电能存储系统是光伏太阳能系统和风力涡轮机等间歇性可再生能源技术整合的关键。随着已安装的电池储能系统容量的增加,这些系统对环境的影响也必须是积极的。在这项工作中,提出了一种确定储能集成对孤岛电网能源系统碳足迹的影响和有效性及其减少的方法。引入了两个指标——能源供应的平准化排放量 (LEES) 和每增加一个储能单位的排放量减少量 (R)。将提出的方法应用于孤岛电网场景,以确定 LEES 值随 BESS 的峰值功率和储能容量的变化。为此,还对公用事业规模的锂离子 BESS 进行了简化的 LCA。研究发现,对于所考虑的场景,加入电池系统始终可以有效减少排放,与没有存储相比,最多可以减少近 50%。借助度量 R,所提出的方法还有助于识别应优先纳入额外能源存储容量的孤立能源系统。
1 Paul Graham、Jenny Hayward、James Foster 和 Lisa Havas,GenCost 2022-23:最终报告 (CSIRO,2023 年 7 月) 54,2024 年 2 月 21 日访问:https://www.csiro.au/-/media/EF/Files/GenCost/GenCost2022-23Final_27-06-2023.pdf。2 Chris Bowen,《悉尼澳大利亚商业经济学家演讲》(悉尼,2023 年 8 月 15 日):https://parlinfo.aph.gov.au/parlInfo/search/display/display.w3p;query=Id%3A%22media%2Fpressrel%2F93215 35%22;src1=sm1。 3 澳大利亚能源市场运营商,《2023 年电力机会声明》(2023 年 8 月)1-88。4 RepuTex Energy,《澳大利亚工党电力计划的经济影响:建模结果摘要》(RepuTex Energy,2021 年 12 月)5,2024 年 2 月 21 日访问:https://www.reputex.com/wp-content/uploads/2021/12/REPUTEX_The-economic-impact-of-the-ALPs-Powering-Australia-Plan_Summary-Report-1221-2.pdf。 5 Colin Packham,“能源监管机构称,过去 12 个月电费上涨了 9% 至 20%”,《澳大利亚人报》,2023 年 10 月 5 日(2024 年 2 月 22 日访问):https://www.theaustralian.com.au/business/mining-energy/electricity-bills-rose-between-9-and-20pc-over-the- past-12-months-says-energy-regulator/news-story/776789008a4aa810d5e47bad8f5d6fed。
平准化成本的概念在能源领域由来已久,通常称为平准化能源成本 (LCOE) (Farrar and Woodruffi,1973)。这一概念的主要用途是提供单位成本衡量标准,例如每千瓦时 (kWh) 欧元,以比较替代能源的成本竞争力。作为生命周期成本衡量标准,LCOE 将初始容量投资所需的资本支出份额与定期能源生产所需的运营支出相加。因此,单位容量成本不是现金流出,而是分配的成本。对于许多能源(例如核能、太阳能和风能)而言,这个成本组成部分实际上是整体 LCOE 的主要部分。LCOE 的普遍接受的口头定义可以追溯到麻省理工学院关于煤炭未来的一项研究(麻省理工学院,2007 年,第 3 章)。在他们的研究中,LCOE 被校准为售出能源平均必须达到的盈亏平衡值,以便充分补偿项目供应商、员工和投资者的贡献。本文采用了 Reichelstein 和 Rohlfing-Bastian(2015)中正式和通用的平准化成本 (LC) 概念。因此,LC 被校准为允许投资项目在其整个生命周期内收支平衡(实现零净现值)的平均单位收入。早期的研究表明,LC 超过了成本会计文献中通常定义的全成本。原因是全成本的标准定义不包括利息费用,也不包括企业所得税产生的费用。相反,这些类型的支出包含在 LC 指标中,以使成本指标与净现值标准兼容。在这里,我们表明,即使以近似的方式计算利息费用,正如一些成本会计教科书(Friedl 等人,2022 年)所提倡的那样,最终的全成本指标也将始终低于平准化产品成本。LC 被概念化为生命周期成本衡量标准,通常不是短期决策(例如定价或生产量决策)的相关成本。一旦做出投资决策,LC 指标就会产生显著的沉没成本成分。然而,在某些条件下,LC 会成为长期决策(例如不可逆转的产能投资)的相关单位成本衡量标准。在发电方面,LCOE 确实允许对任何两种类似的发电技术进行“同类”成本比较,例如核电厂与燃煤电厂。然而,为了评估可再生能源发电与化石燃料发电的竞争力,LCOE 指标本身是不够的。相反,它必须辅以其他指标,以有效地实时总结发电和电价模式。除了电力之外,我们还回顾了平准化成本概念的多种应用和变体。特别是,本文涵盖了用于评估平准化成本经济可行性改善的单位成本指标。
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其他因素也可能对本文的结果产生重大影响,但在本分析范围内尚未进行研究。这些其他因素可能包括:容量价值与能源价值;网络升级、传输、拥塞或其他集成相关成本;除非另有说明,否则重大许可或其他开发成本;以及遵守各种环境法规的成本(例如碳排放补偿或排放控制系统)。本分析也没有涉及潜在的社会和环境外部因素,例如,对于那些无法负担分布式发电解决方案的人来说,社会成本和费率后果,以及各种难以衡量的传统发电技术的长期残余和社会后果(例如核废料处理、空气污染物、温室气体等)
图 2:基于学习曲线对德国 2045 年可再生能源技术和不带热提取的燃气或氢能发电厂的 LCOE 的预测。计算参数列于表 1 至表 6。LCOE 值在每种情况下均指参考年份的新工厂。
为了减少温室气体排放和化石燃料对环境的影响,摩洛哥决定增加可再生能源的使用。可再生能源的间歇性导致电网不稳定。储能是解决这一问题的合适方法。压缩空气储能是一种将能量以高压压缩空气的形式储存在地上储罐或地下洞穴中的技术。大规模存储压缩空气能量需要在盐洞或含水层中储存大量能量。本文旨在找出整合地下压缩空气储能技术的好处。摩洛哥的一个案例研究用于估算能源加储能的平准化成本 (LCOES)。分析了摩洛哥太阳能和风能发电厂的年容量系数以及地下洞穴的潜力。结果表明,对于在卡萨布兰卡地区安装的 100 MW 容量的系统,绝热压缩空气储能系统 (ACAES) 与风力涡轮机装置的组合可提供每千瓦时最低的电价,平均 LCOES 为 0.04 美元/千瓦时。
其他因素也可能对本文的结果产生重大影响,但在本分析范围内尚未进行研究。这些其他因素可能包括:容量价值与能源价值;网络升级、传输、拥塞或其他集成相关成本;除非另有说明,否则重大许可或其他开发成本;以及遵守各种环境法规的成本(例如碳排放补偿或排放控制系统)。本分析也没有涉及潜在的社会和环境外部因素,例如,对于那些无法负担分布式发电解决方案的人来说,社会成本和费率后果,以及各种难以衡量的传统发电技术的长期残余和社会后果(例如核废料处理、空气污染物、温室气体等)
大规模电化学储能可以促进可再生能源的利用,并在可再生能源高渗透率下保证电力系统的稳定性。但电化学储能产业的商业化在很大程度上受到其成本的制约,因此本研究研究了电化学储能的技术特点和经济性分析,并对不同电化学储能技术的平准化成本(LCOS)进行了详细分析。研究结果表明,在储能调峰应用中,铅碳(12 MW功率、24 MWh容量)的平准化成本为0.84元/kWh,磷酸铁锂(60 MW功率、240 MWh容量)的平准化成本为0.94元/kWh,全钒液流(200 MW功率、800 MWh容量)的平准化成本为1.21元/kWh。详细分析成本构成可知,储能项目的Capex和充电成本占比较高,Opex和税费成本占比较低,储能项目之间的差异在于重置成本的占比。最后,对四个因素进行了敏感性分析,本研究考虑了往返效率、储能时长、单位初始投资以及储能应用场景对储能系统LCOS的影响。其中,不同应用场景的LCOS不同,对于输配电(T&D)应用,磷酸铁锂的LCOS最低,这是由于其与铅碳相比具有长寿命优势。
对扩大发电能力的投资需要评估未来发电技术的竞争价值。为了更好地理解 NEMS 的投资决策,我们使用专门的措施来简化这些建模决策。平准化电力成本 (LCOE) 是指在指定的成本回收期内建造和运营发电厂所需的估计收入。平准化避免电力成本 (LACE) 是该电厂所有者在同一时期可获得的收入。从 AEO2021 开始,我们将包括昼夜存储技术的平准化存储成本 (LCOS) 估算值。虽然 LCOE、LCOS 和 LACE 不能完全涵盖 NEMS 中考虑的所有因素,但当将它们一起用作价值成本比(LACE 与 LCOE 或 LACE 与 LCOS 之比)时,它们可以合理地比较多种技术之间的一阶经济竞争力,而单独使用 LCOE、LCOS 或 LACE 则无法做到这一点。