剖析2023美国加州住宅储能市场经济性

2022年第三季，美国住宅储能安装161MW/400MWh，相较2021年同期增长36%，其中，安装量最多的州分别为加州、波多黎各、夏威夷及德克萨斯州，由于联邦政府推动降低通膨法案(Inflation Reduction Act, IRA)扩大储能免税范围，再加上加州将于2023年针对太阳能费用进行一连串改革，不仅让储能话题更加火热延烧，更有望加速推动美国住宅储能的发展，因此，本文以加州为例，剖析美国住宅储能是否能在十年之内具有经济性。
 

测算背景

影响住宅储能用电成本因素很多，包含年用电量、安装初始成本、居民电价、回售电价以及光伏系统发电量等，本文以美国加州为例，试算年平均用电6,000kWh之家庭，搭配特斯拉7kWp的光伏系统以及13.5kWh的Powerwall 2储能系统之效益。

假设光伏每日发电3.3小时，7kWp的光伏系统年发电量为8,431.5度，一般未安装储能系统情境下，平均PV自用率约30%，要达到更高PV自用率需仰赖储能系统辅助，在安装储能系统情况下，假设光伏自用率提升至80%，且系统每日全充全放运行一次，在保固内运行十年，考量实际使用时电池充放电深度及设备衰退率，系统运行效率以90%计算。
 

系统成本与补贴

以2022下半年价格计算，特斯拉光伏系统价格约USD 2.3 /W，一套Powerwall 2价格约10,500美元，若光伏与储能系统一起建设可以获得2,700美元折扣，因此安装一套7kWp光伏系统及一台Powerwall 2，需花费23,900美元，受惠于美国IRA对储能及光伏系统给予30%的税务抵免，消费者初始投资成本可降低至16,730美元，此外，由于美国电网独立，住宅储能系统可以避开居民在尖峰时段大量将光伏电力汇入电网，因此，一些当地的公共事业发电商(utility)也会提供几百至几千美元补贴不等，此情境下，纯光伏系统补贴以30%计算；光加储系统补贴则是加总30%ITC补贴及官方给予的折扣计算。

表一：住宅储能经济性测算基础条件

注：PV+ESS自用电力包含中午即发即用的光伏电力及储存在储能系统的备用电力
 

经济性测算 

如电价计算方式与表前、后储能市场发展(下)所提，美国加州以分时电价配合净计量的方式收购光伏电力，也就是居民当下回售给电网的光伏价格与当下电力公司销售电力的价格一样，由于美国有许多独立发电商，居民可选择与不同发电商签属不同电价方案，因此，本文以前文提及之加州电价方案为计算基准，综合不同季节及时间电价后，居民平均电价为USD 0.26 /kWh；纯安装光伏系统之用户回售电价以中午用电尖峰时间为基准价格，约USD 0.28 /kWh；而安装光加储系统之用户则可以选择在电力价格最高峰时回售电力，回售电价平均可达USD 0.40 /kWh。

此文经济性系指新安装之系统累积花费是否能低于传统购电，测算结果如图一所示，未安装太阳能及储能的居民电价10年总计支出16,544美元，平均用电成本为0.28美元/度；含补贴情况下，仅安装光伏系统的居民扣除回售电价后，10年总计支出5,732美元，平均用电成本为USD 0.10/kWh，约5年即可具有经济性；而安装光加储系统之居民扣除回售电价后，10年总计支出13,456美元，平均用电成本为0.22美元/度，约在第8.5年累积花费会低于传统购电，因此，含补贴的情况下，安装光伏系统及加装储能系统相较于传统购电皆能具有经济性 。

图一：美国加州住宅储能经济性测算（含补贴）
 

图二呈现了不含补贴的情况下，美国住宅储能是否具有经济性，此情境下，仅安装光伏系统的居民10年总计支出上升到10,546美元，平均用电成本为0.18美元/度，约在第7年累积费用会低于传统购电，相比有补贴延后了2年；而安装光加储系统之居民扣除回售电价后，10年总支出上升至21,795美元，平均用电成本为0.36美元/度，10年后平均用电价格仍高于传统购电，因此，在不含补贴情况下，纯安装光伏系统在十年内累积花费也能低于传统购电，但加装储能系统则需在十年后总花费才能具有经济性。

图二：美国加州住宅储能经济性测算（不含补贴）
 

藉由此次测算结果可见，美国住宅储能经济性在ITC政策催化下，不论是光伏系统或光储系统回收期都大幅提前至少2年，而系统的累积成本与经济性正是居民安装住宅光伏及储能系统的最大驱动力。

虽然十年下来光储系统平均用电成本看似高于纯光伏系统，不过InfoLink归纳出三个住宅储能询问度居高不下的原因，第一，受到乌俄战争的影响，多国民众开始思考用电稳定及自发自用的重要性，以避免随时不备而来的国际情势，第二，近年美国电价持续居高不下，加州政府也正在研拟降低光伏电力回售价格相关政策，使已安装光伏系统的用户回受电价效益变差，需要购入的电价却又持续上涨，因此居民对于能源自发自用的意愿不断升高，第三，在窥看Tesla Powerwall三代发展历程及其商业模式一文中可见，特斯拉储能系统价格不断上升，在品牌溢价的商业模式之下，短期内特斯拉住宅储能价格下降可能性不大，但尽管2023年设备价格居高不下，联邦及地方政府祭出的强力补贴使得光储系统已经能在保固期之内回收成本并且具有经济性，使得居民安装储能系统能大幅减少初始成本，也进而提升安装意愿，因此，在加州安装光储系统不仅能在保固期内即具有经济性，同时还能大幅提升居民用电品质以及用电自主，此现象不仅让当地居民安装储能意愿提升，更是让许多住宅储能设备厂在美国市场看到一道曙光。