储能经济性分析经济性分析概述经济性分析原理储能在电力系统的经济性分析储能的梯次利用总结与展望9.1经济性分析概述储能经济性分析的概念储能的经济性分析一般以经济学为基础，计算某一储能项目详细的成本和收益情况，进而评估其经济性，为投资与运行决策提供依据。由于储能在电力系统甚至整个能源系统中具有特殊的地位，储能的经济性分析需要兼顾经济、社会、环境等因素。9.1经济性分析概述储能经济性分析的意义储能的经济性分析可以明晰储能项目的成本与收益情况，为储能的推广应用提供依据。可以帮助储能从业者评估储能项目在运营周期内的收益水平，判断是否部署以及如何部署储能项目；可以获得储能的各项经济指标，为储能政策、补贴标准、价格机制等提供参考；能够明晰储能的价值流向，发挥储能的多功能特性，切实推动储能产业发展。9.1经济性分析概述储能经济性分析的要素成本与收益成本初始投资成本电能转换设备初始投资成本度电成本里程成本材料费运行维护成本运行角度投入时序储能系统的初始投资成本修理费工资福利费其他费用收益调峰收益减少投资收益经济运行收益调频收益促进可再生能源消纳收益降低备用容量收益降低系统网损收益提高电网可靠性收益直接受益间接受益9.1经济性分析概述储能经济性分析的要素现金流量1.概念：特定经济系统在一定时期内实际发生的现金流出或现金流入，称为现金流量。现金流入：流入该系统的现金，称为现金流入。常用CI表示。现金流出：流出该系统的资金，称为现金流出。常用CO表示。净现金流量：现金流入与现金流出的差额，称为净现金流量。常用CI－CO表示。9.1经济性分析概述储能经济性分析的要素现金流量2.现金流量图：为了直观、形象的表示建设项目或技术方案在整个寿命期内所有的现金流量与时间对应关系而采用的图形：（1）横坐标（轴）表示时间；时间轴（2）纵坐标（轴）表示现金流量。时间轴的垂直线（表示现金流出和现金流入，并注明金额）0456712350单位：万元8035351001001501801508年1009.1经济性分析概述储能经济性分析的要素现金流量例9-1：某建设项目第一年年初投资200万元，第二年年初又投资100万元，第二年投产，当年收入500万元，支出350万元，第三年至第五年现金收入均为800万元，支出均为550万元，第五年末回收资产余值50万元，画出该项目的净现金流量图。箭线法标注法20001001234515025025030053000-2001-1002150325042509.1经济性分析概述储能经济性分析的要素资金时间价值及其等值计算在考虑资金的时间价值因素后，不同时点上数额不等的资金在一定的利率条件下具有相等的价值。贴现与贴现率：把将来某一时点处资金金额折算成现在时点的等值金额称为贴现或折现。贴现时所用的利率称贴现率或折现率，用i表示。现值：是指资金“现在”价值，用P表示。终值：现值在未来某一时点的资金金额称为终值或将来值，用F表示。年值：一定时期内每期有等额收支的资金值，用A表示。影响资金等值的因素有三个：资金金额、资金发生时间和利率9.1经济性分析概述储能经济性分析的要素资金时间价值及其等值计算1.一次支付终值公式102n-13nPF=?计算公式：F=P(1＋i)n＝P(F／P,i,n)本金P元，年利率i，n年后本利和为？(1+i)n一次支付终值系数9.1经济性分析概述储能经济性分析的要素资金时间价值及其等值计算1.一次支付终值公式例9-2：一份信托上规定有250000元留给未成年的女儿，但是，暂由她的保护人保管8年。若这笔资金的利率是5％，问8年后这位女孩可以得到多少钱？解：F=P×(1＋i)n=250000×(1+0.05)8=369250元F=P×(F／P,i,n)=250000×1.477=369250元102738P=250000F=?9.1经济性分析概述储能经济性分析的要素资金时间价值及其等值计算2.一次支付现值公式P＝F×(1＋i)-n＝F×(P／F,i,n)n年后一笔资金F，年利率i，相当于现在？1/(1+i)-n复利现值系数102n-13nP=？F计算公式：9.1经济性分析概述储能经济性分析的要素资金时间价值及其等值计算2.一次支付现值公式例9-3：某刚刚参加工作的大学生欲筹备未来结婚费用，打算5年后从银行得到10万元，如果银行利率为12％，问现在应存入银行多少钱？解：P=F×(1＋i)-n=10×(1＋12%)-5=5.67万元P=F×(P／F,12%,5)=10×0.5674=5.67万元102435P=?F=109.1经济性分析概述储能经济性分析的要素资金时间价值及其等值计算3.等额分付现值公式例9-4：有一家小饭店要出租，合同期为8年，预计年净收益20万元，若投资者要求的年收益率为20％，问投资者最多愿意出多少价格租小饭店？解：P=A×(P／A,i,n)=20×(P／A,20%,8)=20×3.837=76.74（万元）102738P=?A=209.2经济性分析原理投资回收期法判别方式采用投资回收期进行方案评价时，应将计算的投资回收期TP与标准的投资回收期Tb进行比较：TP≤Tb该方案是合理的，说明方案投资利用效率高于行业基准收益率。TP＞Tb该方案是不合理的，说明方案投资利用效率低于行业基准收益率。9.2经济性分析原理净现值法例9-5：某设备的购价为4000元，每年的运行收入为1500元，年运行费用350元，4年后该设备可以按500元转让，如果基准收益率i0=20%，问此项设备投资是否值得？01234115040001650解：按净现值NPV指标进行评价：NPV(20%)=-4000+(1500-350)×(P／A,20%,4)+500(P／F,20%,4)=-781.5(元)由于NPV(20%)<0，此投资经济上不合理。9.2经济性分析原理净现值法在上例中，若其他情况相同，如果基准收益率i0=10%和i0=5%，问此项投资是否值得?解：NPV(10%)=-4000+(1500-350)×(P／A,10%,4)+500×(P／F,10%,4)=13(元)NPV(5%)=-4000+(1500-350)×(P／A,5%,4)+500×(P／F,5%,4)=489.5(元)这意味着若基准收益率为5%和10%，此项投资是盈利的。9.2经济性分析原理内部收益率法判别方式设基准收益率为i0，用内部收益率指标IRR评价方案的判别准则是：若IRR≥i0,则项目在经济效果上可以接受；若IRR＜i0,则项目应予否定。一般情况下，对于单个方案的评价，内部收益率IRR准则与净现值NPV准则，其评价结论是一致的。9.2经济性分析原理内部收益率法例9-6：对于一个寿命周期为5年的小型储能项目，其初始投资10000元，前4年中每年年末的收益为3000元，第5年年末的收益为5000元。基准折现率为10%，试用内部收益率法分析该方案是否可行。年份012345现金流量-20003005005005001200现金流量表单位：万元解：试算i1=12%时，NPV(i1)=-2000+300(P/F,12%,1)+500(P/A,12%,3)(P/F,12%,1)+1200(P/F,12%,5)=21（万元）>0试算i2=14%时，NPV(i2)=-2000+300(P/F,14%,1)+500(P/A,14%,3)(P/F,14%,1)+1200(P/F,14%,5)=-95（万元）<0可见，IRR在12%~14%之间=12%+(14%-12%)≈12.4%9.3储能在电力系统的经济性分析储能在发电侧的经济性分析在发电侧，储能主要具有两种应用模式：一是与火电联合运行，比如广东、山西等地的火储联合调频服务；二是与可再生能源联合运行，比如青海、新疆等地通过配置储能消纳新能源。火电：运行灵活性不足、污染环境可再生能源：间歇性、波动性和随机性，并网消纳困难9.3储能在电力系统的经济性分析储能与火电联合运行火电和储能联合运行的作用：弥补火电机组灵活性不足的短板，使“火储”作为整体更好地参与电力系统的调峰、调频服务；利用储能应对负荷波动，使火电机组保持在经济运行状态，同时避免机组的频繁启停，减少机组损耗、降低维护成本；利用储能的“低储高发”特性增加系统在高峰时刻的供电能力，起到延缓新建电厂甚至避免新建电厂的作用。9.3储能在电力系统的经济性分析储能与火电联合运行成本分析在寿命周期内，储能的成本包括：初始投资成本、运行维护成本、置换成本和废弃处置成本。1.初始投资成本储能的初始投资成本由电能转换设备成本和储能系统成本构成，可按储能的额定功率和额定容量进行估算，即对总初始投资成本在项目周期内进行分摊，可得年均投资成本，即𝐶1=𝑘𝑝𝑃𝑒𝑠+𝑘𝑞𝑆𝑒𝑠𝐶1𝑎𝑛𝑛=(𝑘𝑝𝑃𝑒𝑠+𝑘𝑞𝑆𝑒𝑠)𝑖(1+𝑖)𝑛(1+𝑖)𝑛−1储能的额定功率储能的额定容量与储能功率相关的成本系数与储能容量相关的成本系数贴现率n项目周期9.3储能在电力系统的经济性分析储能与火电联合运行5.废弃处置成本废弃处置成本指储能设备的寿命周期结束后，为处理该设备所需支付的费用，包括设备残值和环保费用支出，即项目周期内的年均废弃处置成本：𝐶4=(𝐶¿¿𝑒𝑛−𝛾𝐶1)∑𝛽=1𝜏1(1+𝑖)𝛽𝑎¿𝐶4_𝑎𝑛𝑛=(𝐶𝑒𝑛−𝛾𝐶1)∑𝛽=1𝜏1(1+𝑖)𝛽𝑎𝑖(1+𝑖)𝑛(1+𝑖)𝑛−1环境无害化处理成本电池本体的回收系数——铅炭电池的可取为20%，锂电池的一般取为0。9.3储能在电力系统的经济性分析储能与火电联合运行收益分析火储联合运行可以改善火电机组的灵活性，在调峰、调频、经济运行收益、减少新建机组投资等方面产生收益。1.调峰收益配置在火电侧的储能系统的年调峰收益为2.调频收益配置在火电侧的储能系统的年调频收益为储能在第d天内的调峰放电电量调峰补偿电价一年内储能调峰运行天数。每月调频市场总交易周期数第x个交易周期储能提供的调频里程第x个交易周期的调频里程补偿第x个交易周期的综合调频性能指标平均值9.3储能在电力系统的经济性分析储能与火电联合运行3.经济运行收益配置在火电侧的储能系统，其经济运行收益可由减少机组损耗成本和减少机组维护成本来衡量。1）减少的机组损耗成本：2）减少的年运行维护成本：3）火储联合系统的经济运行收益为：𝐼𝑙𝑜𝑠𝑠𝑎𝑛𝑛=𝐼𝑡ℎ𝑒𝑟𝛥𝐴𝑖(1+𝑖)𝑛(1+𝑖)𝑛−1𝐼𝑜𝑚𝑎𝑛𝑛=∆𝑘𝑜𝑚𝐶𝑔𝐼𝑔3𝑎𝑛𝑛=𝐼𝑙𝑜𝑠𝑠𝑎𝑛𝑛+𝐼𝑜𝑚𝑎𝑛𝑛火电机组年平均运行收益配置储能后机组运行寿命的延长投入储能前后火电机组的运行维护成本费用系数之差火电机组的初始投资成本9.3储能在电力系统的经济性分析储能与火电联合运行4.减少投资收益配置在火电侧的储能系统，其年均减少投资收益可由提供辅助服务所减少的火电装机成本来衡量，即𝐼𝑔4𝑎𝑛𝑛=𝐶𝑡ℎ𝑒𝑟∑𝑑=1𝐷𝑎𝑛𝑐𝑃𝑎𝑛𝑐+¿(𝑑)𝑇𝑞𝑖(1+𝑖)𝑛(1+𝑖)𝑛−1¿火电机组的年运行时间单位容量装机成本一年内储能参与辅助服务的运行天数储能在第天内的参与辅助服务的总放电电量火电基本参与辅助服务能力与最大出力的比值9.3储能在电力系统的经济性分析例9-7建立一个9MW/4.5MWh的磷酸铁锂电池储能电站辅助火电厂调频。储能电站的初始投资成本为2800万元，电网调度向火电厂调频提供的补偿为6元/MW，典型日AGC指令见表9-4，调频性能指标见表9-5。忽略运行过程中产生的其他成本，且仅考虑发电侧储能电池的调频效益。试求：（1）首年火储联合调频系统的收益；（2）倘若从第二年开始，每年的调频效益下降3%，试求该储能系统投资的静态回收期。典型日夏季冬季春秋季日调频里程/MW13321320927持续天数/天9575150典型日调节速率（k1）调节速率（k2）调节速率（k3）综合调频性能指标平均值（K）夏季4.01～4.620.91～1.000.89～1.002.45～2.81冬季4.10～4.640.93～1.000.91～1.002.51～2.82春秋季4.17～4.520.94～1.000.92～1.002.55～2.76表9-4加入储能系统后典型日AGC指令统计表9-5加入储能系统后调频性能指标9.3储能在电力系统的经济性分析（2）投资回收期1）最理想情况：2）最不利情况：年份012345初始投资2800调频收益611.1592.8575.0557.7541.0净现金流量-2800611.1592.8575.0557.7541.0累计现金净流量-2800-2188.9-1596.1-1021.1-463.477.6最理想情况的现金流量表TP=5-1+=4.9（年）最不利情况的现金流量表年份0123456初始投资2800调频收益547.8531.4515.4500.0485.0470.4净现金流量-2800547.8531.4515.4500.0485.0470.4累计现金净流量-2800-2252.2-1720.8-1205.4-705.4-220.4250TP=6-1+=5.5（年）9.3储能在电力系统的经济性分析储能与火电联合运行的典型应用截至2020年，全球有20余个国家在建或投运了超过200项兆瓦级储能调频项目。下表展示了国内外火储联合运行的一些典型案例。序号项目名称储能配置储能主要功能1内蒙古新丰热电公司储能项目磷酸铁锂电池：9MW/4.478MWh调峰、调频、无功补偿、提高电能质量、提高供电可靠性等2河北建投宣化热电公司储能项目磷酸铁锂电池：9MW/4.5MWh调峰、调频、无功补偿、提高电能质量、提高供电可靠性等3南加州爱迪生公司燃气轮机储能混合发电项目锂电池：10MW/4.2MWh提高调频响应能力、延长机组寿命、减少运行成本等4北京石景山热电厂火储联合运营项目磷酸铁锂电池：2MW/0.5MWh提高调频响应能力、延长机组寿命、减少运行成本等5山西京玉电厂储能项目锰酸锂电池：9MW/4.5MWh提高调频响应能力、延长机组寿命、减少运行成本等6华润电力唐山丰润公司火储联合运营项目三元锂电池：9MW/4.5MWh提高调频响应能力、延长机组寿命、减少运行成本等9.3储能在电力系统的经济性分析储能与可再生能源联合运行储能与可再生能源联合运行的作用：通过储能与可再生能源联合运行，可以使原本难以控制的可再生能源发电出力可控，进而提高可再生能源的消纳率。储能与可再生能源联合运行时，也可以作为整体参与调峰、调频等辅助服务，获取额外收益。在可再生能源侧装设储能系统后，可减少可再生能源场站所需备用容量，并节省并网通道建设投入。9.3储能在电力系统的经济性分析储能与可再生能源联合运行收益分析储能与可再生能源联合系统的收益包括：促进可再生能源消纳收益、提高系统可靠性收益、调峰收益、调频收益和降低备用容量收益。1.促进可再生能源消纳收益配置在可再生能源侧的储能系统，其促进可再生能源消纳的年均收益由减少可再生能源浪费的年均收益来衡量，即𝐼𝑛𝑔1𝑎𝑛𝑛=(𝐸𝑤𝑟𝑒𝑟−𝐸𝑤𝑟𝑒𝑟𝑒𝑠𝑠)𝐸𝑝储能接入前可再生能源浪费的年期望一年内储能参与辅助服务的运行天数电价年期望成本分析与配置在火电侧的储能系统一致，可再生能源侧储能的全寿命周期成本也包括初始投资成本、运行维护成本、置换成本和废弃处置成本。详见书中式(9-16)-(9-22)。9.3储能在电力系统的经济性分析储能与可再生能源联合运行2.调峰收益配置在可再生能源侧的储能系统，其调峰收益与火电侧储能类似，可参考书本式(9-23)。3.调频收益配置在可再生能源侧的储能系统，其调频收益与火电侧储能类似，可参考书本式(9-24)。4.降低备用容量收益配置在可再生能源侧的储能系统，其降低备用容量收益为𝐼𝑛𝑔4𝑎𝑛𝑛=∑𝑑=1365𝑘𝑠𝑝𝑎𝑆𝑠𝑝𝑎(𝑑)𝑖(1+𝑖)𝑛(1+𝑖)𝑛−1备用容量价格典型日可再生能源的总备用容量9.3储能在电力系统的经济性分析解：（1）储能项目的全寿命周期成本1）初始投资成本：2）运行维护成本：3）总成本：（2）储能项目的全寿命周期收益1）促进可再生能源消纳的经济收益：2）调峰调频收益：𝐶1=5×104×15.79+6×104×4.31=1.0481×106USD𝐼2=170500×(𝑃/𝐴,3%,20)=2.6036×106USD9.3储能在电力系统的经济性分析3）降低备用容量收益：4）总收益：（3）净现值𝐼𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙=𝐼1+𝐼2+𝐼3=1.2618×107USD𝑁𝑃𝑉1=1.2618×107−1.0663×107=1.9550×106USD9.3储能在电力系统的经济性分析储能与可再生能源联合运行的典型应用为提升可再新能源的消纳率，多数国家强制要求新能源发电项目配置储能，下表列举了国内外一些具有代表性的储能与可再生能源联合运行示范项目。序号项目名称储能配置储能主要功能1张北国家风光储输示范工程一期20MW，二期50MW；包括锂电池、铅酸电池、钛酸锂电池、液流电池、超级电容等平滑出力、计划跟踪、调峰、调频、调压等2国电和风北镇储能型风场项目5MW2h磷酸铁锂电池，2MW2h全钒液流电池，1MW2min超级电容平滑出力、计划跟踪、调峰、调频、调压等3美国西弗尼亚州风储联合运营项目锂离子电池：32MW/8MWh平滑出力、参与系统调频4南澳Hornsdale风储联合运营项目Tesla锂电池：100MW/129MWh平滑出力、计划跟踪、事故备用、调峰、调频、调压等5格尔木时代新能源光储联合电站磷酸铁锂电池：15MW/18MWh提升光伏消纳水平、调频、调压等6意大利南部可再生能源储能项目钠硫电池：35MW/230MMh提高可再生能源消纳率，减少线路阻塞，参与系统调频等9.3储能在电力系统的经济性分析储能在电网侧的经济性分析电网侧配置储能的作用：在外部设备的辅助下，可以调整线路的无功功率，实现动态补偿。双向调节系统功率，实现对电网的快速、灵活调节，进而提高系统的调峰、调频能力。通过储能的调节，可以优化系统潮流，降低调度周期内的电网损耗。在电网发生故障时，储能可以提供无功电压支撑，并作为事故后备电源，全面提高电网的可靠性。可以缓解特定时段的线路拥堵，起到延缓线路扩容的作用。9.3储能在电力系统的经济性分析储能在电网侧的经济性分析成本分析与发电侧储能一致，电网侧储能全寿命周期成本也包括初始投资成本、运行维护成本、置换成本和废弃处置成本，详见书本公式(9-16)-(9-22)。收益分析电网侧储能的收益主要包括：调峰收益、调频收益、降低系统网损收益、提高电网可靠性收益和延缓电网升级扩容收益。1.调峰收益配置在电网侧的储能系统，其调峰收益与发电侧储能类似，可参考书本公式(9-23)。2.调频收益配置在电网侧的储能系统，其调频收益与发电侧储能类似，可参考书本公式(9-24)。9.3储能在电力系统的经济性分析例9-9已知某储能电站的工程总规模为24MW/48MWh，规划周期为20年，配置储能电站后可延缓电网扩容31.5MWh。假设储能单位功率成本为60万元/MW，单位容量成本为170万元/MWh，年运行费用为88万元，系统单位容量扩建成本为200万元/MWh，网损电价为0.3元/kWh。配置储能后，每年提高电网可靠性投资收益11万元，调峰调频收益25万，基准收益率为6％，配置储能前后的网损如表9-11所示。试求该项目的净现值。时间0-7h89101112131415161718-24h无储能1.29.6111311.513.21399.88.48.41.4配置储能0.889109111167671.0表6某日网损情况(MW)解：（1）储能项目成本现值1）投资成本：2）运维成本：𝐶1=24×60+48×170=6900（万元）𝐶2=88×(𝑃/𝐴,6％,20)=88×11.47=1009.36（万元）9.3储能在电力系统的经济性分析（2）储能项目收益现值1）调峰调频收益：2）降低系统网损收益：3）提高电网可靠性投资收益：4）延缓电网升级扩容收益：（2）储能项目的净现值：𝐼1=25×(𝑃/𝐴,6％,20)=286.75（万元）𝐼3=11×(𝑃/𝐴,6％,20)=126.17（万元）𝐼4=200×31.5=6300（万元）9.3储能在电力系统的经济性分析电网侧储能的典型应用近年来，随着分布式电源、微电网、智能用电、电动汽车等的快速发展，电网侧储能迎来蓬勃发展之势。下表列举了国内外电网侧的储能典型应用实例。序号项目名称储能配置储能主要功能1美国chemical储能电站由20组50kW的钠硫电池模块组成，总容量为60kWh削峰填谷、缓解线路阻塞、提高供电可靠性等2湄洲岛储能电站磷酸铁锂电池：1MW/2MWh削峰填谷、提高电能质量、事故备用电源等3深圳宝清电池储能电站锂电池：6MW/18MWh支撑孤岛运行、调频、调压、热备用等4贵州安顺电池储能电站磷酸铁锂电池：70kW/140kWh解决供电半径过长、低电压问题，削峰填谷，充当事故备用应急电源5深圳供电局110千伏潭头变电站储能装置磷酸铁锂电池：5MW/10MWh缓解供电受限问题、提高供电可靠性、提供旋转备用、调压等6福建电科院移动储能电站磷酸铁锂电池：250kW/500kWh直流热力融冰、应急保供电、提高配电台区供电能力等9.3储能在电力系统的经济性分析储能在用户侧的经济性分析用户侧配置储能的作用：利用储能的“低储高发”性能降低整体用电成本。由于储能在用电高峰期可充当电源，安装储能后可以减小用户用电功率的最高值，进而降低容量费用。在发生停电故障期间，安装了储能的用户仍可利用储能进行电力供应，避免停电现象，提高供电可靠性。在短期故障情况下，储能可以保证电能质量，减少电压波动、频率波动、功率因数、谐波以及秒级到分钟级的负荷扰动等对电能质量的影响。9.3储能在电力系统的经济性分析储能在用户侧的经济性分析成本分析与发电侧、电网侧储能一致，用户侧储能的全寿命周期成本包括初始投资成本运行维护成本、置换成本和废弃处置成本，详见书本式(9-16)-(9-22)。收益分析用户侧储能系统的收益包括：“低储高发”收益、减少容量费用收益和提高可靠性收益。1.“低储高发”收益配置在用户侧的储能系统，由“低储高发”产生的年运行收益为𝐼𝑢𝑠𝑒𝑟1𝑎𝑛𝑛=∑1𝐷𝑐𝑑¿¿第i时段储能系统的放电功率第i时段储能系统的充电功率储能系统的放电功率系数储能系统的充电功率系数一天内的放电时段数一天内的充电时段数第i时段的电价9.3储能在电力系统的经济性分析储能在用户侧的经济性分析2.减少容量费用收益在用户侧配置储能系统，减少容量费用收益为3.可靠性收益在用户侧配置储能系统，提高可靠性收益为4.提高电能质量收益在用户侧配置储能系统可以提高电能质量，其效益可通过储能所能等效代替的电能质量补偿装置的投入成本描述，即𝐼𝑢𝑠𝑒𝑟3_𝑎𝑛𝑛=(𝑂𝑢𝑠𝑒𝑟−𝑂𝑢𝑠𝑒𝑟_𝑒𝑠𝑠)𝐸𝑢𝑠𝑒𝑟𝐼𝑢𝑠𝑒𝑟4𝑎𝑛𝑛=∑𝑧=1𝑍𝐶𝑐𝑜𝑚(𝑧)专变单位容量造价没有储能时的运行容量增加储能后的运行容量Ctr未安装储能用户的年均故障停电时间安装储能后用户的年均故障停电时间单位故障停电时间的经济损失期望投入储能装置后，减少的第z类电能质量补偿装置的年投资成本9.3储能在电力系统的经济性分析例9-10在某10kV大工业用户建设容量为100kW的储能系统。该用户所在省份的工商业尖峰电价为1.0824元/kWh，低谷电价为0.4164元/kWh。采取恒功率放电模式，即在低谷充电、尖峰放电，充放电时长各为2h。铅炭电池和磷酸铁锂电池的技术性能参数如表8所示，其余与计算相关参数见表9，忽略降损收益。试从净现值和内部收益率的角度，判断10kV大工业用户建设铅炭电池和磷酸铁锂电池能否实现盈利。技术参数铅炭电池磷酸铁锂电池能量转换效率/%9095DOD/%7080服役年限/a1012循环次数/次3700～42003000～5000每月自放电率/%11.5能量成本/（元·kWh-1）12001400功率成本/（元·kW）12002000运维成本占比/％11.2表8电池技术性能参数参数铅炭电池磷酸铁锂电池基准收益率（i0）/%88年平均运行天数/d360360Str/kVA500500Str_ess/kVA300300Pes/kW100100Ses/kWh180150Ctr/(元·kVA-1)380380/h8.768.76/h6.134.3830003000充电时长/h22表9其它相关参数9.3储能在电力系统的经济性分析解：（1）成本计算1）初始投资成本：铅炭电池：磷酸铁锂电池：2）运行维护成本：铅炭电池：磷酸铁锂电池：（2）收益计算1）“低储高发”收益：铅炭电池：𝐶1=(2000×100+1400×150)10000=41万元𝐶2=41×0.012≈0.5万元𝐼1=360×(2×1.0824×100/0.9−2×0.4164×100×0.9)≈6.0万元9.3储能在电力系统的经济性分析用户侧储能的典型应用用户侧储能不仅是目前储能应用的最大市场，也是持续保持高增长的一个领域。下表列举了国内外用户侧储能的典型应用实例。序号项目名称储能配置储能主要功能1深圳坪山新区储能电站磷酸铁钾电池：20MW/40MWh峰谷套利、事故备用、促进可再生能源消纳等2特斯拉能量墙标准锂电池：10kWh（备用版本）；7kWh（日常使用版本）峰谷套利、需求侧响应、事故备用等3无锡新加坡工业园智能配网储能电站锂电池：20MW/160MWh降低变压器负载率、缓解设备扩容升级、促进可再生能源消纳等4福建玛高爱纪念医院储能项目锂电池：0.75MW/1.8MWh应急备用电源、提高电能质量、峰谷套利等5协鑫分布式储能项目锂电池：10MWh（由15万只锂电池串并联组成）峰谷套利、需求侧响应、改善电能质量等6江苏连云港港口储能电站5MW(超级电容：1MW；锂电池：4MW)减少用电成本、改善电能质量、应急备用电源等9.4储能的梯次利用储能梯次利用概述梯次利用的基本概念储能梯次利用又称为储能降级使用，指在某一应用场景无法满足要求时，对其进行功能重组并应用于其它对性能参数要求更低的场景的过程。动力电池的可用容量会随使用时间衰减。在可用容量高于某一阈值时可以作为电动汽车的动力电池使用，但是低于此阈值则不能维持电动汽车的续航要求。考虑到此时动力电池仍具有较高的利用价值，可以应用于其他储能领域。直至电池容量降低至30%左右时再进行化学拆解。9.4储能的梯次利用储能梯次利用概述动力电池梯次利用的作用降低电池成本，提高动力电池经济价值提高了电池的使用寿命，使电池得到了更充分的应用，从而降低了电池在全寿命周期内的使用成本。同时，退役的动力电池系统在运营过程中还能创造出巨大的经济效益，有利于提高电池的经济价值。减少环境污染，提高动力电池环保价值梯次利用有效提高了电池的寿命周期，这减少了诸如储能、低速电动汽车等系统对新电池的消耗。同时也减少了因报废处理该部分电池所造成的环境污染。因此，动力电池的梯次利用具有重要的环保价值。9.4储能的梯次利用储能梯次利用概述动力电池梯次利用的应用领域小规模应用小规模的动力电池梯次利用领域主要包括家庭“移动充电宝”、景区观光车和电动自行车等。中小规模应用中小规模的动力电池梯次利用领域主要包括家庭储能、分布式发电、微电网、移动电源、后备电源、应急电源等，用于支撑微电网的安全、经济、优质运行。大规模应用大规模的动力电池梯次利用领域主要包括大型、超大型的商业储能以及电网级储能市场。例如，废旧锂电池回收后可建成大型的储能系统，用于大规模光伏发电和新能源发电的出率调节。9.4储能的梯次利用动力电池梯次利用的基本原理动力电池梯次利用流程主要环节如下：(1)回收：回收废旧退役动力电池。(2)拆解：无损拆解回收的退役电池组，以获得单体电池。(3)检测/筛选：实验检测单体电池的外特性，从中筛选出满足外特性技术指标的可用的单体电池。(4)成组：对筛选出的单体电池进行配对，重组成为电池组。(5)集成：系统集成、运维等。9.4储能的梯次利用动力电池梯次利用的基本原理退役电池回收模式汽车厂商自营回收模式由汽车厂商主导完成退役电池回收，可建立逆向物流回收网络，保证电池的涉密技术不外露。给予厂商及时的反馈，促使其改进产品设计方案。生产商联合回收模式生产商联合指的是动力电池的生产商组成联盟组织回收模式。这种方式可为生产商分担风险。然而，一般借助4S店和整车企业实现退役电池的回收，这又会在一定程度上提高回收成本。第三方回收模式第三方回收模式是指生产商向第三方交纳一定的费用，将退役电池的回收责任和风险转嫁给第三方。其优势在于回收的专业性与规范性容易得到保障。然而，其弊端在于成本投入较大，且对物流系统的依赖性较强。9.4储能的梯次利用动力电池梯次利用的基本原理动力电池梯次利用性能指标电池内阻：电池串联外电路进行工作过程中，电池内阻会随电池使用时间的增长而增加。当电池的内阻增大到某一标准值后，电池利用效率迅速下降，可供电时间大力减少。可用容量：电池的可用容量反映了电池在一定放电条件下实际存储电量的大小。当可用容量降低到额定容量的80%时，不能满足电动汽车的正常续航要求；降低到额定容量的30%时，需要进行化学拆解。电池电压：电池电压是电池最重要性能指标之一，具有多种表现形式，包括理论电压、额定电压、开路电压、工作电压等。电池的电压通常会随着电池剩余电量、环境温度和充放电倍率的改变而变化。倍率性能：电池的倍率是指充放电电流大小与电池额定容量的比率，用以表征电池充放电速度的快慢。9.4储能的梯次利用动力电池梯次利用的基本原理动力电池梯次利用性能指标自放电率：电池的自放电率常用于衡量电池处于非工作状态时的荷电保持能力，即电池保持自身能量不变的能力。影响自放电率的因素主要是电池的制作材料和工艺。放电平台时间：将电池充满电后，进行一段时间静置，然后对电池以一定放电倍率进行放电，使其电压下降至所设的截止电压，记录放电过程时间并将其定义为放电平台时间。充放电效率：电池的充放电效率即为电池的电能与化学能之间的转换效率，常用百分比表示。电池的充放电效率越大，则电池的电能利用效率越高。循环寿命：电池应用过程中的每一次充、放电过程，称为一个充放电循环。电池在寿命周期内所能进行的充放电循环次数，可称为循环寿命。循环寿命是电池梯次利用的一个关键性指标。9.4储能的梯次利用动力电池梯次利用的基本原理退役电池检测退役电池的检测可分为电池性状初检、关键电性能全检及分组抽样性能测试3个步骤，具体流程如右图所示。电池状态初检对所有退投电池进行全检，包括电池的外观、电压、内阻等。关键电性能全检检测电池的容量、能量、内阻与自放电性能。电池分组抽检技术手段较为多样，完成分组抽检后，可进一步淘汰不适用的退役电池分组。9.4储能的梯次利用动力电池梯次利用的基本原理退役电池性能指标检测方法内阻检测方法根据电化学原理，电流消失瞬间在电池上所产生的压降全都由电池内阻引起，我们可以据此计算出电池内阻的大小。利用如下公式计算内阻：𝑅0=𝑈𝐴𝐵+𝑈𝐶𝐷2𝐼9.4储能的梯次利用动力电池梯次利用的基本原理退役电池性能指标检测方法可用放电容量检测方法退役电池的容量测试一般在温度为25±5℃、大气压力为86~106kPa、湿度为25~85%的标准测试环境下进行。以标准充电方式对每一个退役电池进行充电。电池充满电后分别以1C电流恒流放电至截止电压，记录放电时间，再利用电流和时间的积分得到退役电池的放电容量，计算公式为进一步将所得的放电容量与电池的额定容量相比较，便可判断该电池的老化程度。9.4储能的梯次利用动力电池梯次利用的经济性分析梯次利用的成本与收益动力电池梯次利用的成本构成如右图所示，主要有：购置成本、运输成本、人工成本、测试设备折旧费、电费、电池管理系统(BatteryManagementSystem,BMS)成本、电力电子成本和运维成本等。动力电池梯次利用的场景比较多。如果将其应用于源、网、荷侧，则其在各个场景的收益计算方式与前文类似，此处不再赘述。9.4储能的梯次利用例9-11已知某动力电池新电池容量为360Ah，额定电压为384Ｖ，新电池价格4.5元/Wh；退运后梯次利用时容量为216Ah，SOH为66.7％，充放电效率为90%，充放电深度为60%。在使用电池期间，每经过一次使用，电池容量衰减为原来的99.98％。假设峰时电价1.08元/kWh，谷时电价0.28元/kWh，贴现率定为0.625%。试求：（1）退运电池1~10年在每天一充一放的使用条件下所产生的经济效益。（2）若以所获得的经济效益对退役电池进行定价，试求其单价（单位为）。解：（1）使用一年，削峰填谷产生的总效益：1）充电总成本：2）放电总收益：𝐶𝑐(1)=0.216×60%×∑𝑖=13650.9998𝑖×0.28×90%=11.495元𝐶𝑐(1)=0.216×60%×∑𝑖=13650.9998𝑖×0.28×90%=11.495元9.4储能的梯次利用2）考虑净现值后，n年的总效益：𝐼𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙(𝑛)′=(𝐼𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙(𝑛)−𝐼𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙(𝑛−1))×1(1+0.625%)𝑛−1+𝐼𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙(𝑘−1)′代入n即可求得对应的效益及相应的待求量。结果汇总如下表9-16所示。表9-16新旧电池单价对比使用年限/年12345678910循环次数/次36573010951460182521902555292032853650退役电池单价（元/Wh）0.1520.2930.4220.5420.6530.7550.8500.9371.0181.0469.4储能的梯次利用动力电池梯次利用的典型应用近年来，动力电池梯次利用受到了世界各国的广泛关注。下表列举了国内外电池梯次利用的典型案例。国家应用领域案例概述参与主体中国电网储能利用2008北京奥运会退役的电动汽车锂电池，建成了360kWh的储能系统，并在电网中进行应用国网北京电力公司等中国电动自行车回收电动汽车退役的动力电池，改组后用作48V电动自行车动力电源国网浙江电力公司中国商业储能自主研发智能电池管理系统，将传统模式发展为“回收-利用-拆解-再利用”，成本低于1元/Wh格林美股份有限公司中国电网储能利用电动汽车上的退役动力电池建成规模为2MW/7.2MWh的储能系统，通过削峰填谷节省电费，并为电网提供辅助服务深圳市比克电池有限公司、南方电网综合能源服务公司日本家庭、商业储能日产汽车和住友集团合资建立4REnergy，回收日产汽车的退役动力电池，改组后用于家庭和商业储能4REnergy公司美国家庭、商业储能TeslaEnergy成功开发了两个产品：由退役电池构成powerwall和powellpack，用于家庭和商业储能领域TeslaEnergy美国瑞典电网储能美国通用公司和瑞典的ABB集团合作，利用所回收的废旧锂电池，用于新能源发电系统储能通用公司、ABB集团德国电网储能BOSCH集团回收ActiveE和i3这两个产品的动力电池，建成储能系统并应用在大型光伏发电站上BOSCH、BMW、瓦腾福公司总结与展望储能的成本与其类型及应用场景有关，从投入时序角度考虑，主要分为初始投资成本、运营维护成本等；从运行角度分析，主要有度电成本、里程成本等；储能在电力系统的各种应用场景的收益可分为两类：储能带来的新增收益；因采用储能而减少的投资或运行成本；储能的经济性分析指标主要有三种：以时间为计量单位的时间型指标；以货币为计量单位的价值型指标；以相对量表示的效率型指标；储能在电力系统的主要应用模式包括：储能与火电联合运行、储能与可再生能源联合运行、电网侧储能和用户侧储能；总结与展望动力电池的梯级利用包括主要包括回收、拆解、检测、筛选、成组、集成等环节，其中回收采用汽车厂商自营回收模式、生产商联合回收模式和第三方回收模式；环节通常常见的电池性能指标包括电池内阻、可用容量、电压、循环寿命等，需要根据这些性能指标对退役电池进行检测，为其梯级利用提供依据；在市场、技术、政策等共同驱动下，储能技术逐渐走向成熟，市场需求剧增，成本下降较快，有望在不久的将来获得较高的经济效益，并由此进入可持续的规模化发展快车道。