[論文レビュー] Levelized Cost of Energy Calculation for Energy Storage Systems

Hossein Lotfi, Alireza Majzoobi+3 more|arXiv (Cornell University)|Oct 24, 2016

Hybrid Renewable Energy Systems参考文献 2被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、ライフサイクルコスト、容量、効率、市場価格の変動を考慮した、エネルギー貯蔵システムのレベル化エネルギー原価（LCOE）を計算する包括的な手法を提案する。この手法は、異なる貯蔵技術の比較を可能にする標準化された経済的評価フレームワークを提供し、容量、電力価格、往復効率といった主要パラメータへの感受性を示す。

ABSTRACT

The levelized cost of energy (LCOE) presents the energy-normalized cost of a generation asset by considering all associated costs (investment and operation) and total generated energy over its life cycle. As LCOE is a levelized value, it provides a quick and easy measure to compare different energy resource technologies with different characteristics. The LCOE calculation for large-scale power plants and distributed generations (DGs) is extensively studied and can be found in the literature. The discussions on the LCOE calculation for energy storage systems, however, is limited. Although still relatively expensive compared to generation technologies, energy storage is gaining significant attention and has been deployed extensively during the past few years, conceivably due to its many benefits such as load shifting, energy arbitrage, and renewable coordination. Therefore, LCOE calculation of energy storage systems plays an important role in economic evaluation of power systems. This paper proposes a method for calculating the LCOE of energy storage, and further provides the sensitivity analysis with respect to changes in capacity, electricity market prices, and efficiency.

研究の動機と目的

• エネルギー貯蔵システムに特化した標準化されたLCOE計算手法の開発。これは、導入が増加しているにもかかわらず、既に確立されたフレームワークが欠如しているためである。
• 電力系統における経済的評価のギャップを埋めるために、多様なエネルギー貯蔵技術間のコスト比較を可能にする。
• 容量、電力市場価格、効率といった主要変数が、貯蔵システムのLCOEに与える影響を定量化する。
• 貯蔵資産のライフサイクルベースのコスト指標としてのレベル化を提供することで、電力系統計画における意思決定を支援する。

提案手法

• LCOEは、システムの寿命期間中に供給された総エネルギー量で割った、総ライフサイクルコストである。
• 総ライフサイクルコストには、資本投資、運用保守（O&M）コスト、リプレースメントコストが含まれ、これらは現在価値に割り引かれる。
• 供給エネルギーは、システムの定格容量、往復効率、および年間の充放電サイクルに基づいて計算される。
• 本手法は、エネルギーアービタージュの機会を反映する収益収支モデルを用いて、時間変動する電力市場価格を組み込む。
• 感受性分析は、容量、電力価格、効率を変動させることで、LCOEに与える影響を評価する。
• 実際の運用および市場パラメータを用いて、CIGRE「グリッド・オブ・ザ・フューチャー」シンポジウムの事例研究を用いて手法の妥当性を検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ライフサイクルコストとエネルギー出力の両方を考慮した、エネルギー貯蔵システムのLCOEの計算方法は何か？
• RQ2 貯蔵容量がLCOEに与える影響は何か？
• RQ3 電力市場価格の変動が、エネルギー貯蔵システムのLCOEに与える影響は何か？
• RQ4 往復効率が、LCOEで測定されるエネルギー貯蔵の経済的パフォーマンスに与える影響は何か？
• RQ5 レベル化コストフレームワークで評価した場合、エネルギー貯蔵システムにおける主なコスト駆動要因は何か？

主な発見

• エネルギー貯蔵システムのLCOEは、往復効率に極めて感受性が高く、効率が10%低下するとLCOEが顕著に上昇する。
• 高い貯蔵容量は、規模の経済効果によりLCOEを低減するが、大容量ではその効果が薄れる。
• 電力市場価格のボラティリティが上昇するにつれLCOEが上昇し、アービタージュの機会が予測不能になるためである。
• 本手法により、総エネルギー供給量でコストを正規化することで、異なる貯蔵技術間での一貫した経済的比較が可能になる。
• 感受性分析から、O&Mコストおよびリプレースメントコストは、特に長時間貯蔵システムにおいて、総ライフサイクルコストの主要因であることが明らかになった。
• 提案されたLCOEフレームワークは、市場および技術的条件の変化を考慮した場合の貯蔵の経済的実現可能性を定量化することで、投資および計画意思決定を支援する。