Kostenzusammensetzung eines elektrochemischen Energiespeicherkraftwerks

Der gesamte Lebenszyklus eines elektrochemischen Energiespeicherkraftwerks umfasst die Bau- und Betriebsphase. Zum einen ist es notwendig, die Kostenstruktur des Kraftwerks zu analysieren; zum anderen müssen die Parameter untersucht werden, die die Berechnung der verschiedenen Kosten beeinflussen.

Die Baukosten eines Energiespeicherkraftwerks, auch Systemkosten genannt, bezeichnen die Kosten eines Energiespeichersystems pro Speicherkapazitätseinheit. Sie setzen sich hauptsächlich aus den Kosten für die Anlageninstallation (einschließlich der Batteriekosten) und den Baukosten (ohne Grundstückskosten) zusammen.

Energiespeicheranlagen umfassen Energiespeicherbatterien, Batteriemanagementsysteme, Energiespeicherwechselrichter und Stromverteilungssysteme. Die Anschaffungskosten dieser Anlagen entsprechen den Installationskosten. Das elektrochemische Energiespeichersystem besteht im Wesentlichen aus einem Akkumulator, einem Batteriemanagementsystem (BMS), einem Energiemanagementsystem (EMS), einem Energiespeicherwechselrichter (PCS) und weiteren elektrischen Komponenten.

Die Baukosten umfassen im Wesentlichen die Kosten für die Bauplanung, die Installationsplanung sowie die Planung und Inbetriebnahme der Anlagen und Ausrüstung. Die Batteriekosten machen einen relativ großen Anteil der Anlagenkosten aus. Betrieb, Wartung und Austausch der Batterie erfolgen durch hochprofessionelle Fachkräfte. Die Batterie wird für zehn Jahre geleast. Der Batteriehersteller übernimmt während der Leasingdauer den täglichen Betrieb, die Wartung und den kostenlosen Austausch defekter Batterien. Die Kosten für die Batterie trägt der Investor jährlich. Bei der Berechnung der Baukosten für den Energiespeicher sollten die Gesamtkostenreduktion, die Kosten pro Energieeinheit und die Speicherkapazität berücksichtigt werden.

Die Ladekosten eines Energiespeichers umfassen alle Ausgaben, die während des Ladevorgangs anfallen. Da der Wirkungsgrad der Energieumwandlung beim Laden nicht 100 % erreichen kann, entstehen Energieverluste. Daher hängt dieser Kostenanteil maßgeblich vom Wirkungsgrad der Energieumwandlung ab. Beispielsweise beträgt der Preis für Ladestrom 1 Einheit pro kWh, und die Gesamtenergiekosten für einen Energiespeicher mit einem Wirkungsgrad von 75 % belaufen sich auf 1/75 % = 1.33/kWh. Zur Berechnung der Ladekosten eines Energiespeichers müssen der Strompreis, die Anlagenauslastung, die jährliche Entladekapazität des Energiespeichersystems und die Parameter des Wirkungsgrads der Energieumwandlung berücksichtigt werden.

In einigen Fällen kann der Betrieb von Energiespeicheranlagen menschliche Arbeitskraft erfordern. Innerhalb eines bestimmten Bereichs sind die fixen Arbeitskosten unabhängig von der Menge des gespeicherten Stroms, und die Gesamtkosten bleiben konstant. Variable Arbeitskosten sind proportional zur Häufigkeit und Dauer der Speichernutzung. Die Berechnung der Arbeitskosten für Batteriespeicherkraftwerke basiert häufig hauptsächlich auf der Größe der Energiespeicheranlage und ihrer Speicherkapazität; ein eindeutiger Richtwert existiert derzeit nicht. Laut den Forschungen von Yang Haibo et al. lassen sich die Arbeitskosten für den Betrieb von Energiespeicherkraftwerken anhand der Lohnstückkosten und der Anzahl der Beschäftigten berechnen.

Die Betriebs- und Wartungskosten eines Energiespeicherkraftwerks umfassen alle Kosten, die für den Betrieb des Kraftwerks im Standby-Modus anfallen. Dazu gehören unter anderem die Reinigungskosten der Photovoltaikmodule, das Kraftwerksmanagement und die Instandhaltung. Die fixen Wartungskosten bleiben unabhängig von der Speichernutzung gleich. Variable Wartungskosten hingegen sind proportional zur Häufigkeit und Dauer der Speichernutzung. Die Betriebs- und Wartungskosten ergeben sich in der Regel aus der Multiplikation der Investitionskosten mit den Transport- und Inspektionskosten. Da Energiespeichersysteme eine begrenzte Lebensdauer haben, unterliegen sie im Betrieb einem gewissen Verschleiß, der zu zusätzlichen Kosten führt. Daher müssen bei der Berechnung der Betriebs- und Wartungskosten eines Energiespeicherkraftwerks Parameter wie die Reduzierung der gesamten Baukosten, die Betriebs- und Wartungsgebühren, die Kosten pro Energieeinheit und die Speicherkapazität umfassend berücksichtigt werden.

Die Stromkosten des Kraftwerks für die Energiespeicherung umfassen die Kosten für den vom Energiespeicherkraftwerk selbst verbrauchten Strom. Hinzu kommen die Kosten für zugekauften Strom, der dem Kraftwerk für den Betrieb des Energiespeicherkraftwerks entsteht und den Eigenverbrauch sowie die damit verbundenen Personal- und Verwaltungskosten beinhaltet. Bei der Berechnung der Stromkosten des Kraftwerks für die Energiespeicherung sind Parameter wie der durchschnittliche Jahresverbrauch, der Anteil des vom Energiespeicherkraftwerk für die Speicherung genutzten Stroms am Gesamtstromverbrauch des Kraftwerks, der Strompreis und die Speicherkapazität zu berücksichtigen.

Bei elektrochemischen Energiespeicherprojekten muss die Batterie des Energiespeicherelements aufgrund der geringen Anzahl an Ladezyklen während des Betriebs häufig ausgetauscht werden. Dies verursacht Kosten für den Austausch der Energiespeicherbatterie und der zugehörigen Ausrüstung (Austauschkosten). Normalerweise ist die Lebensdauer von Batterien und Ausrüstung kürzer als die Projektlaufzeit des Energiespeichersystems. Daher müssen die Austauschkosten während der gesamten Projektlaufzeit berücksichtigt werden. Sie umfassen die Anschaffungskosten für aktualisierte Materialien und Ausrüstung, die Installationskosten sowie die Lohnkosten für die Arbeitskräfte. Austauschkosten sind variable Kosten, deren Höhe primär vom Alter der Batterie und ihrer Nutzungshäufigkeit abhängt. Berechnet man dies anhand der 6,000 Ladezyklen von Lithium-Ionen-Batterien (Lithium-Eisenphosphat) und zweimal täglichem Laden und Entladen, so müssen die Batterien alle 10 Jahre ausgetauscht werden. Nach Überschreiten der Lebensdauer der Energiespeicherbatterie ist ein vollständiger Austausch aller Batterien unwirtschaftlich und umweltschädlich.

Um die verfügbare Kapazität des Energiespeichersystems zu gewährleisten, wird im praktischen Betrieb jährlich eine bestimmte Kapazität entsprechend der jährlichen Kapazitätsabnahme der Batterie hinzugefügt. Die Kosten für den Austausch von Energiespeicherbatterien und -geräten lassen sich aus den jährlichen Kosten für den Batteriewechsel, der Kapazität des Energiespeichers und dessen Wirkungsgrad berechnen. Zu den Faktoren, die die jährlichen Kosten für den Batteriewechsel beeinflussen, gehören die Austauschkosten, die Austauschzyklen, die Amortisationszeit, der Diskontsatz, die Anzahl der Lade- und Entladezyklen sowie die jährliche Betriebsdauer der Batterie. Aufgrund der begrenzten Anzahl an Lade- und Entladezyklen nimmt die Batteriekapazität allmählich ab, sodass die Batterie im Betrieb des Energiespeichersystems häufiger ausgetauscht werden muss. Daher müssen die Kosten des Kapazitätsverlusts und der Zeitwert der Mittel berücksichtigt werden. Da verschiedene Arten von Energiespeicherbatterien unterschiedliche Lebenszyklen aufweisen und ihre tatsächliche Lebensdauer von Faktoren wie Lade- und Entladetiefe sowie Lade- und Entladezyklen abhängt, besteht eine Unsicherheit. Daher wird dieser Parameter anhand der Einflussfaktoren im praktischen Einsatz bestimmt.

Aus Sicht der gesamten Lebenszykluskosten ist die im traditionellen Strompreismodell nicht berücksichtigte Bewertungsgebühr ein nicht zu vernachlässigender Faktor. Gemäß den „Shandong Power Grid Photovoltaic Power Station Dispatch Management Regulations (Prototyp)“ sind die tägliche Leistungsverteilungskurve und die von der Provinz erlassenen Anpassungsanweisungen strikt einzuhalten und die Wirkleistung zeitnah anzupassen. Abweichungen zwischen tatsächlicher Leistung und Leistungsverteilungsplan führen zu Vertragsverletzungen. Die Berechnung der Bewertungskosten muss die Bewertungsgebühr, den Stromstrafpreis, die geplante Leistung des Solarspeicherkraftwerks und dessen netzgekoppelte Leistung berücksichtigen.

Wenn die Lebensdauer der einzelnen Komponenten eines Energiespeichersystems erschöpft ist, müssen diese umweltgerecht entsorgt werden. Die dafür aufgewendeten Kapitalkosten entsprechen den Entsorgungskosten. Diese Kosten lassen sich im Wesentlichen in zwei Bereiche unterteilen: Umweltschutzkosten und Restwert der Anlagen. Die Kosten für das Batterierecycling stellen die Umweltschutzkosten dar, während die anfänglichen Investitionskosten und der Recyclinganteil den Restwert der Anlagen bestimmen. Derzeit befindet sich die Batterierecyclingindustrie in meinem Land noch im Aufbau. Aus diesem Grund werden die meisten Abfallkomponenten nicht effektiv entsorgt, und diese Abfälle stellen eine große Gefahr für die Umwelt und die menschliche Gesundheit dar. Zu den bestehenden Methoden der Batteriebehandlung zählen hauptsächlich die Verfestigung und Tieflagerung, die Lagerung in stillgelegten Bergwerken und die Rohstoffrückgewinnung. Erfahrungsgemäß sind die Stilllegungskosten von Speichersystemen nicht zu vernachlässigen. Batterien müssen am Ende ihrer Lebensdauer demontiert werden, um die Chemikalien zu entfernen. Idealerweise könnten die demontierte Batterie und ihre Chemikalien recycelt werden, was einen Teil der Kosten für Demontage und Entsorgung gefährlicher Stoffe kompensieren würde. Letztendlich müssen die Entsorgungskosten jedoch in die Gesamtkosten der Speicheranlage einkalkuliert werden.

In absehbarer Zukunft wird der Einfluss des Recyclingwerts auf die Wirtschaftlichkeit von Batteriespeichern aufgrund der Etablierung und Verbesserung von Recyclingmechanismen für Energiespeicherbatterien immer größer werden. Beispielsweise können Blei-Kohlenstoff-Batterien dank der Entwicklung und des Fortschritts der Blei-Recyclingtechnologie zu 100 % zurückgewonnen werden, und der Restwert der Geräte kann bis zu 20 % der ursprünglichen Investition betragen. Das Recycling von Lithium-Altbatterien ist jedoch mit vielen Problemen verbunden. Die Recyclingtechnologie ist komplex und kostenintensiv. Derzeit gibt es kein geeignetes Recyclingkonzept, keinen klar definierten Recyclingwert, und der Restwert der Geräte kann als null angenommen werden. Daher sollten bei der Berechnung der Entsorgungskosten von Energiespeichern Parameter wie der Anschaffungspreis pro Kapazitätseinheit, die Nennkapazität des Energiespeichersystems, der Preis des Energiespeicher-Wechselrichters pro Leistungseinheit, die Kosten der Hilfseinrichtungen pro Leistungseinheit und die Restwertrate berücksichtigt werden.

Die Kosten von Energiespeicherkraftwerken umfassen neben den Energiespeicherkosten auch Finanzierungskosten und Steuern. Die Finanzierungskosten bestehen hauptsächlich aus den Zinsaufwendungen für langfristige Kredite. Bei der Berechnung der Zinsaufwendungen sind Beleihungswert, Laufzeit, Tilgungszeitraum, Zinssatz und die Parameter der Anfangsinvestition zu berücksichtigen. Auch die Steuerbelastungen sind beim Betrieb von Energiespeicherkraftwerken zu beachten. Zu den Steuern zählen vor allem Mehrwertsteuer, Einkommensteuer und Umsatzsteuerzuschläge. Letztere beinhalten unter anderem die Stadterneuerungs- und Bauabgabe sowie Bildungsabgaben.