Подробный анализ затрат и выгод от размещения зарядных станций на основе систем хранения энергии.

Быстрый ответ

Зарядная станция с системой хранения энергии на основе аккумуляторов (BESS) обеспечивает свою финансовую выгоду за счет четырех механизмов: снижения платы за пиковую нагрузку, отсрочки модернизации сети, повышения коэффициента использования зарядного устройства и дохода от арбитража и управления спросом. В десятилетнем горизонте хорошо подобранная система BESS обычно увеличивает чистую приведенную стоимость (NPV) станции быстрой зарядки на 15–35% по сравнению со станцией, подключенной только к сети, с окупаемостью от трех до шести лет в тарифных режимах с высокими платами за пиковую нагрузку. Решающими факторами являются ежемесячная пиковая нагрузка станции, тариф энергоснабжающей компании, стоимость цикла работы батареи и предотвращенная модернизация трансформатора. В данном анализе рассматривается каждая статья затрат и выгод, а затем моделируется полный 10-летний сценарий, чтобы операторы могли оценить инвестиции в BESS на основе собственных данных.

Основные выводы

• Плата за пиковую нагрузку является самой крупной статьей расходов, которую можно избежать на станциях быстрой зарядки, и часто составляет более 30–50% от ежемесячного счета.
• Отсрочка или отмена модернизации трансформатора часто позволяет полностью покрыть капитальные затраты на систему хранения энергии.
• Системы накопления энергии (BESS) повышают эффективность использования зарядных устройств за счет устранения ограничений на мощность сети и преобразования большего объема энергии на каждое установленное зарядное устройство.
• Энергетический арбитраж и управление спросом приносят дополнительный доход в размере 5–15% на либерализованных рынках.
• Реальная стоимость эксплуатации одного киловатт-часа энергии определяется не календарным сроком службы, а количеством циклов зарядки/разрядки батареи.

Три ловушки высоких затрат на обычных станциях быстрой зарядки

Большинство финансовых моделей для зарядных станций терпят неудачу, потому что рассматривают электроэнергию как товар, измеряемый в киловатт-часах. В действительности же станция оплачивает электроэнергию тремя различными способами, и системы хранения энергии (BESS) борются с двумя наиболее разрушительными из них.

Ловушка 1: Требование оплаты.Коммунальные предприятия выставляют счета за максимальное потребление электроэнергии в течение 15 минут в месяц, обычно по цене от 8 до 30 долларов за кВт. Объект с шестью зарядными устройствами мощностью 150 кВт, которые часто потребляют в пиковые периоды 800–900 кВт, может платить от 7000 до 27000 долларов в месяц только за пиковые нагрузки — еще до того, как будет потреблен хотя бы один киловатт-час энергии. В крайних случаях пиковые нагрузки составляют более половины общей стоимости электроэнергии объекта.

Ловушка 2: Затраты на сетевую инфраструктуру.Модернизация сервисного трансформатора с 500 кВА до 1,5 МВА обычно обходится в 100 000–500 000 долларов плюс 12–24 месяца инженерных работ со стороны энергоснабжающей компании. Эти капиталовложения расходуются еще до первой зарядки электромобиля и не приносят никакой эксплуатационной выгоды.

Ловушка 3: Недостаточно используемые зарядные устройства.На площадке, подключенной только к электросети и имеющей мощность 500 кВА, зарядные устройства никогда не смогут одновременно работать на номинальной мощности. Мощность зарядных устройств снижается, время работы увеличивается, а доход с каждого зарядного устройства падает.

Система накопления энергии (BESS) меняет все три аспекта: она сглаживает 15-минутный пик, заменяет модернизацию трансформатора и позволяет зарядным устройствам работать на полную мощность за счет накопленной энергии.

Капитальные затраты против операционных затрат: построение полной картины

В таблице ниже показана структура затрат для типового объекта мощностью 240 кВт с накопителем энергии емкостью 418 кВт·ч по сравнению с аналогичным объектом, подключенным только к сети:

Главный вывод: одни только затраты на трансформатор, как правило, равны или превышают дополнительные капитальные вложения в систему хранения энергии. В итоге объект в итоге платит аналогичную общую сумму авансом, но система хранения энергии обеспечивает дополнительный доход и экономию на тарифах каждый последующий месяц.

Плата за использование: скрытый налог на зарядные станции.

Экономия на плате за пиковую нагрузку является наиболее важным финансовым фактором для зарядной станции с системой хранения энергии (BESS). Механизм работы является детерминированным, а не спекулятивным: система управления энергопотреблением (EMS) измеряет нагрузку на станции в режиме реального времени и разряжает батарею всякий раз, когда в течение 15-минутного интервала в противном случае был бы установлен новый пик.

Рассмотрим объект с пиковой мощностью 1200 кВт и тарифом 15 долларов за кВт. Система хранения энергии на основе аккумулятора емкостью 418 кВт·ч, разряжающаяся со скоростью 240 кВт в пиковые периоды, может ограничить мощность объекта примерно до 960 кВт. Ежемесячная экономия составляет примерно 240 кВт × 15 долларов = 3600 долларов, или 43 200 долларов в год. В течение десяти лет эта единовременная выгода превышает 430 000 долларов — больше, чем полная стоимость установки системы хранения энергии на большинстве рынков.

Экономия зависит от тарифа. На объектах в Калифорнии, Нью-Йорке, Германии или Австралии, где плата за потребление электроэнергии достигает 20–40 долларов за кВт, окупаемость происходит пропорционально быстрее. Полезное правило планирования: если годовая экономия на плате за потребление электроэнергии превышает 12–15% от капитальных затрат на систему хранения энергии, инвестиции заслуживают серьезного анализа.

Энергетический арбитраж и использование солнечной энергии в качестве источника дохода

Помимо экономии средств, система хранения энергии может приносить доход там, где это позволяют правила рынка:

• Энергетический арбитражЗарядка батареи осуществляется по льготным тарифам (0,03–0,06 долл./кВт·ч), а разрядка — по пиковым (0,15–0,30 долл./кВт·ч). При одном полном цикле зарядки в день на 418 кВт·ч валовая прибыль составляет 5000–10000 долл. в год.
• Реагирование на спросЭнергетические компании платят от 50 до 150 долларов за кВт-год управляемой нагрузки. Возможность экспорта 240 кВт может принести дополнительно от 12 000 до 36 000 долларов в год при наличии возможности агрегирования.
• Солнечная связьСочетание системы хранения энергии с фотоэлектрическими панелями на месте увеличивает собственное потребление и позволяет монетизировать выработку энергии в дневное время после захода солнца, как это продемонстрировано на примере [солнечной зарядной станции для электромобилей с системой хранения энергии мощностью 200 кВт](https://www.midapower.com/news/200kwh-solar-bess-ev-charging-station-for-zero-emission-sites/).

Эти потоки доходов второстепенны по сравнению с экономией на плате за потребление, но они сокращают срок окупаемости на 12–24 месяца на благоприятных рынках. Операторам следует моделировать их с осторожностью, поскольку арбитражные спреды и программы управления спросом различаются в зависимости от коммунального предприятия и сезона.

Программы отсрочки и стимулирования модернизации электросетей

Анализ соотношения затрат и выгод часто завершается одной лишь отсрочкой подключения к сети. Система зарядки от аккумулятора мощностью 215 кВт·ч, развернутая для того, чтобы избежать модернизации трансформатора стоимостью 180 000 долларов, обеспечивает эффективную «экономию» в первый год в размере всей разницы в капитальных затратах, плюс проценты, плюс потерянный доход за 18-месячный период ожидания подключения к сети.

Стимулирующие меры усугубляют этот эффект. Во многих юрисдикциях предлагаются следующие варианты:

• Налоговые льготы для инвестиций (например, 30% и более для автономных хранилищ в США в соответствии с Законом о снижении инфляции);
• Скидки на системы хранения энергии от коммунальных предприятий в размере 200–400 долларов за кВт⋅ч;
• Ускоренные графики амортизации складских активов;
• Программы для районов с ограниченными ресурсами электросети, финансирующие системы хранения энергии, позволяют избежать усиления сети — именно такой вариант использования предлагает [контейнерная зарядная станция BESS на 500 кВт⋅ч](https://www.midapower.com/news/500kwh-containerized-bess-charging-station-for-grid-constrained-areas/).

Налоговый вычет в размере 30% на систему хранения энергии стоимостью 120 000 долларов США обеспечивает прямое возмещение капитальных затрат в размере 36 000 долларов США, что в представленном ниже смоделированном сценарии увеличивает типичный срок окупаемости с 5,5 лет до 3,8 лет.

Модель 10-летней окупаемости инвестиций

Для наглядности анализа в таблице ниже представлена ​​модель зарядной станции с системой хранения энергии мощностью 240 кВт / 418 кВт·ч, тарифом на потребление 15 долл./кВт, средней разницей в стоимости энергии 0,10 долл./кВт·ч и инвестиционной скидкой в ​​размере 30%:

В этом сценарии окупаемость составляет приблизительно 2,5 года, а чистый денежный поток за десять лет достигает примерно 290 000 долларов при условии отсутствия повышения тарифов. Консервативные операторы, исключающие арбитраж, все равно выходят на точку безубыточности за 3–4 года только за счет экономии на плате за пиковую нагрузку. Каждой площадке следует использовать эту модель со своим собственным тарифным планом, но приведенная выше структура показывает, почему зарядные станции с системами хранения энергии все чаще становятся стандартным оборудованием, а не экспериментальными дополнениями.

Заключение

Соотношение затрат и выгод от использования зарядных станций с системами хранения энергии (BESS) основывается на четырех столпах: отмена платы за пиковую нагрузку, отсрочка модернизации сети, повышение эффективности использования и дополнительный доход. Ни один из этих пунктов не является спекулятивным — каждый из них представляет собой учтенную, договорную статью расходов. Когда [зарядная станция BESS](https://www.midapower.com/bess-charging-station/) рассчитана в соответствии с реальной кривой нагрузки площадки и управляется компетентной системой управления энергоснабжением (EMS), актив хранения энергии обычно окупается за три-шесть лет, одновременно повышая надежность обслуживания. Для разработчиков и операторов, решающих, следует ли размещать системы хранения энергии на следующей площадке, вопрос сместился с «рентабельно ли это?» на «какой тариф, какой размер и какая архитектура?»

Часто задаваемые вопросы

1. Какова самая большая финансовая выгода от использования зарядной станции с системой хранения энергии (BESS)?Снижение платы за пиковое потребление. Сглаживание месячного пика может сэкономить от 30 000 до 100 000 долларов и более в год на объектах с высокой загрузкой, что, как правило, превышает все остальные преимущества вместе взятые.

2. Как система хранения энергии окупается, если плата за потребление электроэнергии низкая?В регионах с низкими тарифами экономическая целесообразность смещается в сторону отсрочки модернизации сети и использования зарядных устройств. Если система хранения энергии позволяет избежать дорогостоящей модернизации трансформатора или обеспечивает работу зарядных устройств на полную мощность, она все равно может окупиться за 4–6 лет.

3. Какой химический состав батарей лучше всего подходит для экономической эффективности зарядных станций?Литий-железо-фосфатные аккумуляторы (LFP) лидируют благодаря тому, что выдерживают более 6000 циклов при 80% глубине разряда, имеют длительный срок службы и более низкий риск возгорания — все это снижает реальную стоимость хранимого киловатт-часа.

4. Каким образом инвестиционные кредиты влияют на рентабельность инвестиций?Налоговый вычет на хранение в размере 30% сокращает срок окупаемости примерно на 20–30%. В смоделированном примере срок окупаемости сократился с примерно 3,5 лет до 2,5 лет после применения вычета.

5. Какова себестоимость эксплуатации одного кВт·ч накопленной энергии?Для современной системы на основе литий-железо-фосфатных аккумуляторов общие эксплуатационные расходы (эксплуатация и техническое обслуживание, охлаждение, деградация) обычно составляют 0,02–0,04 доллара США за киловатт-час накопленной энергии — что значительно ниже типичной разницы между пиковыми и непиковыми нагрузками.

6. Может ли арбитраж сам по себе оправдать инвестиции в систему хранения энергии?Само по себе это редко бывает эффективно. Арбитражные маржи в размере 0,05–0,10 долл./кВтч приносят скромный доход; дело закрывается в сочетании с экономией на плате за потребление и отсрочкой подключения к сети.

7. Как мне создать надежную финансовую модель для своего сайта?Начните с данных о нагрузке на объекте за 12 месяцев или смоделированного профиля спроса на электромобили, получите данные о спросе и тарифах энергоснабжения от энергокомпании, а затем протестируйте размеры систем хранения энергии с шагом в 200–500 кВт·ч в сравнении с пиковой нагрузкой. Инженерные группы производителей могут запустить ту же модель, используя технические характеристики своего оборудования.