本文分析詳解了儲(chǔ)能系統(tǒng)可獲取的收益方式,在樂觀情況下,電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的投資回收期可從20年大幅縮短至8-9年。
今年7月1日起,維多利亞州的家庭電池儲(chǔ)能激勵(lì)計(jì)劃開始生效,至此澳大利亞幾大洲都推出了支持家庭電池儲(chǔ)能系統(tǒng)安裝升級(jí)的政策。這些補(bǔ)貼政策降低了自掏腰包的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)成本,有助于擴(kuò)大當(dāng)?shù)丶彝ル姵貎?chǔ)能市場(chǎng),但如果電池僅用于吸收和釋放太陽(yáng)能發(fā)電量,仍無(wú)法使電池儲(chǔ)能成為“毫不猶豫”的家庭投資決策。
除標(biāo)準(zhǔn)的消納光伏發(fā)電方法外,通過(guò)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠獲得更多收益對(duì)家庭來(lái)說(shuō)更具吸引力,這對(duì)推動(dòng)消費(fèi)量來(lái)說(shuō)也是至關(guān)重要。這些價(jià)值其中包括有助于縮短投資回收期的財(cái)務(wù)效益,如參與虛擬電廠參與能源市場(chǎng)和電網(wǎng)服務(wù)獲取的收入,以及改善能源自適應(yīng)和斷電保護(hù)等非財(cái)務(wù)效益。
虛擬電廠如何發(fā)揮作用?
盡管維多利亞州的鼓勵(lì)措施或其他支持計(jì)劃并不可能使電池儲(chǔ)能立即像光伏一樣成為一種主流,但仍將有助于擴(kuò)大電池儲(chǔ)能市場(chǎng),使電池技術(shù)更為實(shí)惠、讓更多想要電池的家庭能夠使用。
不過(guò)儲(chǔ)能系統(tǒng)的消費(fèi)受補(bǔ)貼因素影響不會(huì)太大,因?yàn)樗鼈冎饕窍M(fèi)者偏好的問(wèn)題。但另一方面,技術(shù)創(chuàng)新和監(jiān)管改革有機(jī)會(huì)可能提高家庭儲(chǔ)能系統(tǒng)效益。
因?yàn)殡姵貎?chǔ)能以及其他可控能源可以為家庭和零售商、電網(wǎng)和綜合公共事業(yè)公司等售電、輸配電企業(yè)帶來(lái)價(jià)值,所以目前的挑戰(zhàn)不僅僅是如何讓電池更便宜,而在于開發(fā)更有效地利用和分享這些好處的項(xiàng)目。
在澳大利亞,隨著電池儲(chǔ)能系統(tǒng)價(jià)格的逐步下降,虛擬電廠的協(xié)議形式是一個(gè)加快電池普及的機(jī)會(huì)。
電池儲(chǔ)能系統(tǒng)收益詳解
電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的價(jià)值類型可分為兩大類:
A)對(duì)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)所有者產(chǎn)生的直接價(jià)值收益(例如光伏儲(chǔ)能)
B)在與公用事業(yè)公司,虛擬電廠運(yùn)營(yíng)商和集成商的協(xié)議下,對(duì)業(yè)主提供參與服務(wù)的補(bǔ)償。
直接收益
消納光伏棄電:目前,根據(jù)電池投資回收估算,對(duì)于一個(gè)典型的維多利亞式家庭來(lái)說(shuō),直接用于太陽(yáng)能充電的10kWh電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)省收益約為每年300美元。
(假設(shè)6kW的光伏系統(tǒng)以30度角面向東北,峰值為0.26美元/kWh,非高峰時(shí)段使用電價(jià)為0.15美元/kWh,反饋上網(wǎng)電價(jià)為0.12美元/kWh,在“晚峰”使用模式下的日能耗為20kWh。)
峰谷套利:根據(jù)相關(guān)分析數(shù)據(jù),在上述相同假設(shè)下,利用能夠根據(jù)預(yù)期天氣和負(fù)載要求對(duì)電池進(jìn)行預(yù)充電的電池管理系統(tǒng),以使用時(shí)間計(jì)算,每年每戶可節(jié)約25美元到50美元,這個(gè)數(shù)值可能會(huì)因峰谷成本差異和電池大小而產(chǎn)生差異。
斷電保護(hù):雖然電池帶來(lái)的其他“軟福利”很難用數(shù)字表示,但也許可以將斷電保護(hù)功能的價(jià)值歸為“斷電保險(xiǎn)”。雖然確切的價(jià)值將取決于用戶,但可以假設(shè),他們一般愿意為這項(xiàng)功能每年支付的費(fèi)用為20-50美元。(這里的斷電保護(hù)可能伴隨著某些系統(tǒng)的額外設(shè)備成本。)
虛擬電廠中提供服務(wù)的補(bǔ)償
能源批發(fā)市場(chǎng),可靠性與應(yīng)急儲(chǔ)備交易,調(diào)頻輔助服務(wù)和電網(wǎng)服務(wù):使用分布式能源來(lái)實(shí)現(xiàn)這些價(jià)值,然后與家庭用戶共享收益,這需要
a)智能安全的能源管理技術(shù)
b)公用事業(yè),虛擬電廠運(yùn)營(yíng)商或集成商的參與。
由于電力批發(fā)價(jià)格和需求本身存在波動(dòng),以及虛擬電廠運(yùn)營(yíng)商和參與者之間協(xié)議的差異,收益很難進(jìn)行界定。此外需要考慮的是,這些收益可能還需要考慮其他因素,例如電池容量被“保留”以期待日后現(xiàn)貨價(jià)格的上漲。如何分享利益將取決于規(guī)定虛擬電廠運(yùn)營(yíng)商收益分配比例和參與程度等合同條款內(nèi)容。
批發(fā)現(xiàn)貨市場(chǎng)價(jià)格:
2018年,維多利亞州現(xiàn)貨市場(chǎng)價(jià)格六次超過(guò)5美元/kWh($5000美元/MWh)的情況,雖然大約四成比例價(jià)格會(huì)比較低但仍高于$0.30美元/kWh。如果一個(gè)家庭通過(guò)用電池中的2kWh的能量放電來(lái)應(yīng)對(duì)上述每一種收益情況,并獲得一半的現(xiàn)貨價(jià)格,那么他們每年將獲得30美元的收入。假設(shè)收益比例分成為75%,參與響應(yīng)的電池容量為3kWh,則該戶每年可賺取約50美元。
在另一種協(xié)議中,虛擬電廠運(yùn)營(yíng)商可以簡(jiǎn)單地向參與者支付固定的年費(fèi),以獲得對(duì)參與者擁有的電池每年有限次數(shù)的調(diào)度權(quán);在這種情況下,最終用戶的資產(chǎn)可能永遠(yuǎn)不會(huì)被調(diào)用,而是作為運(yùn)營(yíng)商的“對(duì)沖保險(xiǎn)”而保留。
此外,能夠參與并利用電力現(xiàn)貨市場(chǎng)波動(dòng)電價(jià)的家庭和企業(yè)可能會(huì)找到更多盈利機(jī)會(huì),電池通過(guò)有計(jì)劃充放電來(lái)進(jìn)行峰谷套利。
參與調(diào)頻輔助服務(wù):
調(diào)頻輔助服務(wù)在維持能源系統(tǒng)穩(wěn)定方面有著至關(guān)重要作用。對(duì)于澳大利亞電力市場(chǎng)來(lái)說(shuō)有幾種不同的調(diào)頻輔助服務(wù),每種價(jià)格都可能有所不同。維多利亞電池系統(tǒng)所有者沒有辦法直接參與而獲得獎(jiǎng)勵(lì),但虛擬電廠運(yùn)營(yíng)商可以將電池儲(chǔ)能系統(tǒng)作為虛擬電廠捆綁包的一部分參與調(diào)頻輔助服務(wù),并將一部分收益轉(zhuǎn)移給電池所有者。
盡管2016/2017年南澳大利亞發(fā)生了一系列“極端”的調(diào)頻輔助服務(wù)價(jià)格事件(>5000美元/MW),但調(diào)頻輔助服務(wù)仍是一種較普遍的商品服務(wù),通常價(jià)格不高。調(diào)頻輔助服務(wù)市場(chǎng)不是由電力需求的增長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)的,而是發(fā)電量或負(fù)荷端發(fā)生增減時(shí)發(fā)生的頻率波動(dòng);這意味著調(diào)頻輔助服務(wù)供應(yīng)商在長(zhǎng)期內(nèi)從高價(jià)格中獲利的機(jī)會(huì)可能相對(duì)有限。盡管如此,電網(wǎng)逐漸從同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)向間歇、非同步和可變的可再生能源,這可能導(dǎo)致對(duì)調(diào)頻輔助服務(wù)服務(wù)提供商的需求增加,特別是考慮到在大型發(fā)電機(jī)或負(fù)載跳閘的意外事件中,“應(yīng)急”期間對(duì)更快的調(diào)頻輔助服務(wù)響應(yīng)(可能由電池儲(chǔ)能提供)的預(yù)期需求。
值得注意的是,調(diào)頻輔助服務(wù)服務(wù)可以從電網(wǎng)上的任何地方提供,但在發(fā)生上述意外情況價(jià)格飆升時(shí),該地與維多利亞州處于“孤島”狀態(tài),調(diào)頻輔助服務(wù)必須在本地交付。在這樣的設(shè)定條件下,虛擬電廠將來(lái)可能會(huì)在類似的情況下被調(diào)頻輔助服務(wù)市場(chǎng)調(diào)用而獲得額外的受益。只是這樣的事件相對(duì)罕見。
如果不進(jìn)行復(fù)雜的建模,分布式能源提供調(diào)頻輔助服務(wù)價(jià)值很難確定。此外,進(jìn)入調(diào)頻輔助服務(wù)市場(chǎng)的少量新進(jìn)入者“大電池”可以吸收未來(lái)調(diào)頻輔助服務(wù)的大部分機(jī)會(huì)。就目前而言,假設(shè)維多利亞州的電池系統(tǒng)每年每年可受益5至10次,每次1kWh,每年的總收益為5至20美元。
可靠性和緊急備用交易:
可靠性和緊急備用交易是現(xiàn)貨市場(chǎng)之外的一種機(jī)制,當(dāng)?shù)仉娏κ袌?chǎng)可以要求其在電力供需嚴(yán)重失衡之前提供應(yīng)急響應(yīng)。參與者每年都簽訂合同,準(zhǔn)備應(yīng)對(duì)極端系統(tǒng)事件;他們既可以是能源消費(fèi)者(特別是能源密集型行業(yè)),也可以是能源生產(chǎn)商(包括小型電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的集合)。
盡管這種交易不會(huì)經(jīng)常被調(diào)度,但是一旦當(dāng)它被調(diào)用,所提供服務(wù)的價(jià)值可能會(huì)很高。例如:
2019年1月19日,調(diào)用費(fèi)用約為2400萬(wàn)美元,幾乎全部從維多利亞州客戶那里收回。六個(gè)小時(shí)的供應(yīng)期間,總共調(diào)度了390MWh:平均成本為62,000美元/MWh(62美元/kWh),大約是未經(jīng)通知的非自愿客戶中斷的平均經(jīng)濟(jì)成本的兩倍,并且是市價(jià)上限的四倍以上。
由于可靠性與緊急調(diào)度的潛在價(jià)值較高,而調(diào)度的可能性較低,因此系統(tǒng)集成商可以決定承擔(dān)風(fēng)險(xiǎn),與資源所有者(例如有電池的家庭)簽訂供應(yīng)協(xié)議合同,以換取固定的年度使用費(fèi)。但是,集成商也可能會(huì)簽約以逐項(xiàng)事件的方式將該價(jià)值發(fā)放給參與的家庭。對(duì)維多利亞州市場(chǎng)上的報(bào)價(jià)統(tǒng)計(jì)表明,零售商/集成商可能愿意為此“保險(xiǎn)”每年支付50- 100美元的費(fèi)用,但即使只有一次備電調(diào)用,收益也很容易超過(guò)這個(gè)數(shù)額一個(gè)數(shù)量級(jí)或更大的數(shù)量級(jí)。
本地電網(wǎng)服務(wù):
分布式能源有很大的機(jī)會(huì)支持本地配電網(wǎng)的穩(wěn)定,但目前這些服務(wù)還沒有標(biāo)準(zhǔn)市場(chǎng)。相反,配電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商可能會(huì)提供他們自己的項(xiàng)目(目前主要是試點(diǎn)項(xiàng)目),以刺激電池消耗(例如為保證購(gòu)買而設(shè)計(jì)的前期補(bǔ)貼);這些因素使得很難確定他們的“市場(chǎng)價(jià)值”。
昆士蘭州的空調(diào)智能調(diào)峰獎(jiǎng)勵(lì)項(xiàng)目模型中,可為購(gòu)買需求響應(yīng)型空調(diào)的家庭提供200美元或400美元的一次性補(bǔ)貼(假設(shè)空調(diào)的使用壽命為10年,大約為20美元至40美元/年)。然而,電池在為電網(wǎng)提供的服務(wù)方面更加通用,可能會(huì)吸引更高的補(bǔ)貼、可能是持續(xù)的補(bǔ)貼。因此,根據(jù)即將推出的“電池智能調(diào)峰”項(xiàng)目中,估計(jì)每個(gè)項(xiàng)目每年可獲取的價(jià)值為30-70美元。
對(duì)虛擬電廠參與者的持續(xù)補(bǔ)貼:
在中短期內(nèi),持續(xù)的虛擬電廠參與補(bǔ)貼可作為家庭信貸,與其他政府獎(jiǎng)勵(lì)措施或上文提及的市場(chǎng)價(jià)值分開。這將對(duì)向虛擬電廠貢獻(xiàn)電池和其他能源的家庭形成成更大的吸引力,同時(shí)給予虛擬電廠運(yùn)營(yíng)商更多的財(cái)務(wù)杠桿,以激勵(lì)參與者的意愿和參與性。
目前,這種補(bǔ)貼方式并不常見,盡管南澳大利亞州的虛擬電廠是一個(gè)很好的例子,說(shuō)明了如何實(shí)施這類計(jì)劃可為電池參與者的提供日常信用。該計(jì)劃中的財(cái)務(wù)賬單既包括上述“自然”價(jià)值,也包括競(jìng)爭(zhēng)性出資可能提供的額外補(bǔ)貼。
虛擬電廠的參與補(bǔ)貼無(wú)需過(guò)高就可以為家庭帶來(lái)變化;在適當(dāng)?shù)那闆r下,每天只需0.13美元(約合每年50美元)就可以使電池的投資回收期縮短一年或更長(zhǎng)時(shí)間。但是最終我們希望虛擬電廠可以自立,只通過(guò)上面概述的基于市場(chǎng)和服務(wù)的獲取收益。
社區(qū)能源項(xiàng)目(“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”):
社區(qū)(或“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”)能源銷售/交易計(jì)劃可以通過(guò)與朋友、家人、鄰居或在公開市場(chǎng)上達(dá)成互利協(xié)議,使家庭獲得更多的利益。在這些情況下,電池提供的價(jià)值通常會(huì)在嵌入式電網(wǎng)或在與電網(wǎng)連接的微電網(wǎng)上進(jìn)行交易,或通過(guò)不一定需要零售商的區(qū)塊鏈?zhǔn)降谌郊用茇泿胚M(jìn)行交易。
儲(chǔ)能系統(tǒng)回收期大幅縮短
考慮到所有這些潛在價(jià)值,就可以更好地了解智慧能源管理和虛擬電廠的參與如何對(duì)電池儲(chǔ)能的投資回收期產(chǎn)生重大影響。盡管根據(jù)維多利亞州補(bǔ)貼政策,電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的投資回收期仍將接近(或超過(guò))20年,但增加額外的直接收益(峰谷套利和備用電源)可以將其減少到15-16年。
但參與虛擬電廠與更大的能源系統(tǒng)分享了電池的價(jià)值后,儲(chǔ)能系統(tǒng)回收期得到大幅縮短,一般情況下大約12-14年,樂觀的情況下只有8-9年。
此外,隨著電池價(jià)格的持續(xù)下跌,電池儲(chǔ)能系統(tǒng)回收期將開始進(jìn)入太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)回收期的范疇。這將有助于進(jìn)一步加快智能分布式能源電網(wǎng)的發(fā)展。
參考資料:SwitchDin website. 來(lái)源:北極星儲(chǔ)能網(wǎng)