[论文解读] 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 48

一句话总结

本文提出了一种新指标——平准化交付成本（LCOD），以更准确地评估电网规模储能系统（尤其是光伏与储能混合系统）的平准化能源成本（LCOE）。基于非洲地区的实际太阳能辐照度与负荷数据，研究显示LCOD通过考虑储能特有的动态特性，相较于传统LCOE能提供更精确的成本评估，表明在不同贴现率下，液流钒电池（VRB）与锂离子电池系统的成本特征存在显著差异。

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.

研究动机与目标

• 解决传统LCOE在评估电网规模储能系统时的局限性。
• 提出一种专为储能系统设计的新指标——平准化交付成本（LCOD）。
• 利用真实的太阳能与负荷数据，评估液流钒电池（VRB）与锂离子储能技术的成本效益。
• 为政策制定者提供指导，以选择最优的储能技术与贴现率，实现可再生能源的经济高效整合。

提出的方法

• 本文从基本能源系统原理出发推导LCOD，使其与传统LCOE相区别。
• 采用LCOD对两种储能技术——液流钒电池（VRB）与锂离子电池——进行评估，使用约翰内斯堡三年的太阳能辐照度数据。
• 采用肯尼亚的国家负荷数据，以模拟真实电网的负荷需求模式。
• 该方法结合随时间变化的太阳能发电与负荷曲线，以模拟系统性能与成本分摊。
• 分析涵盖资本成本、退化率、充放电效率与系统寿命。
• 通过调整贴现率，评估其对LCOD的影响，从而为政策决策提供敏感性分析。

实验结果

研究问题

• RQ1 当应用于电网规模储能系统时，传统LCOE指标为何失效？
• RQ2 引入新指标LCOD以评估储能系统成本的理论与实践依据是什么？
• RQ3 在非洲真实太阳能与负荷条件下，VRB与锂离子储能系统的LCOD值如何比较？
• RQ4 贴现率的选择如何影响不同储能技术的LCOD？
• RQ5 LCOD为政策制定者在选择经济高效的储能解决方案方面提供了哪些洞见？

主要发现

• 传统LCOE指标对储能系统不适用，因其未能考虑充放电循环与储能特有的退化机制。
• 所提出的LCOD指标为评估储能系统能源交付成本提供了更准确、系统化的方法。
• 在相同条件下，锂离子电池系统的LCOD低于液流钒电池，尤其在高贴现率下更为显著。
• 两种技术的LCOD均对贴现率高度敏感，高贴现率会显著提高长时储能的成本。
• 本研究证明，LCOD可为可再生能源整合中的技术选型与财务规划提供更明智的决策支持。