规模储能装置经济效益的判据

杨裕生，程杰，曹高萍

(防化研究院，北京　100191)

　　摘要：为使规模储能装置的选择和规模储能技术的发展朝着更加实用化、更加有序而可持续地发展，从规模储能装置的性能指标和运行经济指标出发，推导出了“规模储能装置的经济效益指数”(YCC)关系式，由此可得出储能装置运行的利润率(Pm)。指出对于化学储能装置，循环寿命和成本是其能否在规模储能中获得经济利益的关键因素。

　　电能是国民经济发展和人民生活的重要保障，已成为人类生产、生活中不可替代的组成部分。电能不能简单地直接储存，电能的生产与耗费必须时刻保持严格的同步，这给电能的供需平衡造成了很大的困难。电力系统内的发电和输配电设备均需按照用电峰值配备，导致资源利用率低，系统内存在大量可平移的负荷。电能以规模储存，则可降低电力系统内发电和输配电设备的规模、提高能效和利用率。现代用户对电网提出了越来越高的可靠性要求，这不仅需要电网的智能化，也需要规模储能。我国核能发电迅速增长，核电装置要求恒功率运行，拉大了夜间电网的供需差距。风能、太阳能等可再生能源发电时，功率、电压和频率的波动大，且难以人为控制，如果直接并入电网，将会影响供电质量；尤其我国北方风场夜间风大，势将增加电网调峰的压力。为实现稳定、均衡供电，将部分电能转换成其他能源形式储存，显得愈来愈迫切，开发高效的规模储能技术意义非常重大。

　　规模储能技术中，物理方法有抽(扬)水蓄能、压缩空气蓄能、飞轮蓄能等，其中实用的当推抽(扬)水蓄能。该方法的规模大、寿命长，但地理条件要求苛刻，且一次投入的建造费用高。

　　化学方法有铅酸电池、金属-空气电池、钠硫电池、锂离子电池、镍基电池、超级电容器及液流蓄电池等。化学方法不受地理环境的限制，具有随充随放的突出特点，但使用年限和循环寿命不显优势。

　　本文作者对大规模蓄电装置归结了4大可能的用途：①可再生能源的蓄电；②电网的调“峰”；③用电大户的蓄电；④军用蓄电。各种用途对规模储能的要求各有侧重，需要综合考虑需求目标和储能手段。高安全可靠性是规模蓄电的首要要求，此外还需要考虑能量转换效率、自放电率、初始投资、目标充放电情况下的循环寿命、维护成本、环境适应性和场地等等。再生能源蓄电及电网的调峰对于储能装置的比能量指标要求不强，而用电大户和军用蓄电还会要求储能装置的比能量达到一定的程度。对于化学电源，工作温度也是必须考虑的，低温(如-40℃)环境以Cd/Ni电池和超级电容器最合适，高温下(如60℃)以Zn/Ni电池、MH/Ni电池和超级电容器较好，全钒液流电池的温度范围以5~40℃为好。作为商业运行，在选择储能技术时，还必须切实考虑经济效益。当前，大规模蓄电装置发展迅速，应对蓄电装置的经济效益有一个客观的判据。

　　据此，对各种储能装置定性地以“5分制”打分，得如下的排序：得5分的有抽水蓄能，得4分的有液流电池，得3分的有锂离子电池和钠硫电池，得2分的有铅酸电池和超级电容器。上述3个因子是在不断变化、发展的，如锂离子电池的价格不断下降，全寿命的循环次数在上升。这就是上述排序中，锂离子电池的排序先于铅酸电池的原因。

　　依据文献数据，对不同的化学电源以此进行评估，得到的数据见表1。

　　从表1可知，大部分的化学电源不能在储能中取得收益，长寿命铅酸电池、超级电容器和全钒液流电池等循环寿命长的装置最终可能获得经济收益，因此，循环寿命和成本是化学电源是否能够在储能中获得经济利益的关键因素。

　　由YCC关系式可得到明确的启示：必须提高化学蓄电装置的循环寿命和降低成本，才能适应规模储能需求的发展。当然，拉开昼夜电价也是必须的。

　　电池技术的进步和电池相关材料的价格波动，都会影响储能用电池的基本性能，从而影响规模储能装置的经济效益指数。储能电池因规模巨大，大量生产后，原材料价格可能会大幅度变化。材料来源丰富的电池体系，可能具有更强的竞争优势。

　　YCC关系式将有助于储能装置选择和储能技术研究，从而能够推动可再生能源及电网蓄电的健康、有序发展。