2022年|《凈零電力——可再生電網(wǎng)長時儲能》（四）：長時儲能的成本分析
四、長時儲能的成本分析
1、實現(xiàn)報告中概述的規(guī)模，長時儲能成本下降曲線需要與其他新興清潔技術(shù)相當(dāng)
長時儲能通常都是新興技術(shù)，隨著部署規(guī)模的擴(kuò)大，將會降低成本。長時儲能委員會表示，長時儲能資本支出的成本下降曲線在12%到18%之間，并與海上風(fēng)能和電池等其他類似的突破性能源技術(shù)一致。技術(shù)發(fā)展和擴(kuò)大運營規(guī)模將是成本改善的最大驅(qū)動力。
長時儲能的競爭力主要由儲能容量的成本驅(qū)動，預(yù)計其成本將下降60%。這些長時儲能技術(shù)的充放電往返效率(RTE)預(yù)計也將提高10%至15%。
如今，一些長時儲能技術(shù)在數(shù)量有限但不斷增加的應(yīng)用中具有競爭力。長時儲能系統(tǒng)的平準(zhǔn)化成本(LCOS)的分析表明，如果實現(xiàn)這樣的下降曲線，6小時以上到150小時持續(xù)時間的長時儲能具有成本競爭力。
?到2030年，持續(xù)時間6小時以上的長時儲能可以與鋰離子電池儲能系統(tǒng)在平準(zhǔn)化成本(LCOS)方面進(jìn)行競爭，而在持續(xù)時間9小時以上的儲能應(yīng)用中具有明顯的優(yōu)勢。
?到2030年，持續(xù)時間150小時的長時儲能可以與相同規(guī)模的氫能設(shè)施在平準(zhǔn)化成本(LCOS)方面進(jìn)行競爭。
為了克服這個新興市場目前的成本差距和技術(shù)不確定性，應(yīng)該建立加速投資的正確生態(tài)系統(tǒng)。
與任何新技術(shù)一樣，具有競爭力的成本和性能對于確保廣泛采用和提供與替代方案相比的社會效益至關(guān)重要。對于長時儲能，要考慮的關(guān)鍵參數(shù)是儲能容量成本（美元/ kWh)，電力容量成本（美元/kWh)或電力資本支出、運營和維護(hù)(O&M)成本（美元/ kWh)）和充放電效率(RTE)。
由于成本的明細(xì)隨著持續(xù)時間顯著變化，因此兩種長時儲能系統(tǒng)（8到24小時，以及24小時或更長時間）是根據(jù)長時儲能委員會的10,000多個數(shù)據(jù)點創(chuàng)建的。分析顯示了表現(xiàn)最好的企業(yè)對兩種長時儲能系統(tǒng)的預(yù)測。預(yù)計只有最具競爭力的長時儲能技術(shù)才能在未來十年獲得資金并擴(kuò)大規(guī)模，因此到2030年將成為該組合的主要部分。其資本支出作為脫碳的總成本（如系統(tǒng)成本）在深度脫碳情景中對這一指標(biāo)特別敏感。
2、當(dāng)前的系統(tǒng)成本和性能可與其他即將商業(yè)化的新興技術(shù)相當(dāng)
長時儲能顯示出技術(shù)學(xué)習(xí)率帶來的成本節(jié)約潛力。兩種長時儲能系統(tǒng)都對成本曲線很敏感，75%到90%的資本支出受到一定程度的影響。在8到24小時的長時儲能中，35%的資本支出容易受到成本曲線的影響。而隨著采購成本的影響降低，在24小時或更長時間的長時儲能中這一比例上升到50%以上。
成本降低可能取決于兩個因素：一是通過增加各行業(yè)部署、供應(yīng)商開發(fā)以及供應(yīng)鏈學(xué)習(xí)來提高成本；二是與制造進(jìn)步和產(chǎn)量增加相關(guān)的成本降低。
與鋰離子電池儲能系統(tǒng)和氫能設(shè)施等其他低碳能源技術(shù)相比，長時儲能的成本曲線將決定這些技術(shù)的采用水平。然而在具體應(yīng)用中，模塊化、上市時間短以及提供多樣化服務(wù)的能力等長時儲能的優(yōu)勢，對于在短期內(nèi)增加部署業(yè)務(wù)案例至關(guān)重要。
3、在未來15年，長時儲能的資本支出可能下降60%，而隨著商業(yè)化的加速，長時儲能系統(tǒng)的充放電效率可能增長10%至15%
到2040年，長時儲能裝機(jī)容量的資本支出可能在380美元/kW至960美元/kW，儲能容量資本支出可能在4美元/kWh至17美元/kWh之間。相比之下，到2040年，鋰離子電池儲能系統(tǒng)的裝機(jī)容量的資本支出為60美元/kW至110美元/kW，儲能容量資本支出為70/kWh至80美元/kWh，天然氣發(fā)電廠的裝機(jī)容量資本支出為800/kWh至900美元/kW。
長時儲能的總體資本支出將下降60%左右，這是未來十年內(nèi)下降幅度最大的一次。就裝機(jī)容量的資本支出而言，持續(xù)時間越短的儲能系統(tǒng)的價值越低，因為它們通常經(jīng)過優(yōu)化以在更短的持續(xù)時間和更高的充放電效率下具有競爭力。隨著能源資本支出成為主要成本驅(qū)動因素，這種優(yōu)勢往往會隨著持續(xù)時間的延長而降低。
不同儲能系統(tǒng)和場景的能源資本支出差異更大。24小時或更長時間的長時儲能的儲能容量資本支出要比8到24小時長時儲能系統(tǒng)低得多（大約低三倍），由于較低的充放電要求，因此可以設(shè)計更長的持續(xù)時間。
由于部署了規(guī)模更大的儲能系統(tǒng)，運維成本在2025年至2040年間將顯著下降，降到每年1.5美元/kW至10美元/kW。24小時或更長時間的長時儲能系統(tǒng)運維成本可能比8到24小時長時儲能系統(tǒng)低10倍左右，這主要是由于規(guī)模效應(yīng)。24小時或更長時間的長時儲能系統(tǒng)的充放電效率較低，約為55%；而8到24小時長時儲能系統(tǒng)的充放電效率為75%。
到2040年用于持續(xù)時間更短的長時儲能系統(tǒng)。充放電效率的增長可以在2035年之前實現(xiàn)，這主要歸功于材料科學(xué)的突破和系統(tǒng)設(shè)計的調(diào)整。
4、長時儲能系統(tǒng)的預(yù)計資本支出學(xué)習(xí)率與風(fēng)電、光伏和氫能等類似的突破性能源技術(shù)一致
總設(shè)備資本支出在推動總擁有成本提升競爭力方面至關(guān)重要。成本曲線是衡量成本如何隨著產(chǎn)出的增加而降低的指標(biāo)。例如，將光伏和風(fēng)電技術(shù)的裝機(jī)容量翻一番，可以降低18%到24%的成本。
新興的長時儲能技術(shù)具有通過研發(fā)和實現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟(jì)以進(jìn)一步降低成本的巨大潛力。根據(jù)技術(shù)提供商基于每種儲能技術(shù)計算的預(yù)測部署，業(yè)界預(yù)計基準(zhǔn)期內(nèi)的成本曲線下降率將達(dá)到12%到18%。長時儲能技術(shù)的成本曲線與類似能源技術(shù)的歷史數(shù)據(jù)一致，如圖24所示。然而，這些學(xué)習(xí)率是模棱兩可的，就像對新興技術(shù)的任何預(yù)測一樣，因為它們幾乎沒有歷史信息可以利用。
不同長時儲能技術(shù)的潛在成本曲線也會有所不同，因為它們受所使用的設(shè)備、材料清單和對資本支出改進(jìn)的敏感性的影響。一般來說，電化學(xué)等更成熟的儲能技術(shù)的成本曲線低于平均水平（比平均水平低四到五個百分點），而機(jī)械儲能或熱儲能等新型長時儲能技術(shù)的成本曲線可能高于平均水平（分別高達(dá)三個和五個百分點）。
5、中位數(shù)性能數(shù)據(jù)與前四分之一性能數(shù)據(jù)的對比
為了獲得更大的社會效益并與其他低碳儲能技術(shù)競爭，更廣泛的長時儲能行業(yè)必須實現(xiàn)最具競爭力的市場參與者設(shè)定的目標(biāo)。
長時儲能行業(yè)還必須彌補(bǔ)排名中位數(shù)和前四分之一的性能數(shù)據(jù)之間的差距，以實現(xiàn)這一研究的結(jié)果。這將要求儲能行業(yè)在預(yù)測結(jié)果上超額完成，在政策和行業(yè)目標(biāo)的支持下，其他能源技術(shù)已經(jīng)證明這是可能的。圖25顯示了中位數(shù)和前四分一的性能數(shù)據(jù)之間的差距。這一事實證明，在儲能容量的資本支出方面，排名前四分之一的參與者的充放電效率也略低于中位數(shù)。
6、技術(shù)發(fā)展和擴(kuò)大運營規(guī)模將是成本改善的最大驅(qū)動力
研發(fā)和產(chǎn)量將是實現(xiàn)理想成本軌跡的關(guān)鍵杠桿，并且需要行業(yè)廠商的關(guān)注才能具有競爭力。到2035年，8到24小時長時儲能系統(tǒng)降低45%的成本以及24小時或更長時間長時儲能降低50%的成本，主要是由于研發(fā)帶來的效率和規(guī)模的提高，具體取決于成熟度每種技術(shù)的水平。制造和供應(yīng)鏈的改善將對總體成本預(yù)測的影響較小。然而，它們?nèi)詫⒃趯崿F(xiàn)成本競爭力方面發(fā)揮重要作用。
7、預(yù)計長時儲能成本降低軌跡可與未來20年鋰離子電池和氫能存儲成本預(yù)測相當(dāng)
長時儲能系統(tǒng)資本支出的預(yù)測（到2040年減少55%至60%的成本）與公用事業(yè)規(guī)模鋰離子電池儲能系統(tǒng)（降低約70%）和氫能設(shè)施（降低約50%）報告的預(yù)期相當(dāng)。
此外，各種儲能技術(shù)的減排速度相似，在未來十年將快速降低成本。這意味著在此期間，各種技術(shù)之間的競爭定位和經(jīng)濟(jì)權(quán)衡可能會保持相似。
鋰離子電池儲能系統(tǒng)和氫能設(shè)施在未來面臨與長時儲能相同的不確定性，但目前可以依靠更高的資本投資和關(guān)注水平。關(guān)于鋰離子電池儲艱和氫能設(shè)施的成本降低軌跡有許多詳細(xì)的觀點，氫能委員會強(qiáng)調(diào)每種技術(shù)都顯示出不同的成本降低驅(qū)動因素。這些與長時儲能所示的杠桿不同。
鋰離子電池的未來發(fā)展軌跡將取決于電動汽車的市場需求（從2021年到2040年，超過85%的未來總需求），其中電池儲能系統(tǒng)可能占到這一需求的10%。因此，鋰離子電池儲能系統(tǒng)的成本曲線將與電動汽車的需求更緊密地聯(lián)系在一起。類似的電池技術(shù)仍然允許類似的成本降低、采購規(guī)模優(yōu)勢和電池生產(chǎn)的規(guī)模優(yōu)勢，并從適用于電動汽車和固定電池儲能系統(tǒng)的制造規(guī)模中獲益。鋰離子電池系統(tǒng)的最大成本來自電池組（到2021年為50%），這通常在電動汽車和固定應(yīng)用中都很常見，并且由于更大的價值鏈整合、制造、規(guī)?；?、原料精煉的改進(jìn)。剩余的資本支出將通過其他硬件系統(tǒng)、工程、采購和建設(shè)費用以及軟成本的減少。
氫能設(shè)施的成本對燃料成本最為敏感，氫能設(shè)施（或燃料電池）運輸成本是其他關(guān)鍵組成部分。到2040年，可再生氫氣的成本預(yù)計將在全球平均下降67%到74%，在2030年代初期具有廣泛的競爭力。燃料成本將由工業(yè)、商業(yè)和運輸用氫的發(fā)展決定脫碳應(yīng)用。反過來，氫能在這些領(lǐng)域的廣泛使用將推動這些領(lǐng)域的發(fā)展。這些都是降低氫氣成本的基礎(chǔ)。
氫能設(shè)施要考慮的另一個方面是與其他能源系統(tǒng)中使用的氫氣的協(xié)同作用。在未來，在非電力脫碳中使用大量氫氣并通過管道運輸?shù)那闆r下，這種相互作用可能會顯著影響電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。例如，在全球經(jīng)濟(jì)增長放緩或衰退時期，由于鋼鐵和水泥等周期性行業(yè)需求減少，氫能可能會供過于求。
8、儲能系統(tǒng)平準(zhǔn)化成本(LCOS)競爭基準(zhǔn)測試
（1）在靜態(tài)條件和類似操作中分析平準(zhǔn)化成本(LCOS)有助于確定長時儲能可以競爭的持續(xù)時間
平準(zhǔn)化成本(LCOS)從技術(shù)成本而非系統(tǒng)成本的角度，提供了影響儲能系統(tǒng)生命周期成本的所有技術(shù)和經(jīng)濟(jì)因素的價值。然而，在考慮長時儲能替代其他技術(shù)（如燃?xì)廨啓C(jī)）的潛力，或其對整個系統(tǒng)價值的貢獻(xiàn)時，只根據(jù)平準(zhǔn)化成本(LCOS)衡量是不夠的。在這些情況下，考慮運營概況、持續(xù)時間、商品價格和其他系統(tǒng)條件也很重要。除了成本之外，其他幾個應(yīng)用程序和特定于實例的屬性將影響技術(shù)的選擇（例如，人口稠密地區(qū)的存在和安全限制以及廢熱供應(yīng)的可用性）。
平準(zhǔn)化成本(LCOS)可以成為評估長時儲能解決方案在不同持續(xù)時間的成本競爭力的第一個有效指標(biāo)。通過一致的假設(shè)和利用率，長時儲能可以通過平準(zhǔn)化成本(LCOS)比較，與持續(xù)時間較短的鋰離子電池儲能系統(tǒng)和持續(xù)時間較長的氫能設(shè)施進(jìn)行比較。承認(rèn)長時儲能系統(tǒng)的持續(xù)時間是連續(xù)的，并且充電或放電通常在實現(xiàn)項目的靈活性要求方面發(fā)揮重要作用，這種靜態(tài)分析有助于了解長時儲能的成本和性能參數(shù)可以允許的持續(xù)時間范圍最具競爭力的應(yīng)用。
（2）與鋰離子電池儲能系統(tǒng)相比，長時儲能系統(tǒng)可在6小時以上的持續(xù)時間內(nèi)具有平準(zhǔn)化成本(LCOS)競爭力，在9小時以上具有明顯優(yōu)勢
假設(shè)每年的利用率保持在45%（模型反映的平均實際存儲利用率），到2030年，在需要超過9小時持續(xù)時間的應(yīng)用中，長時儲能的平準(zhǔn)化成本(LCOS)將低于鋰離子電池儲能系統(tǒng)，為80美元/MWh至95美元/MWh（如圖27所示）。在持續(xù)時間少于6小時的儲能應(yīng)用中，與鋰離子電池儲能系統(tǒng)的競爭力更具挑戰(zhàn)性，因為鋰離子電池儲能系統(tǒng)在裝機(jī)容量的支出成本較低推動了較短時間的低價。由于鋰離子電池儲能系統(tǒng)和長時儲能之間的成本曲線相當(dāng)，長時儲能技術(shù)與鋰離子的相對成本競爭力在2035年之前不太可能發(fā)生顯著變化。
（3）在峰值容量應(yīng)用中，長時儲能很可能在連續(xù)放電持續(xù)時間少于150小時的情況下在平準(zhǔn)化成本(LCOS)方面與氫能設(shè)施進(jìn)行競爭
一些長時儲能已經(jīng)與天然氣峰值發(fā)電廠的運行情況相匹配。對于類似的用例，長時儲能預(yù)計將在100小時以下持續(xù)時間內(nèi)顯示出與氫渦輪機(jī)相比的成本競爭優(yōu)勢，如果能夠匹配天然氣峰值發(fā)電廠的運行狀況。在該分析中，假設(shè)氫能設(shè)施的容量因數(shù)為15%，對應(yīng)于與天然氣峰值發(fā)電廠資產(chǎn)相關(guān)的最大利用率。隨著假設(shè)裝機(jī)容量利用率的增加，長時儲能系統(tǒng)作為天然氣峰值發(fā)電廠的潛在替代品的作用會降低。
包括氫能設(shè)施、長時儲能和其他長時儲能解決方案在內(nèi)的多技術(shù)組合方法可能是實現(xiàn)完全脫碳的最經(jīng)濟(jì)途徑。盡管持續(xù)時間超過6天涵蓋了大多數(shù)可再生能源發(fā)電“下降”，但新的可調(diào)度發(fā)電仍需要成為容量組合的一部分，以確保在更長的極端天氣事件下的可靠性。
（4）資產(chǎn)利用率和生命周期平均充電成本將是主要的運營盈虧平衡部分
平準(zhǔn)化成本(LCOS)高度依賴于邊界條件（包括特定的市場條件、地理位置和最終應(yīng)用）將塑造技術(shù)的競爭力。
結(jié)合起來，電價和儲能利用率對平準(zhǔn)化成本(LCOS)的影響最大。例如，30美元/MWh的充電電價和70%的利用率導(dǎo)致70美元/MWh的平準(zhǔn)化成本(LCOS)。如果長時儲能的利用率為45%，并且在8至24小時長時儲能中的充電電價為15美元/MWh，則獲得相同的平準(zhǔn)化成本(LCOS)在24小時或更長時間的長時儲能中。
充放電效率是平準(zhǔn)化成本(LCOS)計算中的一個影響變量（具有一對一的相關(guān)性），因為它影響充電和放電要求；然而，與能源資本支出相比，它對長時儲能競爭力和價值的影響是有限的。從平準(zhǔn)化成本(LCOS)敏感性的角度來看，儲能容量資本支出將直接影響系統(tǒng)的設(shè)計儲能容量及其利用率。其充放電效率的改進(jìn)通常受到技術(shù)限制的影響。
相關(guān)閱讀
長時儲能報告：《凈零電力——可再生電網(wǎng)長時儲能》
長時儲能報告：《凈零電力——可再生電網(wǎng)長時儲能》（二）
長時儲能報告：《凈零電力——可再生電網(wǎng)長時儲能》（三）
