3、為最近和未來的部署做好準備：估值、成本和收益
美國近年來儲能部署是基于提供一種經(jīng)濟高效的替代化石燃料發(fā)電設(shè)施的方案或為各種發(fā)電設(shè)施提供補充，這些發(fā)電設(shè)施目前提供維持電網(wǎng)可靠運營所需的電力。調(diào)查報告所提出的四個階段框架將電網(wǎng)服務(wù)與提供這些服務(wù)所需的持續(xù)放電時間聯(lián)系起來。這四個階段反映了儲能系統(tǒng)在各階段不斷發(fā)展的價值主張和成本結(jié)構(gòu)，首先是短時儲能系統(tǒng)提供的高價值服務(wù)，然后是逐步提供需要更長持續(xù)放電時間的電力服務(wù)。
而評估新的儲能系統(tǒng)的成本效益，都要將其與所替代的化石燃料發(fā)電設(shè)施進行比較，需要估計儲能項目在其生命周期內(nèi)的成本和效益（或收入），并比較相關(guān)的經(jīng)濟效益或投資選擇。以下將討論成本和收益的示例，以說明四個階段框架的含義。
3.1、儲能系統(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)固定運營成本和各種可變成本，其中包括燃料和維護成本。
與傳統(tǒng)發(fā)電設(shè)施的投資相比，儲能系統(tǒng)主要的區(qū)別在于有兩個組成部分：功率（裝機容量）和能量（儲能容量）。由于電能幾乎總是以另一種形式存儲（例如，水的勢能、化學能或動能），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。這一過程代表了儲能設(shè)備的功率組件和相關(guān)成本。
儲能系統(tǒng)的能量與儲能介質(zhì)（如水、電解質(zhì)或機械能）和容納介質(zhì)的容器有關(guān)。圖2展示了幾種不同儲能技術(shù)的這些組件（以簡化的方式），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。對于某些儲能技術(shù)（例如液流電池）來說有一個相當明顯的區(qū)別，其中功率組件主要是一套獨立的設(shè)備，而能量組件則由儲存罐或儲能介質(zhì)（氫氣或電解質(zhì)）組成。對于電池來說（例如鋰離子電池），電池模塊的設(shè)計和結(jié)構(gòu)會影響其功率和能量。
圖2 各種儲能系統(tǒng)的功率與能量組件（與功率相關(guān)的組件用紅色標注，與能量相關(guān)的組件用黃色標注）
由于儲能系統(tǒng)既有功率元件又有能量元件，因此對于大多數(shù)儲能技術(shù)來說，其成本隨著時間的推移而不斷增加。圖3的成本估算說明了三種不同的儲能技術(shù)的持續(xù)放電時間與成本之間的關(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能系統(tǒng)的投資成本與持續(xù)放電時間之間的簡化關(guān)系
圖3（a）顯示了三種不同儲能技術(shù)的總投資成本（以美元/kW為單位），這是衡量儲能系統(tǒng)成本的標準。在圖3（b）中，隨著持續(xù)放電時間的增長，其儲能成本以假定為常數(shù)的速率增加，等于持續(xù)放電時間（美元/kWh）的成本乘以增加的小時數(shù)。圖3（b）從持續(xù)放電時間的第一個小時開始，然后每增加一個小時就會增加與能量相關(guān)的成本。
以下使用這三種儲能技術(shù)來說明能源和功率相關(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)時間函數(shù)的投資成本的最高增長率。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)放電時間的變化而下降（這將在圖3b中產(chǎn)生一個向下的斜率，而不是圖中所示的恒定增量值）；抽水蓄能發(fā)電設(shè)施的成本增長實際上并不是線性的，如圖3（a）所示。因此采用虛線來表示其成本假設(shè)的不確定性，尤其是抽水蓄能發(fā)電設(shè)施的持續(xù)放電時間通常為8小時或以上。最后，還考慮了與能源相關(guān)的成本最高的氫儲能部署情況。
圖3被簡化并用于演示儲能系統(tǒng)的持續(xù)時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)用的儲能技術(shù)的總體經(jīng)濟性能；因此，了解持續(xù)放電時間對總體儲能價值的影響至關(guān)重要。
圖3只包括初始投資成本。而儲能技術(shù)的生命周期成本還包括其他幾個重要組成部分，這些組成部分因于儲能技術(shù)而有所不同。生命周期較短的儲能系統(tǒng)需要更頻繁地更換或升級關(guān)鍵部件，其運行和維護成本也會因技術(shù)不同而有所不同，而充放電的往返效率會影響提供不同服務(wù)所需的充電成本。如第3.3節(jié)所述，在評估總體經(jīng)濟效益時應(yīng)該考慮這些因素。
3.2、儲能效益和價值
儲能系統(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通用類（表1）來表示，它們占到運行大容量電力系統(tǒng)成本的95%以上。
表1儲能系統(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沒有明確列出具體的應(yīng)用，如“可再生固定容量”或“能量時移”。
同樣，表1還包括了一些可以由用戶側(cè)儲能系統(tǒng)提供的應(yīng)用。例如，能量轉(zhuǎn)移/調(diào)度效率的價值通過需求費用和使用時間費率反映在電價中。但是，該表不包括由分布式能源或用戶側(cè)儲能系統(tǒng)提供的一些附加值，其中包括避免的電網(wǎng)升級以及提高電網(wǎng)可靠性和彈性。在這里主要關(guān)注的是公用事業(yè)規(guī)模的儲能系統(tǒng)；儲能未來研究項目還分析了潛在價值、成本和用戶側(cè)儲能系統(tǒng)潛在采用的情況。
3.3、儲能系統(tǒng)的經(jīng)濟性能指標
通常用于發(fā)電設(shè)施最簡單的經(jīng)濟性能指標是平準化能源成本（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、預期壽命和預期年度發(fā)電量的影響。儲能系統(tǒng)采用的一個類似的指標是平準化儲能成本（LCOS）。它包括儲能系統(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。平準化能源成本（LCOE）和平準化儲能成本（LCOS）可以作為獨立性能指標，但最明顯的是，它們沒有提供潛在提供的能源或其他服務(wù)價值的指示。在比較提供不同服務(wù)的儲能技術(shù)（例如只提供運行備用的短時儲能系統(tǒng)）和長時儲能技術(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、能量時移和運營儲備）時，這一方面將面臨難題。
為了恰當?shù)卦u估儲能系統(tǒng)的經(jīng)濟競爭力，必須考慮成本和效益的指標。實際使用的指標取決于儲能系統(tǒng)所有者或經(jīng)營者（可能并不是同一實體）。垂直整合的公用事業(yè)公司和其他受監(jiān)管的實體通常采用成本最低的規(guī)劃方法（有時被稱為整合資源規(guī)劃）。這種方法在考慮可靠性和各種政策約束的情況下，比較長期運營（有時長達幾十年）內(nèi)的各種儲能系統(tǒng)，得出最低成本組合。雖然最終性能指標是以成本（例如凈現(xiàn)值成本，甚至整個系統(tǒng)的平準化能源成本）表示的，但整個系統(tǒng)提供的各種服務(wù)的價值都包含在這一成本中。
獨立發(fā)電商可能采用的另一種方法是評估獨立部署儲能系統(tǒng)的經(jīng)濟效益，然后將其生命周期內(nèi)的成本與預期收入進行比較，以確定這是否會產(chǎn)生令人滿意的回報率或其他經(jīng)濟性能指標。這種方法更容易計算，本文將使用幾個例子來說明電池儲能系統(tǒng)在幾種應(yīng)用中具有的成本競爭力。
無論是以最低成本組合還是作為獨立投資組合來評估儲能系統(tǒng)的經(jīng)濟競爭力，都需要一個額外的分析要素：確定最佳的持續(xù)放電時間。而這種分析是儲能系統(tǒng)獨有的，它將儲能系統(tǒng)的持續(xù)放電時間增量的成本與收益進行比較，從而確保儲能系統(tǒng)的價值隨著持續(xù)放電時間的增長而超過所增加的成本。這種持續(xù)放電時間的評估推動了儲能市場的發(fā)展，在下面的章節(jié)中，將使用四個階段的框架來研究儲能系統(tǒng)的持續(xù)放電時間、價值和應(yīng)用之間的關(guān)系。
3.4、競爭靈活性技術(shù)和方法
本報告?zhèn)戎赜趦δ懿渴鸬慕?jīng)濟驅(qū)動因素。例如采用儲能系統(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，儲能系統(tǒng)提供的靈活性和價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，并可展示競爭力或儲能整體市場潛力的變化。
（未完待續(xù)，嚴禁轉(zhuǎn)載）
