تحلیل دقیق هزینه-فایده از سایت‌های شارژ BESS

پاسخ سریع

یک سایت شارژ سیستم ذخیره‌سازی انرژی باتری (BESS) ارزش مالی خود را از طریق چهار مکانیسم ارائه می‌دهد: کاهش هزینه تقاضا، تعویق ارتقاء شبکه، استفاده بیشتر از شارژر و درآمد حاصل از آربیتراژ و پاسخگویی به تقاضا. در یک افق ده ساله، یک BESS با اندازه مناسب معمولاً ارزش فعلی خالص (NPV) یک سایت شارژ سریع را در مقایسه با یک سایت فقط متصل به شبکه، 15 تا 35 درصد افزایش می‌دهد و بازگشت سرمایه آن بین سه تا شش سال در رژیم‌های تعرفه‌ای با هزینه‌های تقاضای تنبیهی است. ورودی‌های تعیین‌کننده عبارتند از اوج تقاضای ماهانه سایت، تعرفه تقاضای شرکت برق، هزینه چرخه باتری و ارتقاء ترانسفورماتور اجتناب‌شده. این تحلیل هر خط هزینه و سود را بررسی می‌کند، سپس یک سناریوی کامل 10 ساله را مدل‌سازی می‌کند تا اپراتورها بتوانند سرمایه‌گذاری‌های BESS را بر اساس اعداد خود ارزیابی کنند.

نکات کلیدی

• هزینه‌های دیماند (درخواست) بزرگترین هزینه قابل اجتناب در سایت‌های شارژ سریع هستند که اغلب از 30 تا 50 درصد صورتحساب ماهانه فراتر می‌روند.
• به تعویق انداختن یا حذف ارتقاء ترانسفورماتور اغلب کل هزینه سرمایه‌ای BESS را تأمین می‌کند.
• BESS با حذف محدودیت‌های برق شبکه، میزان استفاده از شارژر را افزایش می‌دهد و به ازای هر شارژر نصب‌شده، توان عملیاتی بیشتری را تبدیل می‌کند.
• آربیتراژ انرژی و پاسخگویی به تقاضا، درآمد افزایشی ۵ تا ۱۵ درصدی را در بازارهای آزاد شده افزایش می‌دهند.
• عمر چرخه باتری، نه عمر تقویمی، هزینه عملیاتی واقعی به ازای هر کیلووات ساعت ذخیره شده را تعیین می‌کند.

سه تله هزینه‌ای سایت‌های شارژ سریع مرسوم

بیشتر مدل‌های مالی سایت‌های شارژ به این دلیل شکست می‌خورند که برق را به عنوان کالایی که با کیلووات ساعت اندازه‌گیری می‌شود، در نظر می‌گیرند. در واقعیت، این سایت هزینه برق را از سه طریق جداگانه پرداخت می‌کند و BESS به دو مورد از آسیب‌زاترین آنها حمله می‌کند.

تله ۱: هزینه‌های درخواستی.شرکت‌های برق برای بالاترین میزان مصرف برق ۱۵ دقیقه‌ای در ماه، که معمولاً ۸ تا ۳۰ دلار به ازای هر کیلووات است، صورتحساب صادر می‌کنند. یک سایت با شش شارژر ۱۵۰ کیلوواتی که اغلب در اوج مصرف ۸۰۰ تا ۹۰۰ کیلووات قرار دارند، می‌تواند ۷۰۰۰ تا ۲۷۰۰۰ دلار در ماه فقط بابت هزینه‌های دیماند (درخواست) بپردازد - قبل از اینکه حتی یک کیلووات ساعت انرژی مصرف کند. در موارد شدید، هزینه‌های دیماند بیش از نیمی از کل هزینه برق سایت را تشکیل می‌دهد.

تله ۲: هزینه‌های زیرساخت شبکه.ارتقاء یک ترانسفورماتور سرویس از ۵۰۰ کیلوولت‌آمپر به ۱.۵ مگاولت‌آمپر معمولاً ۱۰۰۰۰۰ تا ۵۰۰۰۰۰ دلار به علاوه ۱۲ تا ۲۴ ماه مهندسی تاسیسات هزینه دارد. این سرمایه قبل از شارژ اولین وسیله نقلیه خرج می‌شود و هیچ سود عملیاتی ندارد.

تله ۳: شارژرهای بلااستفاده.یک سایت فقط متصل به شبکه با اتصال ۵۰۰ کیلوولت‌آمپر هرگز نمی‌تواند شارژرهای خود را همزمان با توان نامی خود به کار بیندازد. شارژرها دچار اختلال می‌شوند، جلسات طولانی‌تر می‌شوند و درآمد به ازای هر شارژر کاهش می‌یابد.

یک BESS هر سه مورد را از نو تعریف می‌کند: اوج ۱۵ دقیقه‌ای را مسطح می‌کند، جایگزین ارتقاء ترانسفورماتور می‌شود و به شارژرها اجازه می‌دهد تا با حداکثر توان از انرژی ذخیره شده کار کنند.

هزینه‌های سرمایه‌ای در مقابل هزینه‌های عملیاتی: ترسیم تصویر کلی

جدول زیر ساختار هزینه یک سایت نمونه ۲۴۰ کیلوواتی با ۴۱۸ کیلووات ساعت ذخیره‌سازی را در مقایسه با یک سایت مشابه که فقط به شبکه متصل است، نشان می‌دهد:

نکته اصلی: هزینه ترانسفورماتور اجتناب‌شده به تنهایی معمولاً برابر یا بیشتر از سرمایه افزایشی BESS است. سایت در نهایت مبلغ مشابهی را از قبل پرداخت می‌کند، اما نسخه BESS هر ماه پس از آن، درآمد و صرفه‌جویی در تعرفه اضافی را به همراه دارد.

هزینه‌های تقاضا: مالیات پنهان سایت‌های دریافت‌کننده هزینه

صرفه‌جویی در هزینه‌های تقاضا، قوی‌ترین محرک مالی برای یک سایت شارژ BESS است. این مکانیسم قطعی است نه حدسی: EMS بار سایت را به صورت بلادرنگ اندازه‌گیری می‌کند و هر زمان که بازه زمانی ۱۵ دقیقه‌ای منجر به اوج مصرف جدید شود، باتری را تخلیه می‌کند.

سایتی را با اوج مصرف ۱۲۰۰ کیلووات و تعرفه تقاضای ۱۵ دلار بر کیلووات در نظر بگیرید. یک سیستم ذخیره انرژی خورشیدی با توان ۴۱۸ کیلووات ساعت که در ساعات اوج مصرف با توان ۲۴۰ کیلووات تخلیه می‌شود، می‌تواند تقریباً ۹۶۰ کیلووات برق سایت را تأمین کند. صرفه‌جویی ماهانه تقریباً ۲۴۰ کیلووات × ۱۵ دلار = ۳۶۰۰ دلار یا ۴۳۲۰۰ دلار در سال است. در یک افق ده ساله، این سود واحد بیش از ۴۳۰۰۰۰ دلار می‌شود - بیشتر از کل هزینه نصب سیستم ذخیره انرژی خورشیدی در اکثر بازارها.

صرفه‌جویی با افزایش تعرفه افزایش می‌یابد. سایت‌هایی در کالیفرنیا، نیویورک، آلمان یا استرالیا، که هزینه‌های دیماند به 20 تا 40 دلار در هر کیلووات می‌رسند، به طور متناسب بازگشت سرمایه سریع‌تری دارند. یک قانون برنامه‌ریزی مفید: اگر صرفه‌جویی سالانه در هزینه‌های دیماند از 12 تا 15 درصد هزینه سرمایه‌ای BESS بیشتر شود، سرمایه‌گذاری شایسته بررسی جدی است.

آربیتراژ انرژی و کوپلینگ خورشیدی به عنوان درآمد

فراتر از اجتناب از هزینه‌ها، یک BESS می‌تواند در مواردی که قوانین بازار اجازه می‌دهد، درآمد کسب کند:

• آربیتراژ انرژی: شارژ باتری با نرخ‌های خارج از ساعات اوج مصرف (0.03 تا 0.06 دلار به ازای هر کیلووات ساعت) و دشارژ آن در ساعات اوج مصرف (0.15 تا 0.30 دلار به ازای هر کیلووات ساعت). با یک چرخه کامل در روز با مصرف 418 کیلووات ساعت، حاشیه سود ناخالص سالانه 5000 تا 10000 دلار خواهد بود.
• پاسخ به تقاضاشرکت‌های برق به ازای هر کیلووات-سال بار قابل توزیع، ۵۰ تا ۱۵۰ دلار پرداخت می‌کنند. در صورت امکان تجمیع، قابلیت صادرات ۲۴۰ کیلووات می‌تواند سالانه ۱۲۰۰۰ تا ۳۶۰۰۰ دلار به هزینه‌ها بیفزاید.
• کوپلینگ خورشیدیهمانطور که در [ایستگاه شارژ خودروهای برقی خورشیدی BESS با ظرفیت ۲۰۰ کیلووات ساعت] (https://www.midapower.com/news/200kwh-solar-bess-ev-charging-station-for-zero-emission-sites/) نشان داده شده است، جفت کردن BESS با PV در محل، خودمصرفی را افزایش می‌دهد و به سایت اجازه می‌دهد تا پس از غروب خورشید، از تولید برق در طول روز درآمد کسب کند.

این جریان‌های درآمدی نسبت به صرفه‌جویی‌های ناشی از هزینه‌های تقاضا، در درجه دوم اهمیت قرار دارند، اما در بازارهای مطلوب، زمان بازگشت سرمایه را ۱۲ تا ۲۴ ماه کاهش می‌دهند. اپراتورها باید آنها را به صورت محافظه‌کارانه مدل‌سازی کنند، زیرا اختلاف قیمت آربیتراژ و برنامه‌های DR بسته به نوع کاربرد و فصل متفاوت است.

برنامه‌های تعویق و تشویقی ارتقاء شبکه

بحث هزینه-فایده اغلب تنها با تعویق در اتصال به شبکه برق حل می‌شود. یک سیستم شارژ BESS با ظرفیت ۲۱۵ کیلووات ساعت (https://www.midapower.com/215kwh-bess-charging/) که برای جلوگیری از ارتقاء ۱۸۰،۰۰۰ دلاری ترانسفورماتور به کار گرفته شده است، در سال اول به طور مؤثری کل مابه‌التفاوت سرمایه، به علاوه بهره، و همچنین درآمد از دست رفته در طول ۱۸ ماه انتظار برای اتصال به شبکه برق را صرفه‌جویی می‌کند.

مشوق‌ها این اثر را تشدید می‌کنند. بسیاری از حوزه‌های قضایی موارد زیر را ارائه می‌دهند:

• اعتبارات مالیاتی سرمایه‌گذاری (مثلاً، 30٪ یا بیشتر برای انبارهای مستقل در ایالات متحده تحت قانون کاهش تورم)؛
• تخفیف‌های ذخیره‌سازی برق از سوی شرکت‌های برق به میزان ۲۰۰ تا ۴۰۰ دلار به ازای هر کیلووات ساعت؛
• برنامه‌های استهلاک تسریع‌شده برای دارایی‌های ذخیره‌سازی؛
• برنامه‌های مربوط به مناطق محدود به شبکه که برای جلوگیری از تقویت شبکه، ذخیره‌سازی را تأمین مالی می‌کنند - دقیقاً همان موردی که توسط یک [ایستگاه شارژ BESS کانتینری ۵۰۰ کیلووات ساعتی] (https://www.midapower.com/news/500kwh-containerized-bess-charging-station-for-grid-constrained-areas/) ارائه می‌شود.

اعتبار مالیاتی 30 درصدی برای یک طرح BESS به ارزش 120،000 دلار، معادل 36،000 دلار بازیابی مستقیم سرمایه است که در سناریوی مدل‌سازی شده زیر، مدت زمان معمول بازگشت سرمایه را از 5.5 سال به 3.8 سال افزایش می‌دهد.

یک سناریوی بازگشت سرمایه ده ساله

برای ملموس‌تر شدن تحلیل، جدول زیر یک سایت شارژ BESS با ظرفیت ۲۴۰ کیلووات / ۴۱۸ کیلووات ساعت را با تعرفه دیماند ۱۵ دلار بر کیلووات، میانگین پراکندگی انرژی ۰.۱۰ دلار بر کیلووات ساعت و اعتبار سرمایه‌گذاری ۳۰٪ مدل‌سازی می‌کند:

این سناریو، با فرض عدم افزایش تعرفه‌ها، بازگشت سرمایه را تقریباً در عرض ۲.۵ سال بازمی‌گرداند و تقریباً ۲۹۰،۰۰۰ دلار جریان نقدی خالص را طی ده سال جمع‌آوری می‌کند. اپراتورهای محافظه‌کاری که آربیتراژ را حذف می‌کنند، تنها با صرفه‌جویی در هزینه‌های تقاضا، در عرض ۳ تا ۴ سال به نقطه سربه‌سر می‌رسند. هر سایت باید این مدل را با برنامه تعرفه خود اجرا کند - اما ساختار بالا نشان می‌دهد که چرا سایت‌های شارژ BESS به جای افزونه‌های آزمایشی، به طور فزاینده‌ای به تجهیزات استاندارد تبدیل می‌شوند.

نتیجه‌گیری

بحث هزینه-فایده برای سایت‌های شارژ BESS بر چهار ستون استوار است: حذف هزینه تقاضا، تعویق ارتقاء شبکه، افزایش بهره‌وری و درآمد افزایشی. هیچ یک از این موارد حدس و گمان نیست - هر کدام یک مورد قراردادی و اندازه‌گیری شده هستند. هنگامی که یک [ایستگاه شارژ BESS](https://www.midapower.com/bess-charging-station/) بر اساس منحنی بار واقعی سایت اندازه‌گیری و توسط یک EMS کارآمد ارسال می‌شود، دارایی ذخیره‌سازی معمولاً در عرض سه تا شش سال سرمایه خود را بازمی‌گرداند و در عین حال قابلیت اطمینان خدمات را بهبود می‌بخشد. برای توسعه‌دهندگان و اپراتورهایی که تصمیم می‌گیرند آیا ذخیره‌سازی در سایت بعدی قرار دارد یا خیر، سوال از "آیا سودآور است؟" به "کدام تعرفه، کدام اندازه و کدام معماری؟" تغییر کرده است.

سوالات متداول

۱. بزرگترین مزیت مالی یک سایت شارژ BESS چیست؟کاهش هزینه تقاضا. ثابت نگه داشتن اوج مصرف ماهانه می‌تواند در سایت‌های پرمصرف، سالانه 30،000 تا 100،000 دلار صرفه‌جویی کند که معمولاً از مجموع سایر مزایا بیشتر است.

۲. اگر هزینه‌های دیماند پایین باشد، یک BESS چگونه هزینه‌های خود را تأمین می‌کند؟در مناطق با تعرفه پایین، توجیه اقتصادی به تعویق ارتقای شبکه و استفاده از شارژر تغییر می‌کند. اگر BESS از ارتقای ترانسفورماتور شش رقمی اجتناب کند یا اجازه دهد شارژرها با حداکثر توان خود کار کنند، هنوز هم می‌تواند ۴ تا ۶ سال بازگشت سرمایه داشته باشد.

۳. چه نوع ترکیب شیمیایی باتری برای شارژ اقتصادی سایت بهترین است؟LFP (فسفات آهن لیتیوم) به دلیل ارائه بیش از ۶۰۰۰ چرخه در عمق تخلیه ۸۰٪، طول عمر طولانی و خطر آتش‌سوزی کمتر، غالب است - که همه این موارد هزینه واقعی به ازای هر کیلووات ساعت ذخیره شده را کاهش می‌دهد.

۴. اعتبارات سرمایه‌گذاری چگونه بازگشت سرمایه (ROI) را تغییر می‌دهند؟اعتبار مالیاتی انبارداری ۳۰٪، زمان بازپرداخت را تقریباً ۲۰ تا ۳۰ درصد کاهش می‌دهد. در مثال مدل‌سازی‌شده، با اعمال اعتبار، زمان بازپرداخت از حدود ۳.۵ سال به ۲.۵ سال کاهش یافت.

۵. هزینه عملیاتی به ازای هر کیلووات ساعت انرژی ذخیره شده چقدر است؟برای یک سیستم مدرن LFP، کل هزینه‌های عملیاتی (O&M، سرمایش، افت ولتاژ) معمولاً 0.02 تا 0.04 دلار به ازای هر کیلووات ساعت ذخیره شده است - که بسیار کمتر از اختلاف معمول بین ساعات اوج مصرف و ساعات غیر اوج مصرف است.

۶. آیا آربیتراژ به تنهایی می‌تواند سرمایه‌گذاری BESS را توجیه کند؟به ندرت به خودی خود. حاشیه سود آربیتراژ ۰.۰۵ تا ۰.۱۰ دلار در هر کیلووات ساعت درآمد متوسطی ایجاد می‌کند؛ این پرونده وقتی با صرفه‌جویی در هزینه‌های تقاضا و تعویق شبکه ترکیب شود، بسته می‌شود.

۷. چگونه باید یک مدل مالی قابل اعتماد برای سایتم تهیه کنم؟با داده‌های بار سایت یا یک پروفایل تقاضای مدل‌سازی‌شده برای خودروهای برقی (EV) در ۱۲ ماه شروع کنید، تقاضای شرکت برق و تعرفه‌های انرژی را به دست آورید، سپس اندازه‌های BESS را با افزایش‌های ۲۰۰ تا ۵۰۰ کیلووات ساعت در مقایسه با اوج مصرف خود آزمایش کنید. تیم‌های مهندسی تولیدکنندگان می‌توانند همان مدل را با مشخصات سخت‌افزاری خود اجرا کنند.