成本分析[J]. 分布式能源, 2020, 5(3): 34-38.
	FU X, LI F C, YANG X, et al. Cost analysis of energy storage based on life cycle cost[J]. Distributed Energy, 2020, 5(3): 34-38.
9	刘冰, 张静, 李岱昕, 等. 储能在发电侧调峰调频服务中的应用现状和前景分析[J]. 储能科学与技术, 2016, 5(6): 909-914.
	LIU B, ZHANG J, LI D X, et al. Energy storage for peak shaving and frequency regulation in the front of meter: Progress and prospect[J]. Energy Storage Science and Technology, 2016, 5(6): 909-914.
10	任丽彬, 许寒, 宗军, 等. 大规模储能技术及应用的研究进展[J]. 电源技术, 2018, 42(1): 139-142.
	REN L B, XU H, ZONG J, et al. Research progress of large-scale energy storage technologies and applications[J]. Chinese Journal of Power Sources, 2018, 42(1): 139-142.
11	梅简, 张杰, 刘双宇, 等. 电池储能技术发展现状[J]. 浙江电力, 2020, 39(3): 75-81.
	MEI J, ZHANG J, LIU S Y, et al. Development status of battery energy storage technology[J]. Zhejiang Electric Power, 2020, 39(3): 75-81.
12	吴皓文, 王军, 龚迎莉, 等. 储能技术发展现状及应用前景分析[J]. 电力学报, 2021, 36(5): 434-443.
	WU H W, WANG J, GONG Y L, et al. Development status and application prospect analysis of energy storage technology[J]. Journal of Electric Power, 2021, 36(5): 434-443.
13	胡英瑛, 吴相伟, 温兆银. 储能钠硫电池的工程化研究进展与展望——提高电池安全性的材料与结构设计[J]. 储能科学与技术, 2021, 10(3): 781-799.
	HU Y Y, WU X W, WEN Z Y. Progress and prospect of engineering research on energy storage sodium sulfur battery—Material and structure design for improving battery safety[J]. Energy Storage Science and Technology, 2021, 10(3): 781-799.
14	胡英瑛, 吴相伟, 温兆银, 等. 储能钠电池技术发展的挑战与思考[J]. 中国工程科学, 2021, 23(5): 94-102.
	HU Y Y, WU X W, WEN Z Y, et al. Challenges and thoughts on the development of sodium battery technology for energy storage[J]. Strategic Study of CAE, 2021, 23(5): 94-102.
15	陈海生, 李泓, 马文涛, 等. 2021年中国储能技术研究进展[J]. 储能科学与技术, 2022, 11(3): 1052-1076.
	CHEN H S, LI H, MA W T, et al. Research progress of energy storage technology in China in 2021[J]. Energy Storage Science and Technology, 2022, 11(3): 1052-1076.
16	李建林, 马会萌, 惠东. 储能技术融合分布式可再生能源的现状及发展趋势[J]. 电工技术学报, 2016, 31(14): 1-10, 20.
	LI J L, MA H M, HUI D. Present development condition and trends of energy storage technology in the integration of distributed renewable energy[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2016, 31(14): 1-10, 20.
17	Tamakoshi T. Development of Sodium Sulfur Battery and application[C]. Pacifico Yokohama: Grand Renewable Energy 2018, 2018.
18	肖晋宇, 侯金鸣, 杜尔顺, 等. 支撑电力系统清洁转型的储能需求量化模型与案例分析[J]. 电力系统自动化, 2021, 45(18): 9-17.
	XIAO J Y, HOU J M, DU E S, et al. Quantitative model and case study of energy storage demand supporting clean transition of electric power system[J]. Automation of Electric Power Systems, 2021, 45(18): 9-17.
19	孟祥飞, 庞秀岚, 崇锋, 等. 电化学储能在电网中的应用分析及展望[J]. 储能科学与技术, 2019, 8(S1): 38-42.
	MENG X F, PANG X L, CHONG F, et al. Application analysis and prospect of electrochemical energy storage in power grid[J]. Energy Storage Science and Technology, 2019, 8(S1): 38-42.
20	宋安琪, 武利会, 刘成, 等. 分布式储能发展的国际政策与市场规则分析[J]. 储能科学与技术, 2020, 9(1): 306-316.
	SONG A Q, WU L H, LIU C, et al. Analysis of global distributed energy storage development policies and market rules[J]. Energy Storage Science and Technology, 2020, 9(1): 306-316.

项目名称	应用功能	储能方式说明
福建晋江100 MWh储能电站	辅助电网调频、调峰	30 MW/100 MWh锂离子电池储能系统
国网时代福建吉瓦级宁德霞浦储能工程	辅助电网调频、调峰	200 MW/400 MWh锂离子电池储能系统
三峡乌兰察布新一代电网友好绿色电站示范项目	平滑功率输出、跟踪计划出力、调频、调峰	550 MW/1100 MWh锂离子电池储能系统
江苏镇江百兆瓦级示范工程	需求响应、辅助调频、调压	100 MW/200 MWh锂离子电池储能系统
安徽金寨百兆瓦级共享储能示范项目	辅助电网调频、调峰	100 MW/200 MWh锂离子电池储能系统
国电投湖北襄阳百兆瓦全钒液流电池储能项目	增强电网消纳能力、辅助调峰、调频	100 MW/500 MWh全钒液流电池储能系统

类型	锂离子电池	铅酸电池	钠硫电池	全钒液流电池
不计充电成本	0.6634	0.9552	1.1985	0.8762
计及充电成本	0.9713	1.3520	1.5113	1.2321

电池种类	功率密度/(W/kg)	能量密度/(Wh/kg)	能量效率/%	循环寿命/次	持续放电时间/h	服役年限/a	技术成熟度	参考文献
锂离子电池	245～500	130～300	85～95	6000～15000	0.3～6	15～20	规模化应用	[10-11]
铅酸电池	180～200	30～50	75～90	500～2500	0.25～4	2～3	商业化初期	[10，12]
钠硫电池	150～240	220～240	80～90	4500	1～8	10～15	示范应用	[13-14]
全钒液流电池	80～130	50～140	75～85	15000	4～10	15～20	商业化初期	[10]

[1]	徐进, 丁显, 宫永立, 何广利, 胡婷. 电解水制氢厂站经济性分析[J]. 储能科学与技术, 2022, 11(7): 2374-2385.
[2]	张平, 康利斌, 王明菊, 赵广, 罗振华, 唐堃, 陆雅翔, 胡勇胜. 钠离子电池储能技术及经济性分析[J]. 储能科学与技术, 2022, 11(6): 1892-1901.
[3]	苏要港, 吴晓南, 廖柏睿, 李爽. 耦合LNG冷能及ORC的新型液化空气储能系统分析[J]. 储能科学与技术, 2022, 11(6): 1996-2006.
[4]	李雄, 李培强. 梯次利用动力电池规模化应用经济性及经济边界分析[J]. 储能科学与技术, 2022, 11(2): 717-725.
[5]	齐宇博, 高达, 郑贤铃. 我国SPE制氢技术产业化经济性分析[J]. 储能科学与技术, 2022, 11(12): 4038-4047.
[6]	丁凯, 郑剑, 李伟, 黄曾睿, 王易, 钱一民, 郑子萱, 谢琦. 基于用户侧储能的电压暂降分级治理方案及其经济性分析[J]. 储能科学与技术, 2022, 11(10): 3381-3390.
[7]	夏阳, 金光, 张立, 刘智慧, 郭少朋. 基于建筑能源系统的混合储能技术研究现状[J]. 储能科学与技术, 2021, 10(6): 2169-2180.
[8]	朱寰, 刘国静, 张兴, 岳芬, 俞振华. 天然气发电与电池储能调峰政策及经济性对比[J]. 储能科学与技术, 2021, 10(6): 2392-2402.
[9]	傅德坤, 宋文吉, 陈明彪, 冯自平. 跨季节蓄冷技术及在设施农业应用的经济性分析[J]. 储能科学与技术, 2021, 10(6): 2385-2391.
[10]	虞启辉, 田利, 李晓飞, 李晓东, 谭心, 张业明. 考虑风能不确定性的压缩空气储能容量配置及经济性评估[J]. 储能科学与技术, 2021, 10(5): 1614-1623.
[11]	王瑛滢, 傅德坤, 陈明彪, 宋文吉, 冯自平. 冬冷地区冰源热泵系统清洁供暖的经济性[J]. 储能科学与技术, 2021, 10(4): 1380-1387.
[12]	曹建军, 王俊, 张利勇, 刘亚奇, 凌浩恕, 王亮, 徐玉杰, 周学志, 陈海生. 蓄热技术对可再生能源分布式能源系统的效益分析[J]. 储能科学与技术, 2021, 10(1): 385-392.
[13]	侯磊, 王子驰, 李营超, 王赛豪, 张亚杰, 张禹森. 压缩空气储能系统分析及多目标优化[J]. 储能科学与技术, 2021, 10(1): 379-384.
[14]	刘丽辉, 莫雅菁, 孙小琴, 李　杰. 板式相变储能单元的蓄热特性及其优化[J]. 储能科学与技术, 2020, 9(6): 1784-1789.
[15]	范永生, 赵璐璐, 刘庆华, 缪平. 陆上风场液流电池储能经济性分析[J]. 储能科学与技术, 2020, 9(3): 725-729.

规模化多元电化学储能度电成本及其经济性分析

Scaled-up diversified electrochemical energy storage LCOE and its economic analysis

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