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退役磷酸鐵鋰電池應(yīng)用于電力儲能場景的投資回報期分析

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量：837次  |  2019年11月15日  

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



在電力儲能場景，電化學(xué)儲能技術(shù)成熟，2019年，其累計裝機(jī)規(guī)模約為1072.7MW，突破GW大關(guān)。隨著儲能電池使用規(guī)模不斷增加，以退役動力電池來替代傳統(tǒng)的鉛酸電池和儲能鋰電池，對解決循環(huán)壽命低、電池購置成本高等問題將起到積極作用。本次研究，通過構(gòu)建投資回報周期測算模型，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級儲能系統(tǒng)，以削峰填谷作為收益來源，得出其投資回報周期為2-7.5年，顯示出應(yīng)用于用戶側(cè)的削峰填谷儲能系統(tǒng)容量越小則越具有顯著的投資回報優(yōu)勢。



一、投資回報周期測算模型



（一）投資回報周期測算基礎(chǔ)模型。以投入成本和收益達(dá)到平衡的時間，作為投資回報周期，即：初始投資建設(shè)成本+系統(tǒng)運(yùn)營成本*時間=收益*時間，測得的時間值為投資回報周期。



（二）本次研究投資回報周期測算基礎(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）。收益來源可包含2方面：削峰填谷下的電價差收益（設(shè)為P電價差）和需量電費(fèi)收益（設(shè)為P需量）。綜上，投資回報周期（設(shè)為T）測算模型為C電池+C運(yùn)輸+C構(gòu)架+C運(yùn)維×T=（P電價差+P需量）×T。本次研究在投資回報周期內(nèi)，對系統(tǒng)設(shè)備折舊不作考慮，儲能用電池更換費(fèi)用計入運(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、測算分析


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


（一）8MWh（1MW×8h）電力儲能系統(tǒng)投資回報周期測算



1.成本支出測算



（1）初始投資建設(shè)成本



電池成本。由購置成本和篩選重組成本兩部分組成。根據(jù)市場調(diào)研，市場上每Wh廢舊磷酸鐵鋰電池購買價格約為0.1元。按退役動力電池篩選合格率90%，支持8MWh系統(tǒng)有效電量，則需購買約9MWh退役動力電池，其中篩選后淘汰的廢舊動力電池按購進(jìn)賣出處理，不產(chǎn)生收支考慮。計算得電池購置成本（C電池購置）約為90萬元。電池篩選重組成本主要包括人工、測試設(shè)備折舊、電費(fèi)成本支出費(fèi)用等，本此研究視為一類費(fèi)用支出，按已有研究結(jié)果數(shù)據(jù)，每MWh約需22.2萬元，則9MWh廢舊電池的該項(xiàng)支出約為199.8萬元。綜上，電池成本（C電池）合計為289.8萬元。



運(yùn)輸成本。按已有研究結(jié)果數(shù)據(jù)，每MWh約支出需2.2萬元，則9MWh廢舊電池的該項(xiàng)支出（C運(yùn)輸）約為19.8萬元。



系統(tǒng)構(gòu)架成本。按已有研究結(jié)果數(shù)據(jù)，8MWh儲能系統(tǒng)的配電設(shè)備支出約需544萬元、監(jiān)控系統(tǒng)支出約需80萬元、電池箱支出約需192萬元、電池柜支出約需104萬元、建筑工程費(fèi)用（房屋建設(shè)和土地使用成本）支出約需816萬元。綜上，系統(tǒng)構(gòu)架成本（C構(gòu)架）約需1736萬元。


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儲能電站系統(tǒng)初始投資建設(shè)成本需要2045.6萬元?？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、備品備件購置費(fèi)、保險費(fèi)以及管理費(fèi)用，本次研究視為一類費(fèi)用支出，按已有研究結(jié)果數(shù)據(jù)，每MWh年需約4.4萬元，則8MWh儲能系統(tǒng)的該項(xiàng)支出年約35.2萬元。



2.削峰填谷收益



我國對大工業(yè)用電執(zhí)行的兩部制電價制度，因此，收益來源于電價差的電度電費(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作為基礎(chǔ)，即谷值充電電價為0.3446元/KWh，峰值時段放電電價為0.9484元/KWh。每年按320個工作日，每天24h工作循環(huán)作為系統(tǒng)工況，測得每個工作日充電電費(fèi)約為2.2萬元，放電收益電費(fèi)約為3萬元，則每個工作日電價差收益約為0.8萬元。每個工作日儲能系統(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35千伏基本電價作為基礎(chǔ)，即最大需量電價48元/KW·月，即基本電價×計費(fèi)容量（計費(fèi)容量是用電用戶契約合同最大需量申報值，申報值可在原合同基礎(chǔ)上遞減到儲能系統(tǒng)承擔(dān)的功率值）。則本次研究的1000KW系統(tǒng)可降低計費(fèi)容量幅度為1000KW，基本電價收益則為申報遞減幅度×基本電價，即1600元/天。綜上，8MWh儲能系統(tǒng)每個工作日收益為0.96萬元，即年收益為307萬元。



3.投資回報周期



將以上測得成本和收益情況，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儲能電站系統(tǒng)投資回報周期約為7.5年。



（二）0.8MWh（0.2MW×4h）儲能系統(tǒng)投資回報周期測算



主要差異為由于系統(tǒng)容量下降導(dǎo)致初始投資建設(shè)成本對應(yīng)下降，按照儲能系統(tǒng)功率類別，將電價測算基礎(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)用電類別，測算充電電費(fèi)和放電收益。



1.成本支出測算



（1）初始投資建設(shè)成本。參照8MWh儲能系統(tǒng)所需電池成本進(jìn)行測算，對應(yīng)電池購置和篩選重組成本下降（C電池）26.5萬元，運(yùn)輸成本對應(yīng)支出（C運(yùn)輸）約為1.6萬元，系統(tǒng)構(gòu)架成本對應(yīng)支出（C構(gòu)架）約為173.6萬元。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儲能電站系統(tǒng)初始投資建設(shè)成本需要201.7萬元。系統(tǒng)充電成本（C充電）在收益中進(jìn)行測算。



（2）系統(tǒng)運(yùn)維成本。參照8MWh儲能系統(tǒng)所需電池成本進(jìn)行測算，對應(yīng)支出年約3.5萬元。



2.削峰填谷收益



我國對一般工商業(yè)用戶只收取電度電費(fèi)，收益來源只來自于電價差的電度電費(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作為基礎(chǔ)，即谷值充電電價為0.3488元/KWh，峰值時段放電電價為1.3612元/KWh。每年按320個工作日，每天24h工作循環(huán)作為系統(tǒng)工況，測得每個工作日充電電費(fèi)約為0.11萬元，放電收益電費(fèi)約為0.44萬元，則每個工作日電價差收益約為0.32萬元，則系統(tǒng)年收益為102.4萬元。每個工作日儲能系統(tǒng)工況和充放電收益情況如表2所示。





3.投資回報周期



將以上測得成本和收益情況，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儲能電站系統(tǒng)投資回報周期約為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)，對儲能電站系統(tǒng)建設(shè)運(yùn)營過程的投入和產(chǎn)出情況進(jìn)行縱向分析，得出MW級別兩類不同容量規(guī)模的系統(tǒng)投資回報周期情況，顯示出小儲能電站系統(tǒng)具有明顯的投資回報優(yōu)勢。


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