3、为最近和未来的部署做好准备：估值、成本和收益  

美国近年来储能部署是基于提供一种经济高效的替代化石燃料发电设施的方案或为各种发电设施提供补充，这些发电设施目前提供维持电网可靠运营所需的电力。调查报告所提出的四个阶段框架将电网服务与提供这些服务所需的持续放电时间联系起来。这四个阶段反映了储能系统在各阶段不断发展的价值主张和成本结构，首先是短时储能系统提供的高价值服务，然后是逐步提供需要更长持续放电时间的电力服务。  

而评估新的储能系统的成本效益，都要将其与所替代的化石燃料发电设施进行比较，需要估计储能项目在其生命周期内的成本和效益（或收入），并比较相关的经济效益或投资选择。以下将讨论成本和收益的示例，以说明四个阶段框架的含义。  

3.1、储能系统的成本  

传统发电设施的成本通常包括初始固定投资成本、持续固定运营成本和各种可变成本，其中包括燃料和维护成本。  

与传统发电设施的投资相比，储能系统主要的区别在于有两个组成部分：功率（装机容量）和能量（储能容量）。由于电能几乎总是以另一种形式存储（例如，水的势能、化学能或动能），因此需要电力转换设备将这些能量转换为另一种形式，然后使用水泵、电力电子设备或其他技术再次转换。这一过程代表了储能设备的功率组件和相关成本。  

储能系统的能量与储能介质（如水、电解质或机械能）和容纳介质的容器有关。图2展示了几种不同储能技术的这些组件（以简化的方式），其中与功率相关的组件显示为红色，与能量有关组件显示为黄色。对于某些储能技术（例如液流电池）来说有一个相当明显的区别，其中功率组件主要是一套独立的设备，而能量组件则由储存罐或储能介质（氢气或电解质）组成。对于电池来说（例如锂离子电池），电池模块的设计和结构会影响其功率和能量。

图2 各种储能系统的功率与能量组件（与功率相关的组件用红色标注，与能量相关的组件用黄色标注）

由于储能系统既有功率元件又有能量元件，因此对于大多数储能技术来说，其成本随着时间的推移而不断增加。图3的成本估算说明了三种不同的储能技术的持续放电时间与成本之间的关系。

（a）总投资成本

（b） 增量资本成本

图3根据2020年成本估算得出的储能系统的投资成本与持续放电时间之间的简化关系

图3（a）显示了三种不同储能技术的总投资成本（以美元/kW为单位），这是衡量储能系统成本的标准。在图3（b）中，随着持续放电时间的增长，其储能成本以假定为常数的速率增加，等于持续放电时间（美元/kWh）的成本乘以增加的小时数。图3（b）从持续放电时间的第一个小时开始，然后每增加一个小时就会增加与能量相关的成本。

以下使用这三种储能技术来说明能源和功率相关成本之间的重要区别。例如，锂离子电池具有相对较低的功率相关成本，但具有较高的能量成本，这将作为持续时间函数的投资成本的最高增长率。抽水蓄能设施是一种与功率相关的成本较高但能源相关成本较低的储能技术。这也意味着抽水蓄能发电设施的增量成本通常随着持续放电时间的变化而下降（这将在图3b中产生一个向下的斜率，而不是图中所示的恒定增量值）；抽水蓄能发电设施的成本增长实际上并不是线性的，如图3（a）所示。因此采用虚线来表示其成本假设的不确定性，尤其是抽水蓄能发电设施的持续放电时间通常为8小时或以上。最后，还考虑了与能源相关的成本最高的氢储能部署情况。

图3被简化并用于演示储能系统的持续时间和投资成本之间的基本关系。这种关系将极大地影响用于不同应用的储能技术的总体经济性能；因此，了解持续放电时间对总体储能价值的影响至关重要。

图3只包括初始投资成本。而储能技术的生命周期成本还包括其他几个重要组成部分，这些组成部分因于储能技术而有所不同。生命周期较短的储能系统需要更频繁地更换或升级关键部件，其运行和维护成本也会因技术不同而有所不同，而充放电的往返效率会影响提供不同服务所需的充电成本。如第3.3节所述，在评估总体经济效益时应该考虑这些因素。

3.2、储能效益和价值

储能系统可以提供一系列服务，这些服务在很大程度上可以由四个通用类（表1）来表示，它们占到运行大容量电力系统成本的95%以上。

表1储能系统为电力系统提供服务的四大类别

需要注意的是，表1没有明确列出具体的应用，如“可再生固定容量”或“能量时移”。

同样，表1还包括了一些可以由用户侧储能系统提供的应用。例如，能量转移/调度效率的价值通过需求费用和使用时间费率反映在电价中。但是，该表不包括由分布式能源或用户侧储能系统提供的一些附加值，其中包括避免的电网升级以及提高电网可靠性和弹性。在这里主要关注的是公用事业规模的储能系统；储能未来研究项目还分析了潜在价值、成本和用户侧储能系统潜在采用的情况。

3.3、储能系统的经济性能指标

通常用于发电设施最简单的经济性能指标是平准化能源成本（LCOE）。它可以衡量发电设施产生能源的交付成本，其中包括固定成本和可变成本，还包括融资、预期寿命和预期年度发电量的影响。储能系统采用的一个类似的指标是平准化储能成本（LCOS）。它包括储能系统生命周期间的所有固定和可变成本组成部分，其中包括充电量和充放电往返效率的影响。平准化能源成本（LCOE）和平准化储能成本（LCOS）可以作为独立性能指标，但最明显的是，它们没有提供潜在提供的能源或其他服务价值的指示。在比较提供不同服务的储能技术（例如只提供运行备用的短时储能系统）和长时储能技术（例如提供多种服务的抽水蓄能设施，其服务包括固定容量、能量时移和运营储备）时，这一方面将面临难题。

为了恰当地评估储能系统的经济竞争力，必须考虑成本和效益的指标。实际使用的指标取决于储能系统所有者或经营者（可能并不是同一实体）。垂直整合的公用事业公司和其他受监管的实体通常采用成本最低的规划方法（有时被称为整合资源规划）。这种方法在考虑可靠性和各种政策约束的情况下，比较长期运营（有时长达几十年）内的各种储能系统，得出最低成本组合。虽然最终性能指标是以成本（例如净现值成本，甚至整个系统的平准化能源成本）表示的，但整个系统提供的各种服务的价值都包含在这一成本中。

独立发电商可能采用的另一种方法是评估独立部署储能系统的经济效益，然后将其生命周期内的成本与预期收入进行比较，以确定这是否会产生令人满意的回报率或其他经济性能指标。这种方法更容易计算，本文将使用几个例子来说明电池储能系统在几种应用中具有的成本竞争力。

无论是以最低成本组合还是作为独立投资组合来评估储能系统的经济竞争力，都需要一个额外的分析要素：确定最佳的持续放电时间。而这种分析是储能系统独有的，它将储能系统的持续放电时间增量的成本与收益进行比较，从而确保储能系统的价值随着持续放电时间的增长而超过所增加的成本。这种持续放电时间的评估推动了储能市场的发展，在下面的章节中，将使用四个阶段的框架来研究储能系统的持续放电时间、价值和应用之间的关系。

3.4、竞争灵活性技术和方法

本报告侧重于储能部署的经济驱动因素。例如采用储能系统提供调峰容量可以替换传统的天然气发电设施。然而，储能系统提供的灵活性和价值也可以由其他技术提供，其中包括需求响应等其他灵活的电力来源。本文提出的框架可应用于提供电网灵活性的其他方法，并可展示竞争力或储能整体市场潜力的变化。

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