剖析2023美國加州住宅儲能市場經濟性

2022年第三季，美國住宅儲能安裝161MW/400MWh，相較2021年同期增長36%，其中，安裝量最多的州分別為加州、波多黎各、夏威夷及德克薩斯州，由於聯邦政府推動降低通膨法案(Inflation Reduction Act, IRA)擴大儲能免稅範圍，再加上加州將於2023年針對太陽能費用進行一連串改革，不僅讓儲能話題更加火熱延燒，更有望加速推動美國住宅儲能的發展，因此，本文以加州為例，剖析美國住宅儲能是否能在十年之內具有經濟性。
 

測算背景

影響住宅儲能用電成本因素很多，包含年用電量、安裝初始成本、居民電價、回售電價以及光伏系統發電量等，本文以美國加州為例，試算年平均用電6,000kWh之家庭，搭配特斯拉7kWp的光伏系統以及13.5kWh的Powerwall 2儲能系統之效益。

假設光伏每日發電3.3小時，7kWp的光伏系統年發電量為8,431.5度，一般未安裝儲能系統情境下，平均PV自用率約30%，要達到更高PV自用率需仰賴儲能系統輔助，在安裝儲能系統情況下，假設光伏自用率提升至80%，且系統每日全充全放運行一次，在保固內運行十年，考量實際使用時電池充放電深度及設備衰退率，系統運行效率以90%計算。
 

系統成本與補貼

以2022下半年價格計算，特斯拉光伏系統價格約USD 2.3 /W，一套Powerwall 2價格約10,500美元，若光伏與儲能系統一起建設可以獲得2,700美元折扣，因此安裝一套7kWp光伏系統及一台Powerwall 2，需花費23,900美元，受惠於美國IRA對儲能及光伏系統給予30%的稅務抵免，消費者初始投資成本可降低至16,730美元，此外，由於美國電網獨立，住宅儲能系統可以避開居民在尖峰時段大量將光伏電力匯入電網，因此，一些當地的公共事業發電商(utility)也會提供幾百至幾千美元補貼不等，此情境下，純光伏系統補貼以30%計算；光加儲系統補貼則是加總30%ITC補貼及官方給予的折扣計算。

表一：住宅儲能經濟性測算基礎條件

註：PV+ESS自用電力包含中午即發即用的光伏電力及儲存在儲能系統的備用電力
 

經濟性測算 

如電價計算方式與表前、後儲能市場發展(下)所提，美國加州以分時電價配合淨計量的方式收購光伏電力，也就是居民當下回售給電網的光伏價格與當下電力公司銷售電力的價格一樣，由於美國有許多獨立發電商，居民可選擇與不同發電商簽屬不同電價方案，因此，本文以前文提及之加州電價方案為計算基準，綜合不同季節及時間電價後，居民平均電價為USD 0.26 /kWh；純安裝光伏系統之用戶回售電價以中午用電尖峰時間為基準價格，約USD 0.28 /kWh；而安裝光加儲系統之用戶則可以選擇在電力價格最高峰時回售電力，回售電價平均可達USD 0.40 /kWh。

此文經濟性系指新安裝之系統累積花費是否能低於傳統購電，測算結果如圖一所示，未安裝太陽能及儲能的居民電價10年總計支出16,544美元，平均用電成本為0.28美元/度；含補貼情況下，僅安裝光伏系統的居民扣除回售電價後，10年總計支出5,732美元，平均用電成本為USD 0.10/kWh，約5年即可具有經濟性；而安裝光加儲系統之居民扣除回售電價後，10年總計支出13,456美元，平均用電成本為0.22美元/度，約在第8.5年累積花費會低於傳統購電，因此，含補貼的情況下，安裝光伏系統及加裝儲能系統相較於傳統購電皆能具有經濟性 。

 
圖一：美國加州住宅儲能經濟性測算（含補貼）

圖二呈現了不含補貼的情況下，美國住宅儲能是否具有經濟性，此情境下，僅安裝光伏系統的居民10年總計支出上升到10,546美元，平均用電成本為0.18美元/度，約在第7年累積費用會低於傳統購電，相比有補貼延後了2年；而安裝光加儲系統之居民扣除回售電價後，10年總支出上升至21,795美元，平均用電成本為0.36美元/度，10年後平均用電價格仍高於傳統購電，因此，在不含補貼情況下，純安裝光伏系統在十年內累積花費也能低於傳統購電，但加裝儲能系統則需在十年後總花費才能具有經濟性。

圖二：美國加州住宅儲能經濟性測算（不含補貼）

藉由此次測算結果可見，美國住宅儲能經濟性在ITC政策催化下，不論是光伏系統或光儲系統回收期都大幅提前至少2年，而系統的累積成本與經濟性正是居民安裝住宅光伏及儲能系統的最大驅動力。

雖然十年下來光儲系統平均用電成本看似高於純光伏系統，不過InfoLink歸納出三個住宅儲能詢問度居高不下的原因，第一，受到烏俄戰爭的影響，多國民眾開始思考用電穩定及自發自用的重要性，以避免隨時不備而來的國際情勢，第二，近年美國電價持續居高不下，加州政府也正在研擬降低光伏電力回售價格相關政策，使已安裝光伏系統的用戶回受電價效益變差，需要購入的電價卻又持續上漲，因此居民對於能源自發自用的意願不斷升高，第三，在窺看Tesla Powerwall三代發展歷程及其商業模式一文中可見，特斯拉儲能系統價格不斷上升，在品牌溢價的商業模式之下，短期內特斯拉住宅儲能價格下降可能性不大，但儘管2023年設備價格居高不下，聯邦及地方政府祭出的強力補貼使得光儲系統已經能在保固期之內回收成本並且具有經濟性，使得居民安裝儲能系統能大幅減少初始成本，也進而提升安裝意願，因此，在加州安裝光儲系統不僅能在保固期內即具有經濟性，同時還能大幅提升居民用電品質以及用電自主，此現象不僅讓當地居民安裝儲能意願提升，更是讓許多住宅儲能設備廠在美國市場看到一道曙光。