[論文レビュー] Levelized Cost of Energy for PV and Grid Scale Energy Storage Systems

Chun Sing Lai, Malcolm McCulloch|arXiv (Cornell University)|Sep 20, 2016

Energy and Environment Impacts参考文献 11被引用数 48

ひとこと要約

本稿では、特に太陽光発電（PV）および蓄電池ハイブリッド向けに、グリッドスケールのエネルギー貯蔵システムのレベル・コスト・オブ・エネルギー（LCOE）を正確に評価するための新しい指標、レベル・コスト・オブ・デリバリー（LCOD）を提案する。アフリカの実際の日射量および負荷データを用いて、LCODが蓄電池固有のダイナミクスを考慮することで、従来のLCOEよりもより正確なコスト評価を可能にすることを示している。その結果、VRBおよびリチウムイオン系のシステムは、異なる割引率の下で異なるコスト特性を示すことが明らかになった。

ABSTRACT

With the increasing penetration of renewable energy sources and energy storage devices in the power system, it is important to evaluate the cost of the system by using Levelized Cost of Energy (LCOE). In this paper a new metric, Levelized Cost of Delivery (LCOD) is proposed to calculate the LCOE for the energy storage. The recent definitions in LCOE for renewable energy system has been reviewed. From fundamental principles, it is demonstrated that there is a need to introduce a new method to evaluate LCOE of the system as the conventional LCOE is not applicable for renewable energy storage systems. Three years of solar irradiance data in Africa collected from Johannesburg and the national load data from Kenya are obtained for case studies. The proposed cost calculation methods are evaluated for two types of storage technologies (Vanadium Redox Battery (VRB) and Lithium-ion) with real-life data. It shows that the marginal LCOE and LCOD indices can be used to assist policymakers to consider the discount rate and the type of storage technology for a cost effective renewable storage energy system.

研究の動機と目的

• 従来のLCOEがグリッドスケールのエネルギー貯蔵システムの評価において抱える限界を是正すること。
• エネルギー貯蔵システムに特化した新しい指標、レベル・コスト・オブ・デリバリー（LCOD）を提唱すること。
• 実際の太陽光および負荷データを用いて、バナジウムルイド・フロー・バッテリー（VRB）およびリチウムイオン貯蔵技術の費用対効果を評価すること。
• 政策立案者によるコスト効率の良い再生可能エネルギー統合のための最適な貯蔵技術および割引率の選定を支援すること。

提案手法

• 本稿では、基本的なエネルギーシステムの原則からLCODを導出し、従来のLCOEとは明確に区別する。
• 3年間のヨハネスブルグの日射量データを用いて、VRBおよびリチウムイオンの2つの貯蔵技術にLCODを適用する。
• ケニアの国家的負荷データを用いて、現実のグリッド需要パターンをモデル化する。
• 時間的に変化する太陽光発電および負荷プロファイルを組み込むことで、システムの性能とコスト配分をシミュレートする。
• 資本コスト、劣化、往復効率、およびシステムの耐用年数を分析に組み込む。
• 割引率を変化させることで、LCODに与える影響を評価し、政策意思決定のための感度分析を可能にする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 グリッドスケールのエネルギー貯蔵システムに従来のLCOE指標を適用した場合、どのような点で失敗するのか？
• RQ2 LCODという新しい指標を導入する理論的および実務的根拠は何か？
• RQ3 アフリカの実際の太陽光および負荷条件下で、VRBおよびリチウムイオン貯蔵システムのLCOD値はどのように比較されるか？
• RQ4 割引率の選択が、異なる貯蔵技術のLCODにどのように影響を与えるか？
• RQ5 LCODは、コスト効率の良いエネルギー貯蔵ソリューションの選定に関して、政策立案者にどのようなインサイトを提供するか？

主な発見

• 従来のLCOE指標は、充放電サイクルや貯蔵固有の劣化を考慮できないため、エネルギー貯蔵システムには不適切であることが判明した。
• 提唱されたLCOD指標は、貯蔵システムからのエネルギー供給コストをより正確かつ体系的に評価する方法を提供する。
• 同じ条件下で、リチウムイオン貯蔵システムはVRBよりも低いLCODを示すことが明らかになった。特に、高い割引率の下では顕著であった。
• 両技術のLCODは割引率に極めて敏感であり、高い割合の割引率は長時間貯蔵のコストを著しく増加させる。
• 本研究では、LCODが再生可能エネルギー統合のための技術選定および財務計画において、より的確な意思決定を可能にすることを示している。