[论文解读] 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 4

一句话总结

本文提出了一种全面的能源存储系统平准化能源成本（LCOE）计算方法，综合考虑了全生命周期成本、容量、效率以及市场价格波动。该方法提供了一个标准化的经济评估框架，可用于比较不同储能技术，并展示了对关键参数（如容量、电价和充放电效率）的敏感性。

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.

研究动机与目标

• 开发一种专为储能系统设计的标准化LCOE计算方法，尽管部署规模不断扩大，但此类系统尚缺乏既定的评估框架。
• 通过实现不同储能技术之间的成本比较，弥合电力系统中经济评估的空白。
• 量化关键变量（如容量、电力市场价格和效率）对储能系统LCOE的影响。
• 通过提供基于全生命周期的平准化成本指标，支持电力系统规划中的决策制定。

提出的方法

• LCOE计算为全生命周期总成本除以系统寿命期内的总发电量。
• 全生命周期总成本包括资本投资、运行与维护（O&M）成本以及更换成本，并折算为现值。
• 发电量基于系统的额定容量、充放电效率以及年充电-放电循环次数计算。
• 该方法通过收入流模型引入随时间变化的电力市场价格，以反映能量套利机会。
• 通过改变容量、电价和效率等参数进行敏感性分析，以评估其对LCOE的影响。
• 采用CIGRE未来电网研讨会的案例研究对方法进行验证，使用了现实的运行和市场参数。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何在考虑全生命周期成本和能量输出的前提下，计算储能系统的LCOE？
• RQ2 储能容量对LCOE值有何影响？
• RQ3 电力市场价格波动如何影响储能系统的LCOE？
• RQ4 充放电效率如何影响以LCOE衡量的储能经济性能？
• RQ5 在平准化成本框架下，储能系统的关键成本驱动因素是什么？

主要发现

• 储能系统的LCOE对充放电效率高度敏感，效率降低10%将导致LCOE显著上升。
• 较高的储能容量通常可降低LCOE，这是由于规模经济效应，但当容量进一步增大时，该效应趋于减弱。
• 随着电力市场价格波动加剧，LCOE上升，因为套利机会的可预测性降低。
• 该方法通过将成本按总发电量标准化，实现了不同储能技术之间的一致经济比较。
• 敏感性分析表明，O&M成本和更换成本是全生命周期成本的重要组成部分，尤其在长时储能系统中更为显著。
• 所提出的LCOE框架通过量化不同市场和技术条件下储能的经济可行性，支持投资与规划决策。