公用事业规模电池储能成本预测-2023年更新

Wesley Cole和Akash Karmakar 国家可再生能源实验室 技术报告NREL / TP - 6A40 - 853322023年6月 公用事业规模电池存储的成本预测：2023年更新 Wesley Cole和Akash Karmakar 国家可再生能源实验室 建议引文 Cole，Wesley和Akash Karmakar。2023。公用事业规模电池存储的成本预测：2023年更新。Golden，CO：国家可再生能源实验室。NREL / TP - 6A40 - 85332. https: / / www. nrel. gov / docs / fy23osti / 85332. pdf. 技术报告NREL / TP - 6A40 - 853322023年6月 国家可再生能源实验室15013丹佛西公园路Golden, CO 80401 303 - 275 - 3000 • www. nrel. gov 通知 这项工作是由美国可持续能源联盟有限责任公司运营的国家可再生能源实验室撰写的S.能源部(DOE)根据合同编号DE - AC36 -08GO28308。U.提供的资金S.能源部能源效率和可再生能源战略计划，政策和分析办公室办公室。本文表达的视图不一定代表DOE或的视图。美国政府。 该报告可从国家可再生能源实验室（NREL）免费获得，网址为www. nrel.gov / publications。 美国能源部（DOE）1991年后产生的报告和越来越多的1991年之前的文件可通过www. OSTI. gov免费获得。 Dennis Schroeder的封面照片：（顺时针，从左到右）NREL 51934，NREL 45897，NREL 42160，NREL 45891，NREL 48097，NREL46526。 NREL在包含回收内容的纸张上打印。 Acknowledgments 我们感谢ReEDS建模团队对这项工作的投入。我们也感谢Bethay Frew，Vigesh Ramasamy和MattRippe对今年的报告提供反馈。这项工作是由美国可持续能源联盟有限责任公司运营的国家可再生能源实验室撰写的S.能源部(DOE)根据合同编号DE - AC36 - 08GO28308。U.提供的资金S.能源部能源效率和可再生能源战略分析小组办公室。本文中表达的观点不一定代表DOE或U的观点。S.政府。所有的错误和遗漏都是作者的责任。 执行摘要 在这项工作中，我们描述了公用事业规模锂离子电池系统的成本和性能预测的开发，重点是4小时持续时间系统。这些预测是根据对最近出版物的分析得出的，这些出版物包括公用事业规模的存储成本。这一系列出版物表明，随着时间的推移，电池存储的预计成本降低差异很大。图ES - 1显示了从文献（以灰色显示）中收集的预测成本降低套件（在标准化的基础上）以及在这项工作中开发的低，中和高成本预测（以黑色显示）。图ES - 2显示了基于这些预测的4小时电池系统的总体资本成本，存储成本为245美元/千瓦时，326美元/千瓦时和。 2030年为403美元/千瓦时，2050年为159美元/千瓦时、226美元/千瓦时和348美元/千瓦时。还讨论了电池可变运行和维护成本、寿命和效率，并根据调查的出版物选择了推荐值。 目录 1背景技术12方法13结果与讨论44Summary 9参考文献10附录12 数字列表 图ES - 1. 4小时锂离子系统的电池成本预测，相对于2022年iv图ES - 2. 4小时锂离子系统iv的电池成本预测图1. 4小时锂离子系统的电池成本预测，相对于2022年的值4图2. 4小时锂离子系统的电池成本预测5Figure 3. Current battery storage costs from recent studies. 5图4.锂离子系统的电源（左）和能源（右）组件的成本预测。6图5.使用中等成本预测的2、4和6小时电池的成本预测。7图7.本报告中制定的成本预测（实线）与2021年成本预测报告中的值（Cole，Frazier和Augustine 2021）的比较（虚线线) ........................................................................................................................................14图8.本报告中制定的成本预测（实线）与2021年成本预测报告中的值（Cole，Frazier和Augustine 2021）（虚线）的比较，所有值都归一化为当年的“中期”成本预测2020. ...............................................14 表列表 表1.本研究中用于确定电池成本和性能预测的出版物清单2Table 2. values from Figure 1 and Figure 2, which show the normalized and absolute storage costs over time. Storage costsare unovernight capital costs for a complete 4 - hour battery系统................................................................13 1背景 电池存储成本在过去十年中迅速变化。2016年，国家可再生能源实验室（NREL）发布了一套公用事业规模锂离子电池的成本预测（Cole等人。2016)。2016年的这些预测在很大程度上依赖于电动汽车电池的预测，因为公用事业规模的电池预测在超过30分钟的持续时间内基本上不可用。2019年，电池成本预测根据专注于公用事业规模电池系统的出版物（Cole和Frazier 2019）进行了更新，更新于2020年（Cole和Frazier 2020）和2021年（Cole，Frazier和Agstie 2021）。2022年没有发布任何更新。本报告使用2021年、2022年和2023年初发布的数据更新了这些成本预测。 这项工作的预测重点是用于容量扩展模型的公用事业规模的锂离子电池系统。这些预测构成了年度技术基线（NREL 2022）中电池存储的输入。然后将这些预测用于NREL的容量扩展模型中，包括区域能源部署系统（ReEDS）（Ho等人。2021)和资源计划模型(RPM) (Mai等人。2013). 2Methods 在这项工作中开发的成本和性能预测使用基于文献的方法，其中预测通常基于文献中的低值，中值和最高值。表1列出了本工作中提供的出版物。由于价格的快速变化和电池存储的部署预期，只有2022年和2023年发布的出版物用于创建预测。除了表1中的出版物外，我们还包括了电力研究所（EPRI2020）关于运营和维护（O＆M）和性能假设的2020年报告，但我们不使用他们的成本预测，因为它是在2022年之前发布的。 根据公布的值制定成本和性能预测存在许多固有的挑战。首先，发布的值的定义并不总是很清楚。例如，对于给定的一组值，美元年，在线年，持续时间，放电深度，寿命和0＆M并不总是以相同的方式定义（甚至完全定义）。因此，此处提供的某些值需要从指定的来源进行解释。其次，许多已发布的值将其发布的预测与其他人的预测进行比较，目前尚不清楚这些预测在多大程度上彼此依赖。因此，如果使用一个投影来通知另一个投影，则该投影可能会比其他投影人为地偏向我们的结果（朝向该特定投影）。第三，由于实际电池系统的数据集相对有限，并且成本变化迅速，因此尚不清楚应如何加权不同的电池预测。例如，2022年下半年发布的预测应该比之前发布的预测更重要吗？还是有些组织更擅长预测或捕捉供应链中断，因此应该给予更高的权重？ 为了提供对当前文献的中立调查，本报告中包含的所有成本预测都是平均加权的。当我们对已发布的预测进行审查时，我们发现其中许多预测要么引用了本报告的先前更新，要么引用了年度技术基线，这也依赖于本成本预测报告的投入。因此， 包括所有最新发布的预测将产生已知的冗余（根据上面列出的第二个挑战），因此被排除在这项工作之外。在某些情况下，我们之前的工作被提供作为预测的起点，然后进行了调整，以更好地捕捉分析师对电池存储定价的看法。如果是这种情况，我们认为投影是独一无二的，并将其包括在我们的调查中。 表1.本研究中用于确定电池成本和性能预测的出版物列表。在某些情况下，顾问参与了创建存储成本预测。在这些情况下，我们首先列出咨询公司，然后列出他们支持的组织。 所有成本值都使用消费者定价指数转换为2022美元。如果未指定美元年，则假定美元年与出版年相同。当未来成本以名义美元列报时，使用文件规定的通货膨胀率将其转换为实际美元。如果在文档中没有发现通货膨胀率，我们发现使用了同一组织最近制作的其他文档中假设的通货膨胀率。 我们只使用了4小时锂离子存储系统的预测。我们将4小时持续时间定义为电池的输出持续时间,使得4小时设备将能够以额定功率容量放电4小时。实际上,这将意味着设备将充电超过4小时,并且名义上将保持超过其额定能量容量,以便补偿充电和放电期间的损耗。 我们将价格预测报告为总系统隔夜资本成本，单位为 美元/千瓦时。但是，并非电池系统的所有组件的成本都直接随能量容量（i。Procedres.，千瓦时)的系统(Ramasamy等人。2022年）。例如,逆变器成本根据功率容量(i.Procedres.，W）的系统，以及诸如开发人员成本之类的一些成本组件可以随功率和能量而扩展。通过以$/ Wh表示电池成本，我们正在偏离其他发电技术，例如燃气轮机或太阳能光伏电站，其中资本成本通常以$/ W表示。我们使用的单位。 $/ kWh，因为这是迄今为止在发布的材料中表示电池系统成本的最常见方式。我们报告的$/ kWh成本可以简单地通过乘以持续时间来转换为$/ kW成本（例如，$300 / kWh，4小时电池的功率容量成本为$1200 / kW）。 为了制定成本预测，将存储成本标准化为2022年的值，以便每个预测在2022年以1的值开始。我们选择使用标准化成本而不是绝对成本，因为出版物中并不总是明确定义系统。例如，尚不清楚系统是否更昂贵，因为它效率更高，使用寿命更长，或者作者是否只是预期系统成本更高。使用归一化方法，许多差异的影响程度较小。 我们将低，中和高预测分别定义为2023年，2024年，2025年和2030年的最小值，中位数和最大值。最小值和中位数点也以相同的方式定义，因为最小值和中位数投影延伸到2050年。2030年的最大预测没有延伸到2050年。一项预测显示，从2030年到2050年，成本仅下降了5.8％，因此我们将其作为将2030年最高成本预测扩展到2050年的基础。换句话说，2030年的最高成本预测预计到2050年将下降5.8％。 2025年、2030年和2050年之间的点是根据年份之间的线性插值设置的，并分配了值。为了将这些标准化的低、中和高预测转换为成本值，将标准化值乘以Ramasamy等人（2022）的4小时电池存储成本，以产生4小时电池系统成本。 为了估算其他存储持续时间（即4小时以外的持续时间）的成本，我们指定单独的能源成本和电力成本，以便 总成本（美元/千瓦时）=能源成本（美元/千瓦时）+电力成本（美元/千瓦）/持续时间（小时） 为了将总成本分离为能源和电力组成部分，我们使用了Augustine和Blair（2021）的相对能源和电力成本。这些相对份额预计到2050年，从而实现了一种计算任何储能持续时间成本的方法。因为我们 主要集中在多小时的电池配置，我们警告不要使用这种方法来计算电池存储成本少于一小时的持续时间。 这项工作中采用的方法完全依赖于文献预测。它没有考虑到随着时间的推移可