电动汽车闲置后充电电池移动储能的经济测算研究

怀文明 段百齐

（中国电能成套设备有限公司）

0 引言

充电电池移动储能是一种新型的能源储存技术，这种技术的优点可以将电能储存起来后，随时运输到需要用电的地方，无需在现场进行能源储存［1，2］，减少了储能设备的占地面积和建设成本［3］。移动储能技术有望在未来成为解决能源储存和输送问题的重要手段，特别是在新能源发电和电动汽车普及的情况下，移动储能技术可以帮助实现能源的高效利用和分布式供应［4］。

由于该技术发展时间较短，且充电电池移动储能的投资和运营成本较高，需要进行经济性评估，以确定其是否具有商业化运营的可行性［5］。同时，还可以分析其在不同应用场景下的经济效益。因此，对充电电池移动储能技术的经济性研究具有重要意义［6］。

目前，已有较多学者研究电池储能经济性，例如孙舟等［7］，研究电池储能系统的经济性，该方法分析了梯次利用的电池储能在应用后的经济效益，但该方法在研究过程中并未考虑电池的使用寿命变化，导致经济性分析内容不够完善；例如赵伟等［8］，研究经济性最优的电池储能系统容量配置方法，该方法对储能配置进行了优化，但该方法在经济性分析时并未充分考虑电池维护成本，导致其经济效益计算结果存在偏差。

电动汽车充电电池的剩余容量较低时，即需要进行更换处理，但更换后该电池仍然具有充放电能力，因此可将其应用至其他储能场景中［9，10］。为此，本文研究电动汽车闲置后充电电池移动储能的经济测算方法，实现闲置后充电电池在各场景下的经济性测算。

1 充电电池移动储能的经济测算方法研究

1.1 电动汽车充电电池全生命周期价值分析

为研究电动汽车闲置后充电电池移动储能经济效益，本文分析电动汽车充电电池生命周期的每一阶段价值变化，如图1所示。

图1 电动汽车充电电池生命周期分析

当电动汽车充电电池退役后，可再次应用至储能场景中［11，12］。由于美国先进电池联盟标准允许废旧电池多级使用，因此本文在研究充电电池移动储能的经济效益时，不考虑储能场景对电池的安全性影响，分析充电电池在不同储能场景下的多层次应用。为获取充电电池移动储能的经济效益，本文构建充电电池储能经济测算模型，在该模型中计算充电电池移动储能的运行收益与成本，获取电池储能后的经济情况。

1.2 充电电池储能经济测算模型

本文考虑电动汽车闲置后充电电池应用在不同市场场景下的收益情况与资金成本、运维成本等因素，构建充电电池储能经济测算模型，分析该电池移动储能的年净收益，如公式（1）所示：

公式（1）中，Fi为第i个场景下电池储能的净收益；在第i个场景中，储能运行收益为Bope，i，C0，i为资金成本；Com，i为运维成本；CLCOS，i表示平准化储能成本；o表示年利率；mi表示第i个场景下电池全生命周期。通过该模型的计算，可以获取电池移动储能在不同场景下的经济效益。

1.2.1 充电电池移动储能运行收益测算

当电动汽车闲置后充电电池可应用至市场不同场景［13］，为此，本文充分考虑充电电池在各市场移动储能时的收益，测算储能运行收益，如公式（2）所示：

公式（1）中，在电池生命周期下，其移动储能进入能源套利市场、配电系统运营商市场以及备用辅助服务市场的收益依次为Rar、Ras、Rcc；削减需量电费产生的收益为Rcap；补贴效益为Rsub。

储能系统可在电价低时充电，在电价高时放电实现盈利［14，15］。划分一天为24个时段，并设电池储能在能源套利市场一天内的使用时间为Tar，则在该场景下，电池储能的运行收益可通过公式（3）计算：

公式（3）中，在时间t状态下，电池移动储能的充电、放电功率分别为Pdis，t、Pcha，t；储能的充电、放电状态变量分别为Udis，t、Ucha，t；储能充放电容量在该市场的比例为rar，t；Par，t为电池移动储能的调节功率；一年内可进行储能的数为D；ir表示贴现率；dr表示通货膨胀率。

假设电池移动储能在备用辅助服务市场一天内的应用时间为Tas，则在该市场场景下，电池移动储能运行收益如公式（4）所示：

公式（4）中，在时间t状态下，应用在该市场上的电池移动储能充放电容量为ras，t。

在配电系统运营商市场上，假设在该市场下储能的应用时间为Tcc，此时电池移动储能的运行收益为：

公式（5）中，rcc，t表示t时间段内，在该市场应用移动储能的充放电容量，CCl，t表示t时间段的储能功率的容量，Pc，t表示t时间段储能设备的功率。

目前充电电池储能补贴收益主要为充放电量补贴，可通过如下方式，计算储能补贴收益：

公式（6）中，储能补贴年份为x，受补贴总年限为X；政府额外补贴电价为psub。

与此同时，对储能用户进行配置，还可以降低需量电费，具体可通过公式（7）计算削减需量电费：

公式（7）中，单位需量电费下降产生的收益为Rrate。通过上述方式的计算，即可获取电动汽车闲置后充电电池移动储能带来的运行效益。

1.2.2 充电电池移动储能成本分析

当完成电池移动储能收益计算后，本文计算其运行成本，保障储能经济测算范围更加全面。电池移动储能成本主要有以下几种，分别为资金成本、运维成本以及平均化储能成本，具体计算方式如下。

（1）资金成本测算

资金成本是指整个储能系统运行时产生的费用，其中主要包含电动汽车充电电池、电源转换系统以及平衡系统成本，可通过公式（8）计算该成本：

公式（8）中，充电电池成本为Cbat；平衡系统成本为Cpcs；电源转换系统成本为Cbos。这些成本组成了充电电池移动储能运行资金成本。

（2）运维成本测算

充电电池移动储能的运维成本包含设备监测费用、部件清理更换费用等。设储能年度运维成本为Com，可通过公式（9）计算该成本：

公式（9）中，Cfom表示固定运维成本；Cvom为可变动运维成本。

（3）平准化储能成本测算

通过如下形式计算充电电池的平准化储能成本：

公式（10）中，第n年的运维成本、充电成本、报废成本以及贴现率分别为Com，n、Cch，n、Ceol、rn；则表示在电池储能的能量吞吐量Etotal。在该公式计算时，并未考虑充电成本变动，因此，考虑不同价格机制带来的影响，通过公式（11）计算平准化储能成本：

2 实验分析

将本文方法应用至能源套利市场与辅助服务市场场景中，其中，场景1为能源套利市场使用闲置后的铅酸电池，场景2为辅助服务市场使用闲置后的锂电池，测算两个场景下充电电池移动储能的经济性情况。同时，提供储能系统在购电时的电价情况，见表1。

表1 不同电压等级的电价分析

本文研究的充电电池移动储能系统在购电时，按照大工业用户直购电价购入，即按照110kV的低谷与平段电价购电。

分析两个场景中，在不同电池充电循环次数下，场景的净收益情况，分析结果如图2所示。

图2 净收益分析

根据图2可知，经过本文方法的测算，可以看出，随着电池充电循环次数的增加，储能的净收益呈上升状态，当充电循环次数达到3000次左右时，两场景下的电池储能收益开始保持平稳状态，而当充电循环次数达到7000次时，储能净收益开始出现下降，而当充电循环次数处于9000次时，两场景的储能净收益已下降至0元；其中，场景1的储能净收益要略高于场景2，经过本文方法的测算，可直观看出不同场景下电池充电循环过程中的净收益变化。

测算场景1情况下，充电电池移动储能的经济性，并对比实际经济效益情况，分析结果见表2。

表2 场景1经济性分析

根据表2可知，经过本文方法的测算，可有效获取电池储能在场景1下的各种经济性指标，在测算过程中，大部分指标测算结果与实际结果完全一致，仅有部分指标存在微小误差，并不影响后续使用，为此，本文方法具有精准的经济测算能力。

分析在场景2时，每种充放电方式下的储能经济效益情况，分析结果见表3。

根据表3分析可知，在本文方法的测算下，可有效获知该场景不同充电方式产生的经济效益，且测算结果较为准确，通过表3可以看出，在谷段充电＋平段放电状态下，静态投资回收期时间更短，但首日储能收益更高，经过本文方法可实现储能经济效益的合理测算。

测算场景1与场景2在不同电池充电循环次数下，所需的运行维护成本情况，测算结果如图3所示。

图3 运行维护成本分析

根据图3可知，随着电池充电循环次数的上升，电池储能的运行维护成本也会随之上升，经本文方法的测算可以看出，场景1的运行维护成本相对较高，当电池循环次数达到9000次时，该场景需要的储能运行维护成本达到0.9万元左右，无法保证在该场景下的经济收益。而场景2在该循环次数下同样保持较高的运行维护成本，说明在电池充电循环次数较多时，储能的经济效益会有所下降，由此可见，本文方法具有较高水平的经济测算效果。

3 结束语

本文研究电动汽车闲置后充电电池移动储能的经济测算方法，构建储能经济测算模型，分析电池储能时产生的成本与效益，获取闲置后的充电电池储能在不同场景下的经济效益。在未来研究阶段，可以将现有研究成果为基础，不断引入更多的经济指标，全面掌握电池储能的经济发展情况，保障退役电动车充电电池能够得到合理利用。