3、為最近和未來(lái)的部署做好準(zhǔn)備：估值、成本和收益
美國(guó)近年來(lái)儲(chǔ)能部署是基于提供一種經(jīng)濟(jì)高效的替代化石燃料發(fā)電設(shè)施的方案或?yàn)楦鞣N發(fā)電設(shè)施提供補(bǔ)充，這些發(fā)電設(shè)施目前提供維持電網(wǎng)可靠運(yùn)營(yíng)所需的電力。調(diào)查報(bào)告所提出的四個(gè)階段框架將電網(wǎng)服務(wù)與提供這些服務(wù)所需的持續(xù)放電時(shí)間聯(lián)系起來(lái)。這四個(gè)階段反映了儲(chǔ)能系統(tǒng)在各階段不斷發(fā)展的價(jià)值主張和成本結(jié)構(gòu)，首先是短時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)提供的高價(jià)值服務(wù)，然后是逐步提供需要更長(zhǎng)持續(xù)放電時(shí)間的電力服務(wù)。
而評(píng)估新的儲(chǔ)能系統(tǒng)的成本效益，都要將其與所替代的化石燃料發(fā)電設(shè)施進(jìn)行比較，需要估計(jì)儲(chǔ)能項(xiàng)目在其生命周期內(nèi)的成本和效益（或收入），并比較相關(guān)的經(jīng)濟(jì)效益或投資選擇。以下將討論成本和收益的示例，以說(shuō)明四個(gè)階段框架的含義。
3.1、儲(chǔ)能系統(tǒng)的成本
傳統(tǒng)發(fā)電設(shè)施的成本通常包括初始固定投資成本、持續(xù)固定運(yùn)營(yíng)成本和各種可變成本，其中包括燃料和維護(hù)成本。
與傳統(tǒng)發(fā)電設(shè)施的投資相比，儲(chǔ)能系統(tǒng)主要的區(qū)別在于有兩個(gè)組成部分：功率（裝機(jī)容量）和能量（儲(chǔ)能容量）。由于電能幾乎總是以另一種形式存儲(chǔ)（例如，水的勢(shì)能、化學(xué)能或動(dòng)能），因此需要電力轉(zhuǎn)換設(shè)備將這些能量轉(zhuǎn)換為另一種形式，然后使用水泵、電力電子設(shè)備或其他技術(shù)再次轉(zhuǎn)換。這一過(guò)程代表了儲(chǔ)能設(shè)備的功率組件和相關(guān)成本。
儲(chǔ)能系統(tǒng)的能量與儲(chǔ)能介質(zhì)（如水、電解質(zhì)或機(jī)械能）和容納介質(zhì)的容器有關(guān)。圖2展示了幾種不同儲(chǔ)能技術(shù)的這些組件（以簡(jiǎn)化的方式），其中與功率相關(guān)的組件顯示為紅色，與能量有關(guān)組件顯示為黃色。對(duì)于某些儲(chǔ)能技術(shù)（例如液流電池）來(lái)說(shuō)有一個(gè)相當(dāng)明顯的區(qū)別，其中功率組件主要是一套獨(dú)立的設(shè)備，而能量組件則由儲(chǔ)存罐或儲(chǔ)能介質(zhì)（氫氣或電解質(zhì)）組成。對(duì)于電池來(lái)說(shuō)（例如鋰離子電池），電池模塊的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)會(huì)影響其功率和能量。
圖2 各種儲(chǔ)能系統(tǒng)的功率與能量組件（與功率相關(guān)的組件用紅色標(biāo)注，與能量相關(guān)的組件用黃色標(biāo)注）
由于儲(chǔ)能系統(tǒng)既有功率元件又有能量元件，因此對(duì)于大多數(shù)儲(chǔ)能技術(shù)來(lái)說(shuō)，其成本隨著時(shí)間的推移而不斷增加。圖3的成本估算說(shuō)明了三種不同的儲(chǔ)能技術(shù)的持續(xù)放電時(shí)間與成本之間的關(guān)系。
（a）總投資成本
（b） 增量資本成本
圖3根據(jù)2020年成本估算得出的儲(chǔ)能系統(tǒng)的投資成本與持續(xù)放電時(shí)間之間的簡(jiǎn)化關(guān)系
圖3（a）顯示了三種不同儲(chǔ)能技術(shù)的總投資成本（以美元/kW為單位），這是衡量?jī)?chǔ)能系統(tǒng)成本的標(biāo)準(zhǔn)。在圖3（b）中，隨著持續(xù)放電時(shí)間的增長(zhǎng)，其儲(chǔ)能成本以假定為常數(shù)的速率增加，等于持續(xù)放電時(shí)間（美元/kWh）的成本乘以增加的小時(shí)數(shù)。圖3（b）從持續(xù)放電時(shí)間的第一個(gè)小時(shí)開(kāi)始，然后每增加一個(gè)小時(shí)就會(huì)增加與能量相關(guān)的成本。
以下使用這三種儲(chǔ)能技術(shù)來(lái)說(shuō)明能源和功率相關(guān)成本之間的重要區(qū)別。例如，鋰離子電池具有相對(duì)較低的功率相關(guān)成本，但具有較高的能量成本，這將作為持續(xù)時(shí)間函數(shù)的投資成本的最高增長(zhǎng)率。抽水蓄能設(shè)施是一種與功率相關(guān)的成本較高但能源相關(guān)成本較低的儲(chǔ)能技術(shù)。這也意味著抽水蓄能發(fā)電設(shè)施的增量成本通常隨著持續(xù)放電時(shí)間的變化而下降（這將在圖3b中產(chǎn)生一個(gè)向下的斜率，而不是圖中所示的恒定增量值）；抽水蓄能發(fā)電設(shè)施的成本增長(zhǎng)實(shí)際上并不是線性的，如圖3（a）所示。因此采用虛線來(lái)表示其成本假設(shè)的不確定性，尤其是抽水蓄能發(fā)電設(shè)施的持續(xù)放電時(shí)間通常為8小時(shí)或以上。最后，還考慮了與能源相關(guān)的成本最高的氫儲(chǔ)能部署情況。
圖3被簡(jiǎn)化并用于演示儲(chǔ)能系統(tǒng)的持續(xù)時(shí)間和投資成本之間的基本關(guān)系。這種關(guān)系將極大地影響用于不同應(yīng)用的儲(chǔ)能技術(shù)的總體經(jīng)濟(jì)性能；因此，了解持續(xù)放電時(shí)間對(duì)總體儲(chǔ)能價(jià)值的影響至關(guān)重要。
圖3只包括初始投資成本。而儲(chǔ)能技術(shù)的生命周期成本還包括其他幾個(gè)重要組成部分，這些組成部分因于儲(chǔ)能技術(shù)而有所不同。生命周期較短的儲(chǔ)能系統(tǒng)需要更頻繁地更換或升級(jí)關(guān)鍵部件，其運(yùn)行和維護(hù)成本也會(huì)因技術(shù)不同而有所不同，而充放電的往返效率會(huì)影響提供不同服務(wù)所需的充電成本。如第3.3節(jié)所述，在評(píng)估總體經(jīng)濟(jì)效益時(shí)應(yīng)該考慮這些因素。
3.2、儲(chǔ)能效益和價(jià)值
儲(chǔ)能系統(tǒng)可以提供一系列服務(wù)，這些服務(wù)在很大程度上可以由四個(gè)通用類（表1）來(lái)表示，它們占到運(yùn)行大容量電力系統(tǒng)成本的95%以上。
表1儲(chǔ)能系統(tǒng)為電力系統(tǒng)提供服務(wù)的四大類別
需要注意的是，表1沒(méi)有明確列出具體的應(yīng)用，如“可再生固定容量”或“能量時(shí)移”。
同樣，表1還包括了一些可以由用戶側(cè)儲(chǔ)能系統(tǒng)提供的應(yīng)用。例如，能量轉(zhuǎn)移/調(diào)度效率的價(jià)值通過(guò)需求費(fèi)用和使用時(shí)間費(fèi)率反映在電價(jià)中。但是，該表不包括由分布式能源或用戶側(cè)儲(chǔ)能系統(tǒng)提供的一些附加值，其中包括避免的電網(wǎng)升級(jí)以及提高電網(wǎng)可靠性和彈性。在這里主要關(guān)注的是公用事業(yè)規(guī)模的儲(chǔ)能系統(tǒng)；儲(chǔ)能未來(lái)研究項(xiàng)目還分析了潛在價(jià)值、成本和用戶側(cè)儲(chǔ)能系統(tǒng)潛在采用的情況。
3.3、儲(chǔ)能系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)
通常用于發(fā)電設(shè)施最簡(jiǎn)單的經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)是平準(zhǔn)化能源成本（LCOE）。它可以衡量發(fā)電設(shè)施產(chǎn)生能源的交付成本，其中包括固定成本和可變成本，還包括融資、預(yù)期壽命和預(yù)期年度發(fā)電量的影響。儲(chǔ)能系統(tǒng)采用的一個(gè)類似的指標(biāo)是平準(zhǔn)化儲(chǔ)能成本（LCOS）。它包括儲(chǔ)能系統(tǒng)生命周期間的所有固定和可變成本組成部分，其中包括充電量和充放電往返效率的影響。平準(zhǔn)化能源成本（LCOE）和平準(zhǔn)化儲(chǔ)能成本（LCOS）可以作為獨(dú)立性能指標(biāo)，但最明顯的是，它們沒(méi)有提供潛在提供的能源或其他服務(wù)價(jià)值的指示。在比較提供不同服務(wù)的儲(chǔ)能技術(shù)（例如只提供運(yùn)行備用的短時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)）和長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)（例如提供多種服務(wù)的抽水蓄能設(shè)施，其服務(wù)包括固定容量、能量時(shí)移和運(yùn)營(yíng)儲(chǔ)備）時(shí)，這一方面將面臨難題。
為了恰當(dāng)?shù)卦u(píng)估儲(chǔ)能系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力，必須考慮成本和效益的指標(biāo)。實(shí)際使用的指標(biāo)取決于儲(chǔ)能系統(tǒng)所有者或經(jīng)營(yíng)者（可能并不是同一實(shí)體）。垂直整合的公用事業(yè)公司和其他受監(jiān)管的實(shí)體通常采用成本最低的規(guī)劃方法（有時(shí)被稱為整合資源規(guī)劃）。這種方法在考慮可靠性和各種政策約束的情況下，比較長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)（有時(shí)長(zhǎng)達(dá)幾十年）內(nèi)的各種儲(chǔ)能系統(tǒng)，得出最低成本組合。雖然最終性能指標(biāo)是以成本（例如凈現(xiàn)值成本，甚至整個(gè)系統(tǒng)的平準(zhǔn)化能源成本）表示的，但整個(gè)系統(tǒng)提供的各種服務(wù)的價(jià)值都包含在這一成本中。
獨(dú)立發(fā)電商可能采用的另一種方法是評(píng)估獨(dú)立部署儲(chǔ)能系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益，然后將其生命周期內(nèi)的成本與預(yù)期收入進(jìn)行比較，以確定這是否會(huì)產(chǎn)生令人滿意的回報(bào)率或其他經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)。這種方法更容易計(jì)算，本文將使用幾個(gè)例子來(lái)說(shuō)明電池儲(chǔ)能系統(tǒng)在幾種應(yīng)用中具有的成本競(jìng)爭(zhēng)力。
無(wú)論是以最低成本組合還是作為獨(dú)立投資組合來(lái)評(píng)估儲(chǔ)能系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力，都需要一個(gè)額外的分析要素：確定最佳的持續(xù)放電時(shí)間。而這種分析是儲(chǔ)能系統(tǒng)獨(dú)有的，它將儲(chǔ)能系統(tǒng)的持續(xù)放電時(shí)間增量的成本與收益進(jìn)行比較，從而確保儲(chǔ)能系統(tǒng)的價(jià)值隨著持續(xù)放電時(shí)間的增長(zhǎng)而超過(guò)所增加的成本。這種持續(xù)放電時(shí)間的評(píng)估推動(dòng)了儲(chǔ)能市場(chǎng)的發(fā)展，在下面的章節(jié)中，將使用四個(gè)階段的框架來(lái)研究?jī)?chǔ)能系統(tǒng)的持續(xù)放電時(shí)間、價(jià)值和應(yīng)用之間的關(guān)系。
3.4、競(jìng)爭(zhēng)靈活性技術(shù)和方法
本報(bào)告?zhèn)戎赜趦?chǔ)能部署的經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)因素。例如采用儲(chǔ)能系統(tǒng)提供調(diào)峰容量可以替換傳統(tǒng)的天然氣發(fā)電設(shè)施。然而，儲(chǔ)能系統(tǒng)提供的靈活性和價(jià)值也可以由其他技術(shù)提供，其中包括需求響應(yīng)等其他靈活的電力來(lái)源。本文提出的框架可應(yīng)用于提供電網(wǎng)靈活性的其他方法，并可展示競(jìng)爭(zhēng)力或儲(chǔ)能整體市場(chǎng)潛力的變化。
（未完待續(xù)，嚴(yán)禁轉(zhuǎn)載）
