Phân tích chi tiết về lợi ích và chi phí của các trạm sạc BESS

Câu trả lời nhanh

Một trạm sạc sử dụng hệ thống lưu trữ năng lượng pin (BESS) mang lại giá trị tài chính thông qua bốn cơ chế: giảm phí tiêu thụ điện, trì hoãn nâng cấp lưới điện, tăng cường sử dụng bộ sạc và doanh thu từ chênh lệch giá và phản ứng nhu cầu. Trong vòng mười năm, một hệ thống BESS có quy mô phù hợp thường làm tăng giá trị hiện tại ròng (NPV) của một trạm sạc nhanh lên 15–35% so với việc chỉ xây dựng trạm sạc dựa trên lưới điện, với thời gian hoàn vốn từ ba đến sáu năm trong các chế độ biểu giá có phí tiêu thụ điện cao. Các yếu tố đầu vào quyết định là nhu cầu tiêu thụ điện cao điểm hàng tháng của trạm, biểu giá điện của công ty điện lực, chi phí chu kỳ của pin và việc tránh nâng cấp máy biến áp. Phân tích này sẽ xem xét từng khoản chi phí và lợi ích, sau đó mô hình hóa một kịch bản hoàn chỉnh trong 10 năm để các nhà điều hành có thể đánh giá các khoản đầu tư BESS dựa trên số liệu của riêng họ.

Những điểm chính cần ghi nhớ

• Phí sử dụng theo nhu cầu là khoản chi phí lớn nhất có thể tránh được tại các trạm sạc nhanh, thường chiếm từ 30–50% hóa đơn hàng tháng.
• Việc trì hoãn hoặc loại bỏ việc nâng cấp máy biến áp thường giúp trang trải toàn bộ chi phí đầu tư cho hệ thống lưu trữ năng lượng pin (BESS).
• Hệ thống lưu trữ năng lượng pin (BESS) nâng cao hiệu suất sử dụng bộ sạc bằng cách loại bỏ các giới hạn công suất lưới điện, chuyển đổi nhiều thông lượng hơn cho mỗi bộ sạc được lắp đặt.
• Chênh lệch giá năng lượng và phản ứng theo nhu cầu có thể tăng thêm 5–15% doanh thu tại các thị trường tự do hóa.
• Chu kỳ sạc/xả của pin, chứ không phải tuổi thọ theo lịch, mới là yếu tố quyết định chi phí vận hành thực tế trên mỗi kilowatt-giờ được lưu trữ.

Ba cạm bẫy chi phí của các trạm sạc nhanh thông thường

Hầu hết các mô hình tài chính của trạm sạc đều thất bại vì chúng coi điện năng như một loại hàng hóa được đo bằng kilowatt-giờ. Trên thực tế, trạm sạc phải trả tiền điện theo ba cách riêng biệt, và hệ thống lưu trữ năng lượng pin (BESS) giải quyết hai trong số những cách gây thiệt hại nhiều nhất.

Cạm bẫy 1: Phí theo yêu cầu.Hóa đơn tiền điện được tính dựa trên mức tiêu thụ điện cao nhất trong 15 phút của tháng, thường là từ 8 đến 30 đô la mỗi kW. Một địa điểm có sáu bộ sạc 150 kW thường xuyên đạt đỉnh điểm 800-900 kW có thể phải trả từ 7.000 đến 27.000 đô la mỗi tháng chỉ riêng tiền phí sử dụng điện theo giờ cao điểm—trước khi tiêu thụ một kilowatt giờ điện nào. Trong những trường hợp cực đoan, phí sử dụng điện theo giờ cao điểm có thể chiếm hơn một nửa tổng chi phí điện năng của địa điểm đó.

Cạm bẫy 2: Chi phí cơ sở hạ tầng lưới điện.Việc nâng cấp máy biến áp dịch vụ từ 500 kVA lên 1,5 MVA thường tốn từ 100.000 đến 500.000 đô la, cộng thêm 12-24 tháng chi phí kỹ thuật của công ty điện lực. Vốn đầu tư này được chi ra trước khi xe đầu tiên được cấp điện, và nó không mang lại lợi ích vận hành nào.

Cạm bẫy 3: Các bộ sạc không được sử dụng hiệu quả.Một trạm sạc chỉ kết nối với lưới điện với công suất 500 kVA không bao giờ có thể vận hành tất cả các bộ sạc ở công suất định mức cùng một lúc. Các bộ sạc sẽ giảm công suất, thời gian sạc kéo dài hơn và doanh thu trên mỗi bộ sạc giảm.

Hệ thống lưu trữ năng lượng pin (BESS) định hình lại cả ba yếu tố trên: nó làm phẳng đỉnh điểm 15 phút, thay thế việc nâng cấp máy biến áp và cho phép bộ sạc hoạt động hết công suất từ ​​năng lượng được lưu trữ.

Chi phí đầu tư (CAPEX) so với chi phí vận hành (OPEX): Xây dựng bức tranh toàn diện

Bảng dưới đây thể hiện cơ cấu chi phí của một hệ thống điển hình có công suất 240 kW và dung lượng lưu trữ 418 kWh so với một hệ thống tương đương chỉ kết nối với lưới điện:

Điểm mấu chốt: Chi phí máy biến áp được tiết kiệm thường bằng hoặc vượt quá chi phí đầu tư tăng thêm cho hệ thống lưu trữ năng lượng pin (BESS). Cuối cùng, tổng chi phí ban đầu mà địa điểm đó phải trả tương tự, nhưng phiên bản BESS mang lại doanh thu và tiết kiệm chi phí điện năng bổ sung mỗi tháng sau đó.

Phí theo nhu cầu: Loại thuế ẩn tại các điểm sạc

Tiết kiệm chi phí theo nhu cầu là động lực tài chính mạnh mẽ nhất cho trạm sạc BESS. Cơ chế này mang tính xác định chứ không phải phỏng đoán: hệ thống quản lý năng lượng (EMS) đo lường tải trọng của trạm trong thời gian thực và xả pin bất cứ khi nào khoảng thời gian 15 phút đó tạo ra một đỉnh tải mới.

Hãy xem xét một địa điểm có công suất đỉnh 1.200 kW và giá điện theo giờ cao điểm là 15 đô la/kW. Một hệ thống lưu trữ năng lượng pin (BESS) 418 kWh xả điện ở mức 240 kW trong giờ cao điểm có thể giới hạn công suất của địa điểm đó ở mức khoảng 960 kW. Mức tiết kiệm hàng tháng ước tính khoảng 240 kW × 15 đô la = 3.600 đô la, hoặc 43.200 đô la mỗi năm. Trong vòng mười năm, lợi ích đó vượt quá 430.000 đô la—nhiều hơn toàn bộ chi phí lắp đặt hệ thống BESS ở hầu hết các thị trường.

Mức tiết kiệm tỷ lệ thuận với mức phí điện năng tiêu thụ. Các địa điểm ở California, New York, Đức hoặc Úc, nơi phí điện năng tiêu thụ đạt mức 20–40 đô la/kW, sẽ thu hồi vốn nhanh hơn một cách tương ứng. Một quy tắc lập kế hoạch hữu ích: nếu khoản tiết kiệm phí điện năng tiêu thụ hàng năm vượt quá 12–15% chi phí đầu tư ban đầu của hệ thống lưu trữ năng lượng pin (BESS), thì khoản đầu tư này đáng được xem xét nghiêm túc.

Chênh lệch giá năng lượng và kết hợp năng lượng mặt trời để tạo doanh thu

Ngoài việc tiết kiệm chi phí, hệ thống lưu trữ năng lượng pin (BESS) còn có thể tạo ra doanh thu nếu các quy định thị trường cho phép:

• Chênh lệch giá năng lượngSạc pin với giá điện ngoài giờ cao điểm (0,03–0,06 đô la/kWh) và xả pin vào giờ cao điểm (0,15–0,30 đô la/kWh). Với một chu kỳ sạc đầy mỗi ngày trên 418 kWh, lợi nhuận gộp đạt 5.000–10.000 đô la mỗi năm.
• Phản hồi theo nhu cầuCác công ty điện lực trả từ 50 đến 150 đô la Mỹ/kW/năm cho tải có thể điều chỉnh. Khả năng xuất khẩu 240 kW có thể tăng thêm từ 12.000 đến 36.000 đô la Mỹ mỗi năm nếu có thể tổng hợp tải.
• ghép nối năng lượng mặt trờiViệc kết hợp hệ thống lưu trữ năng lượng pin (BESS) với hệ thống quang điện (PV) tại chỗ giúp tăng khả năng tự tiêu thụ và cho phép địa điểm đó kiếm tiền từ việc sản xuất điện ban ngày sau khi mặt trời lặn, như đã được chứng minh trong dự án triển khai tham khảo [trạm sạc xe điện BESS năng lượng mặt trời 200 kWh](https://www.midapower.com/news/200kwh-solar-bess-ev-charging-station-for-zero-emission-sites/).

Các nguồn doanh thu này chỉ là thứ yếu so với khoản tiết kiệm từ phí tiêu thụ điện, nhưng chúng giúp rút ngắn thời gian hoàn vốn từ 12 đến 24 tháng trong điều kiện thị trường thuận lợi. Các nhà điều hành nên lập mô hình một cách thận trọng, vì chênh lệch giá và các chương trình điều chỉnh nhu cầu điện (DR) thay đổi tùy thuộc vào từng công ty điện lực và theo mùa.

Chương trình hoãn nâng cấp lưới điện và chương trình khuyến khích.

Việc phân tích chi phí-lợi ích thường được quyết định chỉ bằng việc trì hoãn việc nâng cấp lưới điện. Một hệ thống sạc [BESS 215 kWh](https://www.midapower.com/215kwh-bess-charging/) được triển khai để tránh việc nâng cấp máy biến áp trị giá 180.000 đô la Mỹ có hiệu quả "tiết kiệm" trong năm đầu tiên bằng toàn bộ khoản chênh lệch vốn, cộng với lãi suất, cộng với doanh thu bị mất trong thời gian chờ đợi 18 tháng của công ty điện lực.

Các biện pháp khuyến khích càng làm tăng thêm hiệu quả. Nhiều khu vực pháp lý cung cấp:

• Các khoản tín dụng thuế đầu tư (ví dụ: hơn 30% cho kho lưu trữ độc lập tại Mỹ theo Đạo luật Giảm Lạm phát);
• Ưu đãi giảm giá cho hệ thống lưu trữ điện năng từ 200 đến 400 đô la Mỹ/kWh;
• Phương pháp khấu hao nhanh cho tài sản kho bãi;
• Các chương trình khu vực hạn chế lưới điện tài trợ cho hệ thống lưu trữ để tránh việc tăng cường mạng lưới—trường hợp sử dụng chính xác được phục vụ bởi [trạm sạc BESS dạng container 500 kWh](https://www.midapower.com/news/500kwh-containerized-bess-charging-station-for-grid-constrained-areas/).

Khoản tín dụng thuế 30% trên hệ thống lưu trữ năng lượng pin (BESS) trị giá 120.000 đô la tương đương với khoản thu hồi vốn trực tiếp là 36.000 đô la, giúp rút ngắn thời gian hoàn vốn điển hình từ 5,5 năm xuống còn 3,8 năm trong kịch bản mô phỏng bên dưới.

Kịch bản mẫu về lợi tức đầu tư (ROI) trong 10 năm

Để cụ thể hóa phân tích, bảng dưới đây mô phỏng một trạm sạc BESS 240 kW / 418 kWh với giá điện theo nhu cầu là 15 USD/kW, chênh lệch giá điện trung bình là 0,10 USD/kWh và khoản tín dụng đầu tư 30%:

Kịch bản này cho phép hoàn vốn trong khoảng 2,5 năm và tích lũy được khoảng 290.000 đô la dòng tiền ròng trong mười năm, giả sử không có sự tăng giá cước. Các nhà điều hành thận trọng, loại trừ chênh lệch giá, vẫn hòa vốn trong 3-4 năm chỉ nhờ tiết kiệm chi phí phụ thu từ phí sử dụng điện. Mỗi địa điểm nên áp dụng mô hình này với biểu giá riêng của mình—nhưng cấu trúc trên cho thấy lý do tại sao các trạm sạc BESS ngày càng trở thành thiết bị tiêu chuẩn chứ không phải là các thiết bị bổ sung mang tính thử nghiệm.

Phần kết luận

Phân tích chi phí-lợi ích của các trạm sạc BESS dựa trên bốn trụ cột: loại bỏ phí theo nhu cầu, trì hoãn nâng cấp lưới điện, tăng hiệu quả sử dụng và doanh thu gia tăng. Không có yếu tố nào là suy đoán—mỗi yếu tố đều là một hạng mục được đo lường và ghi trong hợp đồng. Khi một [trạm sạc BESS](https://www.midapower.com/bess-charging-station/) được thiết kế phù hợp với đường cong phụ tải thực tế của địa điểm và được điều phối bởi một hệ thống quản lý năng lượng (EMS) có năng lực, tài sản lưu trữ thường thu hồi vốn trong vòng ba đến sáu năm đồng thời cải thiện độ tin cậy của dịch vụ. Đối với các nhà phát triển và nhà điều hành khi quyết định xem liệu hệ thống lưu trữ có nên được triển khai tại địa điểm tiếp theo hay không, câu hỏi đã chuyển từ “liệu ​​có sinh lời?” sang “mức phí nào, kích thước nào và kiến ​​trúc nào?”.

Câu hỏi thường gặp

1. Lợi ích tài chính lớn nhất của một trạm sạc BESS là gì?Giảm phí theo nhu cầu. Làm phẳng đỉnh điểm hàng tháng có thể tiết kiệm từ 30.000 đến hơn 100.000 đô la mỗi năm tại các địa điểm có mức sử dụng cao, thường vượt trội hơn tất cả các lợi ích khác cộng lại.

2. Làm thế nào hệ thống lưu trữ năng lượng pin (BESS) tự hoàn vốn nếu phí sử dụng điện thấp?Tại các khu vực có mức thuế suất thấp, mô hình kinh doanh chuyển sang việc trì hoãn nâng cấp lưới điện và tận dụng tối đa bộ sạc. Nếu hệ thống lưu trữ năng lượng pin (BESS) giúp tránh được chi phí nâng cấp máy biến áp lên đến hàng trăm nghìn đô la hoặc cho phép bộ sạc hoạt động hết công suất, nó vẫn có thể hoàn vốn trong vòng 4-6 năm.

3. Loại hóa chất pin nào là tốt nhất về mặt kinh tế cho trạm sạc?Pin LFP (lithium iron phosphate) chiếm ưu thế vì nó cung cấp hơn 6.000 chu kỳ ở độ sâu xả 80%, tuổi thọ cao và nguy cơ cháy nổ thấp hơn - tất cả những điều này làm giảm chi phí thực tế trên mỗi kilowatt-giờ được lưu trữ.

4. Các khoản tín dụng đầu tư ảnh hưởng đến tỷ suất lợi nhuận đầu tư (ROI) như thế nào?Ưu đãi thuế lưu trữ 30% giúp rút ngắn thời gian hoàn vốn khoảng 20-30%. Trong ví dụ mô phỏng, thời gian hoàn vốn giảm từ khoảng 3,5 năm xuống còn 2,5 năm khi áp dụng ưu đãi này.

5. Chi phí vận hành trên mỗi kWh năng lượng lưu trữ là bao nhiêu?Đối với một hệ thống LFP hiện đại, tổng chi phí vận hành (vận hành và bảo trì, làm mát, hao mòn) thường vào khoảng 0,02–0,04 đô la Mỹ cho mỗi kilowatt-giờ được lưu trữ—thấp hơn nhiều so với chênh lệch điện năng giữa giờ cao điểm và giờ thấp điểm.

6. Liệu chỉ riêng việc tận dụng chênh lệch giá có đủ để biện minh cho khoản đầu tư vào hệ thống lưu trữ năng lượng pin (BESS) hay không?Hiếm khi có thể áp dụng riêng lẻ. Biên lợi nhuận chênh lệch giá từ 0,05 đến 0,10 USD/kWh tạo ra doanh thu khiêm tốn; trường hợp này chỉ khả thi khi kết hợp với việc tiết kiệm chi phí do phí sử dụng điện cao điểm và trì hoãn việc cung cấp điện cho lưới điện.

7. Tôi nên làm thế nào để có được mô hình tài chính đáng tin cậy cho trang web của mình?Hãy bắt đầu bằng cách sử dụng dữ liệu phụ tải của địa điểm trong 12 tháng hoặc mô hình hồ sơ nhu cầu xe điện, thu thập nhu cầu và biểu giá năng lượng của công ty điện lực, sau đó thử nghiệm các kích thước hệ thống lưu trữ năng lượng pin (BESS) với mức tăng 200–500 kWh so với mức tiêu thụ cao điểm. Các nhóm kỹ thuật của nhà sản xuất có thể chạy mô hình tương tự với thông số kỹ thuật phần cứng của họ.