海上风电弃能缓解策略：新型与梯次利用锂离子电池储能系统的经济环境效益对比分析

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【字体：大中小】 时间：2025年06月28日 来源：Journal of Cleaner Production 9.8

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　　针对地中海国家海上风电并网导致的弃能问题，意大利研究团队通过LCOE(平准化能源成本)优化和NPV(净现值)分析，对比了新型(NBESS)与梯次利用(SBESS)锂离子电池的经济效益。研究表明：NBESS可使1 GW风电场收益提升10%(450 M€)，而SBESS在成本≤70 €/kWh时兼具经济性，并减少2400 t CO2-eq排放，为可持续能源转型提供新思路。

随着地中海国家加速能源转型，2030年海上风电装机目标面临严峻挑战。间歇性可再生能源大规模并网导致电网拥堵，运营商被迫采取弃能措施——仅意大利2040年预计弃电量达11 TWh/年，相当于可再生能源产量的5%。更棘手的是，电网升级速度远跟不上新建风电场的节奏，造成巨额经济损失。在此背景下，意大利研究团队在《Journal of Cleaner Production》发表重要研究，首次系统评估了锂离子电池储能系统(BESS)对海上风电场弃能问题的缓解效果，并创新性地对比了全新电池(NBESS)与电动汽车退役电池(SBESS)的经济环境效益。

研究团队采用多尺度技术路线：首先基于IEA 15 MW风机参数，通过windPRO软件优化西西里海域1 GW浮式风电场布局，确定14D×7.5D(风机直径倍数)为LCOE最低(106-135 €/MWh)的阵列方案。创新性地将ERA5数据库与实测数据融合，建立分钟级风电出力模型。针对弃能场景，设置5%-15%年发电量削减、0%-50%LCOE补偿的9种组合，并区分均匀(S1)与季节性(S2)两种弃能分布模式。关键突破在于引入市场依存型LCOE(mLCOE)指标，量化弃能对度电成本的影响，同时结合NPV模型评估NBESS(110-190 €/kWh)与SBESS(50-130 €/kWh)全生命周期效益。

【关键发现】

成本敏感性：

弃能使mLCOE上升5%-18%，15%弃能场景下LCOE达135 €/MWh
NBESS在130 €/kWh成本下可使NPV提升30%，最优储能规模700-900 MWh

技术对比：

SBESS需成本≤70 €/kWh才具经济性，但其碳足迹比NBESS低2400 t CO₂-eq
梯次电池需15-18次更换，而全新电池仅需4-6次

时空特性：

均匀弃能(S1)比季节性(S2)更利于储能利用，NPV差距达0.4%
电池容量每增大20%，可减少1次更换，抵消部分CAPEX增加

环境效益：

SBESS将电池寿命延长2-5年(80%→70% SOH)
每GWh梯次利用电池节省263 kg CO₂-eq/MWh

研究结论深刻揭示了储能技术选择的两难：虽然NBESS经济效益稳定，但SBESS在政策激励下(如碳税)可能成为更可持续的选择。该工作为地中海地区海上风电开发提供了关键决策工具，其创新的mLCOE模型和全生命周期对比框架，对全球可再生能源并网具有普适指导意义。值得注意的是，研究指出现行电池护照(Battery Passport)缺乏首次使用数据的问题，这将成为未来电池梯次利用标准化的重要改进方向。

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