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退役磷酸鐵鋰電池應(yīng)用于電力儲(chǔ)能場(chǎng)景的投資回報(bào)期分析

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量：841次  |  2019年11月15日  

一般情況下，當(dāng)動(dòng)力電池放電容量低于初始容量的80%時(shí)，將導(dǎo)致出現(xiàn)續(xù)航里程下降性能問(wèn)題，降低車(chē)輛使用體驗(yàn)，此時(shí)動(dòng)力電池將從車(chē)上退役進(jìn)入綜合利用階段。按照“先梯級(jí)利用，后資源化利用”的資源最大化使用原則，退役動(dòng)力電池的梯級(jí)利用被認(rèn)為具有顯著的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，已在各種場(chǎng)景有應(yīng)用示范實(shí)例。



在電力儲(chǔ)能場(chǎng)景，電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)成熟，2019年，其累計(jì)裝機(jī)規(guī)模約為1072.7MW，突破GW大關(guān)。隨著儲(chǔ)能電池使用規(guī)模不斷增加，以退役動(dòng)力電池來(lái)替代傳統(tǒng)的鉛酸電池和儲(chǔ)能鋰電池，對(duì)解決循環(huán)壽命低、電池購(gòu)置成本高等問(wèn)題將起到積極作用。本次研究，通過(guò)構(gòu)建投資回報(bào)周期測(cè)算模型，充分使用調(diào)研數(shù)據(jù)、已有案例和研究結(jié)論，分別選取大小兩種規(guī)模的MW級(jí)儲(chǔ)能系統(tǒng)，以削峰填谷作為收益來(lái)源，得出其投資回報(bào)周期為2-7.5年，顯示出應(yīng)用于用戶(hù)側(cè)的削峰填谷儲(chǔ)能系統(tǒng)容量越小則越具有顯著的投資回報(bào)優(yōu)勢(shì)。



一、投資回報(bào)周期測(cè)算模型



（一）投資回報(bào)周期測(cè)算基礎(chǔ)模型。以投入成本和收益達(dá)到平衡的時(shí)間，作為投資回報(bào)周期，即：初始投資建設(shè)成本+系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)成本*時(shí)間=收益*時(shí)間，測(cè)得的時(shí)間值為投資回報(bào)周期。



（二）本次研究投資回報(bào)周期測(cè)算基礎(chǔ)模型。初始投資建設(shè)成本（設(shè)為C）有以下3方面構(gòu)成：電池成本（設(shè)為C電池）、運(yùn)輸成本（設(shè)為C運(yùn)輸）、系統(tǒng)構(gòu)架成本（設(shè)為C構(gòu)架）。系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)成本有以下2方面構(gòu)成：充電電費(fèi)支出（設(shè)為C充電）和系統(tǒng)運(yùn)維成本（設(shè)為C運(yùn)維）。收益來(lái)源可包含2方面：削峰填谷下的電價(jià)差收益（設(shè)為P電價(jià)差）和需量電費(fèi)收益（設(shè)為P需量）。綜上，投資回報(bào)周期（設(shè)為T(mén)）測(cè)算模型為C電池+C運(yùn)輸+C構(gòu)架+C運(yùn)維×T=（P電價(jià)差+P需量）×T。本次研究在投資回報(bào)周期內(nèi)，對(duì)系統(tǒng)設(shè)備折舊不作考慮，儲(chǔ)能用電池更換費(fèi)用計(jì)入運(yùn)維成本支出中，詳細(xì)成本和收益項(xiàng)目構(gòu)成如圖1所示。




二、測(cè)算分析


以退役磷酸鐵鋰電池作為儲(chǔ)能介質(zhì)，分8MWh和0.8MWh兩種大小規(guī)模的儲(chǔ)能系統(tǒng)，用戶(hù)側(cè)移峰填谷獲取電價(jià)差收益的儲(chǔ)能應(yīng)用方式為例，進(jìn)行投資回報(bào)周期測(cè)算。


（一）8MWh（1MW×8h）電力儲(chǔ)能系統(tǒng)投資回報(bào)周期測(cè)算



1.成本支出測(cè)算



（1）初始投資建設(shè)成本



電池成本。由購(gòu)置成本和篩選重組成本兩部分組成。根據(jù)市場(chǎng)調(diào)研，市場(chǎng)上每Wh廢舊磷酸鐵鋰電池購(gòu)買(mǎi)價(jià)格約為0.1元。按退役動(dòng)力電池篩選合格率90%，支持8MWh系統(tǒng)有效電量，則需購(gòu)買(mǎi)約9MWh退役動(dòng)力電池，其中篩選后淘汰的廢舊動(dòng)力電池按購(gòu)進(jìn)賣(mài)出處理，不產(chǎn)生收支考慮。計(jì)算得電池購(gòu)置成本（C電池購(gòu)置）約為90萬(wàn)元。電池篩選重組成本主要包括人工、測(cè)試設(shè)備折舊、電費(fèi)成本支出費(fèi)用等，本此研究視為一類(lèi)費(fèi)用支出，按已有研究結(jié)果數(shù)據(jù)，每MWh約需22.2萬(wàn)元，則9MWh廢舊電池的該項(xiàng)支出約為199.8萬(wàn)元。綜上，電池成本（C電池）合計(jì)為289.8萬(wàn)元。



運(yùn)輸成本。按已有研究結(jié)果數(shù)據(jù)，每MWh約支出需2.2萬(wàn)元，則9MWh廢舊電池的該項(xiàng)支出（C運(yùn)輸）約為19.8萬(wàn)元。



系統(tǒng)構(gòu)架成本。按已有研究結(jié)果數(shù)據(jù)，8MWh儲(chǔ)能系統(tǒng)的配電設(shè)備支出約需544萬(wàn)元、監(jiān)控系統(tǒng)支出約需80萬(wàn)元、電池箱支出約需192萬(wàn)元、電池柜支出約需104萬(wàn)元、建筑工程費(fèi)用（房屋建設(shè)和土地使用成本）支出約需816萬(wàn)元。綜上，系統(tǒng)構(gòu)架成本（C構(gòu)架）約需1736萬(wàn)元。


由此三項(xiàng)成本加和，可得使用退役磷酸鐵鋰電池構(gòu)成的8MWh儲(chǔ)能電站系統(tǒng)初始投資建設(shè)成本需要2045.6萬(wàn)元?？紤]到充放電成本收入與工況的關(guān)聯(lián)性，將系統(tǒng)充電成本（C充電）置于收益中進(jìn)行測(cè)算。



（2）系統(tǒng)運(yùn)維成本。系統(tǒng)的運(yùn)維成本包括檢修費(fèi)用、備品備件購(gòu)置費(fèi)、保險(xiǎn)費(fèi)以及管理費(fèi)用，本次研究視為一類(lèi)費(fèi)用支出，按已有研究結(jié)果數(shù)據(jù)，每MWh年需約4.4萬(wàn)元，則8MWh儲(chǔ)能系統(tǒng)的該項(xiàng)支出年約35.2萬(wàn)元。



2.削峰填谷收益



我國(guó)對(duì)大工業(yè)用電執(zhí)行的兩部制電價(jià)制度，因此，收益來(lái)源于電價(jià)差的電度電費(fèi)收益和基本電費(fèi)收益2部分。其中電度電費(fèi)收益，以北京市地區(qū)執(zhí)行的郊區(qū)非居民大工業(yè)35千伏用電電度電價(jià)作為基礎(chǔ)，即谷值充電電價(jià)為0.3446元/KWh，峰值時(shí)段放電電價(jià)為0.9484元/KWh。每年按320個(gè)工作日，每天24h工作循環(huán)作為系統(tǒng)工況，測(cè)得每個(gè)工作日充電電費(fèi)約為2.2萬(wàn)元，放電收益電費(fèi)約為3萬(wàn)元，則每個(gè)工作日電價(jià)差收益約為0.8萬(wàn)元。每個(gè)工作日儲(chǔ)能系統(tǒng)工況和充放電收益情況如表1所示。





其中需量電費(fèi)收益，以北京市地區(qū)執(zhí)行的郊區(qū)非居民大工業(yè)用電35千伏基本電價(jià)作為基礎(chǔ)，即最大需量電價(jià)48元/KW·月，即基本電價(jià)×計(jì)費(fèi)容量（計(jì)費(fèi)容量是用電用戶(hù)契約合同最大需量申報(bào)值，申報(bào)值可在原合同基礎(chǔ)上遞減到儲(chǔ)能系統(tǒng)承擔(dān)的功率值）。則本次研究的1000KW系統(tǒng)可降低計(jì)費(fèi)容量幅度為1000KW，基本電價(jià)收益則為申報(bào)遞減幅度×基本電價(jià)，即1600元/天。綜上，8MWh儲(chǔ)能系統(tǒng)每個(gè)工作日收益為0.96萬(wàn)元，即年收益為307萬(wàn)元。



3.投資回報(bào)周期



將以上測(cè)得成本和收益情況，代入C電池+C運(yùn)輸+C構(gòu)架+C運(yùn)維×T=（P電價(jià)差+P需量）×T，即289.8+19.8+1736+35.2×T=307×T，得T為7.5。由此可知，使用退役磷酸鐵鋰電池構(gòu)成的8MWh儲(chǔ)能電站系統(tǒng)投資回報(bào)周期約為7.5年。



（二）0.8MWh（0.2MW×4h）儲(chǔ)能系統(tǒng)投資回報(bào)周期測(cè)算



主要差異為由于系統(tǒng)容量下降導(dǎo)致初始投資建設(shè)成本對(duì)應(yīng)下降，按照儲(chǔ)能系統(tǒng)功率類(lèi)別，將電價(jià)測(cè)算基礎(chǔ)由北京市地區(qū)執(zhí)行的郊區(qū)非居民大工業(yè)用電調(diào)整為一般工商業(yè)用電類(lèi)別，測(cè)算充電電費(fèi)和放電收益。



1.成本支出測(cè)算



（1）初始投資建設(shè)成本。參照8MWh儲(chǔ)能系統(tǒng)所需電池成本進(jìn)行測(cè)算，對(duì)應(yīng)電池購(gòu)置和篩選重組成本下降（C電池）26.5萬(wàn)元，運(yùn)輸成本對(duì)應(yīng)支出（C運(yùn)輸）約為1.6萬(wàn)元，系統(tǒng)構(gòu)架成本對(duì)應(yīng)支出（C構(gòu)架）約為173.6萬(wàn)元。由此三項(xiàng)成本加和，可得使用退役磷酸鐵鋰電池構(gòu)成的0.8MWh儲(chǔ)能電站系統(tǒng)初始投資建設(shè)成本需要201.7萬(wàn)元。系統(tǒng)充電成本（C充電）在收益中進(jìn)行測(cè)算。



（2）系統(tǒng)運(yùn)維成本。參照8MWh儲(chǔ)能系統(tǒng)所需電池成本進(jìn)行測(cè)算，對(duì)應(yīng)支出年約3.5萬(wàn)元。



2.削峰填谷收益



我國(guó)對(duì)一般工商業(yè)用戶(hù)只收取電度電費(fèi)，收益來(lái)源只來(lái)自于電價(jià)差的電度電費(fèi)收益。以北京市地區(qū)執(zhí)行的郊區(qū)非居民一般工商業(yè)20千伏用電電度電價(jià)作為基礎(chǔ)，即谷值充電電價(jià)為0.3488元/KWh，峰值時(shí)段放電電價(jià)為1.3612元/KWh。每年按320個(gè)工作日，每天24h工作循環(huán)作為系統(tǒng)工況，測(cè)得每個(gè)工作日充電電費(fèi)約為0.11萬(wàn)元，放電收益電費(fèi)約為0.44萬(wàn)元，則每個(gè)工作日電價(jià)差收益約為0.32萬(wàn)元，則系統(tǒng)年收益為102.4萬(wàn)元。每個(gè)工作日儲(chǔ)能系統(tǒng)工況和充放電收益情況如表2所示。





3.投資回報(bào)周期



將以上測(cè)得成本和收益情況，代入C電池+C運(yùn)輸+C構(gòu)架+C運(yùn)維×T=P電價(jià)差×T，即26.5+1.6+173.6+3.5×T=102.4×T，得T為2。由此可知，使用退役磷酸鐵鋰電池構(gòu)成的0.8MWh儲(chǔ)能電站系統(tǒng)投資回報(bào)周期約為2年。



三、總結(jié)



本次研究以實(shí)際工程案例和有關(guān)研究結(jié)論為基礎(chǔ)，對(duì)儲(chǔ)能電站系統(tǒng)建設(shè)運(yùn)營(yíng)過(guò)程的投入和產(chǎn)出情況進(jìn)行縱向分析，得出MW級(jí)別兩類(lèi)不同容量規(guī)模的系統(tǒng)投資回報(bào)周期情況，顯示出小儲(chǔ)能電站系統(tǒng)具有明顯的投資回報(bào)優(yōu)勢(shì)。


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