研究脱碳成本

2019-04-27 14:24    脱碳

自2012年以来,经合组织核能机构(OECD-NEA)就发电成本编制了非常有用的报告,旨在找到最有效和最便宜的能源系统脱碳方法。这家总部位于巴黎的组织最近公布了其最新报告“脱碳成本 - 核能和可再生能源高成本系统成本”的结论


在其2015年报告中, 发电成本预计经合组织国家能源局就两个关键点提供了证据。首先,尽管最近的高成本项目 - 西方国家首创 - 大多数新核电厂都提供了与任何其他发电源相当的平衡电力成本(LCOE),包括大多数可变可再生能源( VRE)。LCOE收集所有成本,包括Capex和Opex,直到将新工厂连接到电网。其次,VRE的LCOE没有考虑到社区需要支付的系统成本 - 电网改进以适应远离消费的生产; 由于VRE的可预测性低而平衡; 和频率控制和电力备份/存储。系统中VRE的份额越高,系统成本就越高。

针对政策制定者,新报告提出了评估有效实现未来电力系统深度脱碳(低于50gCO 2 / kWh)的选择时的主要考虑因素。这些是:

在给定VRE份额下实现脱碳目标的最具成本效益的混合物是什么?

哪些技术可用,它们合理预期的成本是什么?它们对电力系统整体可靠性的影响是什么?

哪些政策将导致深度脱碳所需的长期投资?

教学方法

该研究比较了达到相同50gCO 2 / kWh的不同系统,这或多或少是到2050年达到2度气候变化情景的商定目标。它考虑了一种“绿地”方法 - 从头开始​​定义能够在一年内产生540 GWh的整个系统,以避免来自现有技术或系统的过多假设或中断。

基本情景包括一些水电,核电和一些天然气。它是LCOE,电网和系统成本中最便宜的; 它没有任何VRE(它们的LCOE仍然高于核能达到MWh的特定发电量)或VRE专用存储,它具有强大的电网并为系统成本设置参考; 它具有USD35 /吨CO的碳价约束2消除任何煤产生。

这种情况与法国系统有一些相似之处,法国系统仍然向最终消费者提供最便宜的电力 - 包括所有补贴和税收。

四种情景探讨了发电组合中VRE的份额越来越大 - 分别为10%,30%,50%和75% - 并且与基本情景相比,查看所需的发电容量及其LCOE以及所有额外的系统成本。除了2015年报告中提出的系统成本之外,新研究还强调了“概况”或“利用”成本的作用,这反映了当VRE份额增加时提供剩余负荷的成本。系统中的VRE越多,剩余负载就越昂贵。

毫不奇怪,当增加VRE在发电中的份额时,所需的容量增长到基本情况的三倍以上。核能显着减少,天然气产能增加一倍以上。核的减少是由于VRE对系统施加的高上升/下降要求。核可以适应这种情况,但是,在一定程度上它会影响负载系数,使核变得不经济。在任何研究场景中,电池存储的作用非常有限。存储成本对于频率控制或短期均衡是可承受的,但在任何情况下,电池存储都不能在中长期存储中发挥作用,因为它在研究的时间范围内具有成本。因此,没有VRE和核不足时的电力平衡必须来自天然气。

电力成本 - LCOE加系统成本 - 从基准情况下的USD65 / MWh增加到USD130 / MWh,其中75%来自VRE。除了LCOE之外,系统成本几乎呈指数增长,而VRE的份额则从10%VRE情景中的8美元/兆瓦时的低点上升到75%情景中的50美元/兆瓦时。网格,平衡和连接成本占三分之一,而配置成本占三分之二。由于VRE的可变性,大多数配置文件成本来自系统的去优化 - 因为可再生能源的生产时间相关 - 这在大型现有系统中可见。部署的VRE越多,剩余负载就越昂贵,并且当VRE的份额高于50%时,产生所有VRE类型时的产能过剩导致VRE源的削减越来越多。

该研究指出市场电价的高波动性。现有市场主要基于发电边际成本的优点顺序,但VRE的边际成本为零。这意味着当VRE的份额增长到需求容量水平时,VRE偶尔会满足所有需求并导致市场上的电价为0美元/兆瓦时,同时削减一些VRE。从10%VRE到75%VRE,价格为0美元/兆瓦时的小时数从几小时增加到每年近4000小时。作为补偿,价格高于USD100 / MWh的小时数增加。这导致电价的高波动性和巨大的价格不可预测性。

该报告提出了五项主要建议:

认识并公平地将系统成本分配给导致它们的技术; 培育具有竞争力的短期市场,以便以具有成本效益的方式发送现有技术;

通过为投资者提供稳定性,鼓励对低碳技术的新投资;

确保足够的容量和灵活性,以及​​输配电基础设施;

实施碳定价,作为电力供应脱碳的最有效方法。

制定适当的政策,以最具成本效益的方式快速部署所有可用的低碳技术,以便成功地使电力部门脱碳

我的看法

碳定价设定碳价似乎是显而易见的。研究表明,35美元/吨CO 2 被认为是足以从所有的情况下消除煤炭,至今没有从已经在一些国家已经实现了20美元。越早实现这一点就越好,因为我们都同意迫切需要对能源系统进行脱碳处理。

系统成本。理想情况下,应制定策略以确保系统成本得到充分分析并分配给生成它们的源。在英国,Dieter Helm博士提出了固定等效电源的概念,即任何VRE源都应该保证其输出具有一定的存储能力。实际上,在任何给定的系统中,这将很难实现。

短期竞争市场的好处。人们可能质疑大多数现有电力市场的充足性:过去,当所有来源都具有可比较的LCOE且完全暴露于市场时,绩效指令可能是合理的。由于补贴,税收抵免或电力购买协议,许多VRE实现了盈利,电力市场的价格为零,不再与VRE的份额增加相关。

鼓励对低碳技术的新投资。在每个形式的发电都根据其自身优点进行处理的市场 - 没有任何补贴或优先权 - 将需要新的和明确的法规。由于VRE的比例较高,现有市场将非常不稳定,并将为任何长期投资及其融资带来高风险。如何制定政策以吸引对核电和非补贴VRE的投资?

容量,灵活性和基础设施。有明显的证据表明 - 除了水电之外 - 作为唯一的低碳可调度技术,核能与一些VRE一起实现脱碳电力系统是必不可少的。社区的成本效益导致了一个平衡的系统,其中核的价值和VRE的价值不会因过多的VRE而被破坏。而不是制定具有VRE份额目标的政策 - 此外还需要能力,灵活性和电网基础设施 - 首先在碳含量中设定目标,然后确定最具成本效益的电力系统是不是更可取?

在考虑有关技术类型的事实,其成本(包括系统成本,管理公众对不同技术的接受程度以及评估更高电价的可能性)时,政策制定者可以为适当的途径创造条件和市场规则。

有些事项不属于NEA研究范围,但对政策制定者来说非常重要。一个是,为了适应高比例的VRE,系统不仅必须开发输电和配电网,还要采用尚不存在的新技术来适应VRE产生所带来的波动。研究中可能已考虑到这些成本,但与未来技术相关的风险又如何呢?那么这种系统的可靠性及其弹性又如何呢?

该研究没有考虑任何情景中所需的物质资源,但这是一个需要考虑的主题。从本质上讲,VRE在大多数区域都有一个有限的负载因子:为了实现GWh中的同一代,VRE需要的容量是任何可调度源的三倍,并且需要大量的存储容量,同样需要有限的负载因子。这是使用地球所能提供的资源的最有效方式吗?

另一个需要考虑的主题是特定情景的可接受性。虽然现有核能发电一般被广泛接受,但新核能可能是一项挑战; 但是VRE的相对较大的部署及其足迹呢?分配/连接要求的可接受性和可行性如何?

NEA的Jan-Horst Keppler在为该研究提供的网络研讨会上说:“一个理想且最具成本效益的系统应该包括三分之一的VRE,三分之一的核电和剩余的水电(如果有的话),CCS的气体价格合理且具有灵活性需求。”

我的结论

核电将在未来的脱碳系统中发挥关键作用。虽然它可靠地提供大量可调度的低碳能源,但它在一些经合组织国家面临着社会接受的问题。然而,这项研究表明,尽管一些新一代反应堆面临经济挑战,核电仍然是如何满足严格碳限制的经济上最佳选择。核电的成本优势不在于其工厂级成本,而在于竞争力。相反,它在于它对电力系统的整体利益。VRE的工厂级成本已经大幅下降,但其系统的总体成本并未计算在内,因为其产量在有限的高级时段内聚集。所有这些因素将在每个国家的最终选择中发挥作用。

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