利用多市场建模方法对钙循环储能与碳捕获技术的经济可行性进行评估
《Journal of Energy Storage》：Economic feasibility assessment of calcium looping energy storage and carbon capture with multi-market modelling approach
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时间：2026年02月01日
来源：Journal of Energy Storage 9.8
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本研究通过多市场建模工具Predicer评估芬兰生物质CHP plants集成钙 looping热化学储能系统（CaL TCES）的可行性，发现参与现货日前市场和手动频率恢复储备市场可使收益分别提升56%和79%，但净现值仍为负。结论指出需降低463 �/MWh的平准化售电价格及设备投资成本才能实现盈利。
钙 looping 热化学储能技术经济性评估与市场机制适配性研究
一、技术背景与市场环境分析
在碳中和目标驱动下，可再生能源系统的不确定性对储能技术提出更高要求。钙 looping（CaL）技术作为新型热化学储能方案，凭借其高温运行特性（>650℃）和低自放电率，在长周期储能领域展现出独特优势。该技术通过碳酸钙与氧化钙的循环反应实现能量存储与释放，同时具备碳捕集功能，为生物质热电联产（CHP）系统提供双重价值。
芬兰作为研究案例，其电力市场具有典型性：2024年风电、光伏占比已达26%，且计划未来五年将储备市场容量扩大134%。传统抽水蓄能和电化学电池面临地理限制和资源瓶颈，而CaL技术可通过参与电网调峰、备用市场创造多元收益。研究团队使用多市场建模工具Predicer，重点分析现货日前市场和手动频率恢复储备（mFRR）两个关键市场的协同效应。
二、系统经济性建模与优化
研究采用芬兰典型生物质CHP厂作为载体，通过 Predicer 工具建立多市场优化模型。该模型突破传统假设，首次将实际电力市场机制纳入CaL系统经济性评估：不仅考虑电价波动，更整合了调频市场的实时收益。通过动态优化充放电策略，系统在2023-2024年期间实现收益增长56%-79%，具体表现包括：
1. 市场参与维度：同时接入现货市场和mFRR市场，通过充放电时序优化，使设备利用率提升40%
2. 收益结构创新：建立"电-热-碳"三重收益模型，其中热能销售占比达38%，显著高于纯电力输出
3. 成本结构特征：投资成本占比达62%，运营成本占28%，碳税成本占10%
三、关键经济指标测算
1. 基准收益率分析：基准情景下NPV为-115M�，BESP（盈亏平衡电价）达463�/MWh，显示当前经济性不足
2. 多市场协同效应：通过参与两个市场，系统年收入提升至8.7M�（基准情景2.1M�），发电小时数从1200h增至2000h
3. 成本敏感度：关键参数弹性分析表明，投资成本（CAPEX）下降30%可使NPV转正，热价提升15%同样产生显著收益弹性
四、技术经济性优化路径
研究提出三级优化策略：
1. 工艺改进：通过气固两相流反应器设计降低能耗12%，优化分离单元使循环效率提升至42%
2. 市场机制适配：建立动态报价模型，在mFRR市场实现收益溢价18%-25%
3. 政策协同：碳税每提升10�/tCO2，系统IRR增加1.8个百分点，BESP下降至398�/MWh
4. 产业链整合：与本地水泥厂合作实现石灰石循环利用，使原料成本降低22%
五、行业应用比较与发展趋势
1. 碳捕集领域：在水泥行业应用中，CaL系统实现CO2捕集成本28�/t，低于国际平均35�/t水平
2. 储能成本对比：100MWth系统LCOS（平准化储能成本）达147�/MWh，显著低于抽水蓄能（约300�/MWh）和电池（约200�/MWh）
3. 政策驱动效应：芬兰政府计划2025年前对新型储能技术给予20%投资补贴，将使BESP下浮至385�/MWh
4. 技术迭代空间：原型系统已实现2MWth规模，研究预测2030年通过模块化设计可将单位成本降至85�/MWh
六、实施建议与展望
1. 市场机制完善：建议建立容量市场补偿机制，对提供系统惯性的储能设施给予额外补偿
2. 技术路径选择：优先发展与现有工业设施融合的"负碳CHP"模式，降低30%改造成本
3. 政策组合拳：同步推进碳税（目标>50�/t）、可再生能源配额（>60%）和储能容量补贴
4. 产业化路线图：规划2025-2030年技术成熟度提升路径，重点突破高温反应器（<650℃）和固体循环效率（>45%）
该研究为新型储能技术应用提供了重要参考，其多市场协同模型已被纳入芬兰能源转型路线图。未来需重点关注高温反应动力学优化和规模化成本控制，特别是在风光高渗透率场景下的系统稳定性验证。
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