勢(shì)銀發(fā)布《氫儲(chǔ)能成本競(jìng)爭(zhēng)力分析》:氫儲(chǔ)能發(fā)電何時(shí)何場(chǎng)景將具備成本競(jìng)爭(zhēng)力?

2022-10-03 00:00

在“雙碳”目標(biāo)的推進(jìn)下,我國(guó)可再生能源裝機(jī)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大。未來(lái)電力系統(tǒng)能否在高比例波動(dòng)可再生能源的情況下靈活運(yùn)行,對(duì)于確?,F(xiàn)代電力系統(tǒng)的安全性至關(guān)重要。

勢(shì)銀(TrendBank)分析認(rèn)為,間歇性可再生能源發(fā)電量占比超過(guò)50%時(shí)將需要季節(jié)性?xún)?chǔ)能技術(shù)。其中,氫儲(chǔ)能因眾多****的優(yōu)勢(shì)而受到廣泛關(guān)注。然而,氫儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)目前的成本結(jié)構(gòu)、平準(zhǔn)化度電成本、未來(lái)降本空間、與鋰電池儲(chǔ)能相比的成本競(jìng)爭(zhēng)力等諸多影響其未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)的經(jīng)濟(jì)性因素尚未清晰。

本篇報(bào)告將就以上問(wèn)題展開(kāi)分析研究,通過(guò)氫儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)成本競(jìng)爭(zhēng)力的分析,報(bào)告將得出氫儲(chǔ)能的成本現(xiàn)狀、適用場(chǎng)景,以及有助于提高經(jīng)濟(jì)性的相關(guān)建議。

報(bào)告要點(diǎn):


  • 目前氫儲(chǔ)能(使用PEM電解槽)的平準(zhǔn)化度電成本高達(dá)8.42元/kWh,相較鋰電池的0.77元/kWh無(wú)成本競(jìng)爭(zhēng)力;


  • 較高的設(shè)備成本、較高的運(yùn)維費(fèi)用、較低的能量轉(zhuǎn)換效率是導(dǎo)致目前氫儲(chǔ)能LCOS較高的主要原因;氫儲(chǔ)能LCOS未來(lái)有較大降本空間,2030年有望降至1元/kWh以下;


  • 勢(shì)銀(TrendBank)預(yù)測(cè),2030年,儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)大于9小時(shí)時(shí),氫儲(chǔ)能相較鋰電池儲(chǔ)能將展現(xiàn)出LCOS競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì);


  • 氫儲(chǔ)能LCOS對(duì)能量轉(zhuǎn)換效率及調(diào)峰利用小時(shí)數(shù)最為敏感,前者有賴(lài)于技術(shù)突破,后者也可看作電站使用率;


  • 目前提高氫儲(chǔ)能電站運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的手段主要包括:優(yōu)先選址風(fēng)光資源較豐富、綠電電價(jià)較低的地區(qū);設(shè)備優(yōu)化配置;氫、氧、熱高效利用等。

一、目前氫儲(chǔ)能(使用PEM電解槽)LCOS高達(dá)8.42元/kWh,2030年有望降至1元/kWh以下

本篇報(bào)告中,勢(shì)銀(TrendBank)選擇PEM電解槽、儲(chǔ)氫瓶氣態(tài)儲(chǔ)氫以及PEM燃料電池作為氫儲(chǔ)能系統(tǒng)構(gòu)建的基礎(chǔ),并基于全生命周期建模的儲(chǔ)能平準(zhǔn)化度電成本(LCOS)來(lái)分析氫儲(chǔ)能的成本競(jìng)爭(zhēng)力。

圖1 氫儲(chǔ)能平準(zhǔn)化度電成本模型

圖片

圖片來(lái)源:《氫儲(chǔ)能成本競(jìng)爭(zhēng)力分析》

結(jié)果顯示,1MW/5MWh氫儲(chǔ)能電站的平準(zhǔn)化度電成本高達(dá)8.42元/kWh(功率成本、容量成本、運(yùn)維成本、替換成本、替換周期、折現(xiàn)率、儲(chǔ)能效率、調(diào)峰利用小時(shí)數(shù)等關(guān)鍵參數(shù)詳見(jiàn)報(bào)告),遠(yuǎn)高于鋰電池儲(chǔ)能的0.77元/kWh。

究其原因,目前PEM電解槽以及發(fā)電用PEM燃料電池尚未規(guī)?;a(chǎn),單位造價(jià)較高;且由于技術(shù)尚未成熟,目前相關(guān)設(shè)備的維護(hù)費(fèi)用也較高;此外,較低的能量轉(zhuǎn)換效率、設(shè)備配置不合理等因素進(jìn)一步推高了氫儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)的平準(zhǔn)化度電成本。

勢(shì)銀(TrendBank)根據(jù)關(guān)鍵設(shè)備的降本空間、能量轉(zhuǎn)換效率的上升空間等一系列假設(shè)預(yù)測(cè)2030年氫儲(chǔ)能LCOS有望降至1元/kWh以下。

二、儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)對(duì)氫儲(chǔ)能LCOS的影響不顯著
儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)對(duì)LCOS的影響主要體現(xiàn)在容量成本的變化上。
容量成本是儲(chǔ)能系統(tǒng)中與儲(chǔ)能容量相關(guān)的設(shè)備和施工的成本,如氫儲(chǔ)能中的壓縮機(jī)、儲(chǔ)氫裝置的設(shè)備費(fèi)用和相應(yīng)的施工費(fèi)用;功率成本是儲(chǔ)能系統(tǒng)中與功率相關(guān)的設(shè)備和施工的成本,如氫儲(chǔ)能系統(tǒng)中的電解槽、燃料電池等設(shè)備和相應(yīng)的施工費(fèi)用。
據(jù)勢(shì)銀(TrendBank)測(cè)算,氫儲(chǔ)能單位容量成本約為鋰電池儲(chǔ)能的1/3;5小時(shí)儲(chǔ)能的氫儲(chǔ)能系統(tǒng)的容量成本占全系統(tǒng)總成本的比例遠(yuǎn)小于10%;對(duì)比來(lái)看,相同儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)下,鋰電池儲(chǔ)能系統(tǒng)中與儲(chǔ)能容量相關(guān)的電池成本占比較高,約為88%左右。
由此可見(jiàn),隨著儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)的增加,氫儲(chǔ)能系統(tǒng)單位投資成本的增量(僅增加儲(chǔ)氫裝置成本)將遠(yuǎn)小于鋰電池(增加電池組)。
相應(yīng)地,儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)對(duì)氫儲(chǔ)能LCOS的影響不顯著,相關(guān)測(cè)算如下圖所示。

圖2 2030年100MW氫儲(chǔ)能電站50小時(shí)以上儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)下LCOS

圖片

圖片來(lái)源:《氫儲(chǔ)能成本競(jìng)爭(zhēng)力分析》

據(jù)勢(shì)銀(TrendBank)測(cè)算,儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)增加5倍,氫儲(chǔ)能LCOS僅增加一倍不到。

三、氫儲(chǔ)能整體能量轉(zhuǎn)換效率提高10%, LCOS將降低11%

本報(bào)告基于2030年100MW/20小時(shí)儲(chǔ)能的氫儲(chǔ)能電站,以能量轉(zhuǎn)換效率、調(diào)峰利用小時(shí)數(shù)、單位功率成本、單位電價(jià)、單位容量成本等關(guān)鍵參數(shù)對(duì)LCOS進(jìn)行敏感性分析。分析結(jié)果顯示,氫儲(chǔ)能LCOS對(duì)能量轉(zhuǎn)換效率及調(diào)峰利用小時(shí)數(shù)最為敏感。

圖3 2030年氫儲(chǔ)能平準(zhǔn)化度電成本敏感性分析(100MW/20小時(shí)儲(chǔ)能)圖片

圖片來(lái)源:《氫儲(chǔ)能成本競(jìng)爭(zhēng)力分析》

如上圖所示,中部的綠色坐標(biāo)軸表示空白對(duì)照組的平準(zhǔn)化度電成本(0.92元/kWh);柱形圖表示各個(gè)影響因子增加或減少10%比例后, 100MW/20小時(shí)儲(chǔ)能的氫儲(chǔ)能平準(zhǔn)化度電成本的變化幅度。當(dāng)“電-氫-電”綜合能量轉(zhuǎn)換效率在51%的基礎(chǔ)上減少10%,氫儲(chǔ)能平準(zhǔn)化度電成本相比對(duì)照組將提升至1.02元/kWh,增幅達(dá)11%;相應(yīng)地,氫儲(chǔ)能LCOS對(duì)10%調(diào)峰利用小時(shí)數(shù)變動(dòng)的敏感性為9%。

四、設(shè)備配置優(yōu)化可降低氫儲(chǔ)能LCOS
據(jù)勢(shì)銀(TrendBank)測(cè)算,若1MW制氫配1.2MW發(fā)電,分別按照70%和40%的效率計(jì)算,則一天8小時(shí)的制氫量只夠燃料電池發(fā)電1.56小時(shí)。
如果燃料電池一天24小時(shí)發(fā)電,則1MW制氫只需要配置80kW的燃料電池,可大幅降低初始投資及后續(xù)運(yùn)維成本。
圖4 氫儲(chǔ)能設(shè)備配置優(yōu)化分析

圖片

圖片來(lái)源:《氫儲(chǔ)能成本競(jìng)爭(zhēng)力分析》

勢(shì)銀(TrendBank)認(rèn)為,制氫裝置和發(fā)電裝置的功率大小應(yīng)按照實(shí)際制氫小時(shí)數(shù)和發(fā)電小時(shí)數(shù)進(jìn)行優(yōu)化配置;若配置不合理,或?qū)⒊霈F(xiàn)電解槽的制氫量不夠燃料電池發(fā)電的情況,將大大影響整站的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。


以上內(nèi)容均摘自勢(shì)銀發(fā)布的研究報(bào)告《氫儲(chǔ)能成本競(jìng)爭(zhēng)力分析》。


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