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IEA和NEA联合报告:发电成本估算报告

北极星风力发电网  来源:风能专委会CWEA  作者:NEA  2021/2/9 10:33:11  我要投稿  

北极星风力发电网讯:2020年12月,国际能源署(IEA)和经合组织核能署(OECD-NEA,Nuclear Energy Agency)联合发布《预计发电成本报告》(2020年版)(Projected Costs of Generating Electricity, 2020 Edition),这是发布的第9版《预计发电成本报告》。

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《预计发电成本报告》(2020年版)

Projected Costs of Generating Electricity–2020 Edition

随着各国努力确保电力供应可靠、负担得起并且要求更低的碳排放量,各国的决策者、建模人员和专家,有必要掌握有关发电成本的可靠信息。本报告包括天然气、煤炭、核能和各种可再生技术发电的基本成本数据。本版本还首次包括了有关存储技术的成本以及核电站和燃料电池的长期运行信息。由来自经合组织和非经合组织24个国家/地区的243家发电厂的详细成本数据汇总而成。

低碳电力系统的特征在于,不同技术与不同功能的相互作用日益复杂,需确保始终提供可靠的电力供应。因此,2020年版的《预计发电成本》将工厂级成本,即平准化度电成本(LCOE),的简单指标纳入了研究背景。

2020年版《预计发电成本》的主要见解是,低碳发电技术的平均发电成本正在下降,并日益低于传统化石燃料发电的成本。近年来,可再生能源发电成本一直在下降,按照LCOE的计算,可再生能源的成本在许多国家,与可调度的化石燃料相比具有竞争力。新建核电站的电力成本保持稳定,但长期运行方面还是成本最低。如果碳价为每吨二氧化碳30美元,并且在碳捕集与封存方面没有突破,那么燃煤发电将超不再具有竞争优势。由于天然气价格的下降,燃气发电的成本有所降低,也证实天然气在能源转型过程中具有其作用。报告有大量详细的信息和分析,100多张图表

另外,IEA网站提供的LCOE计算器,包括了本报告中的所有LCOE数据。使用滑块调整条件,例如折现率和燃料成本,可以看到不同数据,并可下载CSV格式。跳转到LCOE计算器:

/articles/levelised-cost-of-electricity-calculator

一、低碳发电技术正在变得具有成本竞争力

2020年版的主要见解是,低碳发电技术的平均发电成本正在下降,并日益低于传统化石燃料发电成本。近年来,可再生能源发电成本在持续下降,假设碳价为30美元/吨,那么可再生能源发电成本(按LCOE计)现在已经具有竞争力。

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图1 不同技术LCOE成本,折现率设定为7%(左,化石能源发电技术,右,低碳技术)

预计到2025年,陆上风电的平均平准化发电成本最低。尽管各国之间的成本差异很大,但对于大多数国家而言(14个国家中有10个)陆上风电最低。大规模太阳能光伏的成本竞争力也非常高。

海上风电的成本大幅下降。五年前,LCOE的中位数超过150美元/兆瓦时,而现在却大大低于100美元/兆瓦时,已进入竞争范围。

两种水电(河流和水库)在某些地方具有竞争力,但成本仍然因地点情况而异。与2015年相比,新核电厂的发电成本在2020年版中的预期成本要低。但核电的地区差异也很大,但核电仍是可调度的低碳技术,其到2025年的预期成本最低。只有大型水库的成本可与之相比。与基于化石燃料的发电相比,预计核电厂比燃煤电厂更便宜。该报告确实也认识到,特别是在第4章中,不同技术对系统影响的重要性,最显著的是在较高的渗透率下,风能和太阳能光伏的间歇性性可能给系统带来额外的成本。

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3%折现率情况下各数值变化

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10%折现率情况下各数值变化

二、各中发电技术的成本竞争力取决于国家和当地条件

提供本报告数据的24个国家/地区的汇总数据无法说明平均发电成本。由于可再生能源或多或少的有利位置,因燃料成本和技术成熟度的不同,所有技术的成本可能会因国家和地区而异。此外,某些发电技术在电力系统总发电量中的占比会对其价值、负载因子和平均成本造成影响。

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7%折现率下按地区给出的技术成本中位数,日本风光等可再生能源成本较高

Median technology costs by region, dis rate of 7%

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更清晰的柱图形式

尽管可再生能源在大多数参与本报告的国家中具有很强的竞争力,但根据“2020年预计发电成本”的数据显示,在某些国家,可再生能源的成本仍高于化石燃料或核能发电(本报告中为日本、韩国和俄罗斯)。同样在一个国家,不同的地理位置也会导致各地发电成本的差异。在欧洲,陆上和海上风电以及公用事业规模的太阳能光伏发电,比天然气和新建核电都具有竞争力。

在美国,因为较低的燃料预期价格,燃气发电厂价格较低。但是,大多数发电厂以LCOE计算,陆上风能和公用事业规模的太阳能光伏在碳价30美元/吨的情况下,成本最低。随后是天然气发电、海上风电、新建核电,最后是燃煤发电。

在中国和印度,风电和光伏等间歇性可再生能源的平均平准化发电成本最低,两国的公用事业规模的太阳能光伏发电和陆上风电成本最低。核电也具有竞争力,这表明两国都拥有从当前仍然高度碳密集的发电中转型到低碳发电的基础。

三、延长核电站的服役年限很划算

本报告包括了核电站长期运行(LTO)的成本估算,即进行大规模整修,让核电站延长使用寿命。与新建核电站相比,利用现有的设施和基础设施,可以显著降低成本。

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延长核电站服役年限可降低成本

即使出现利用率降低的情况(对于高比例可再生能源的国家而言,核电厂可能存在使用率下降的问题),延长服役年限的方案,其成本也低于对其他低碳技术进行新投资。水力发电厂延长服役年限也能提高成本竞争力,但本报告未给出。

四、随着碳价的提升,碳捕集技术可能是可行的选择

在默认情况下,碳价如果为30美元/吨,则因为CCUS设备的投资成本较高且热效率降低,因此为燃煤和天然气发电厂装备CCUS的成本要高于传统基于化石燃料发电成本。

但如果碳价上升,则碳捕集技术可能可行。对于燃煤电厂,如果每吨二氧化碳定价50至60美元,CCUS装置具有竞争能力;对于燃气发电长,只有高于100美元/吨的碳价,CCUS才具备竞争力。在高碳价条件下,可再生能源、水电或核电是更好的选择。

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尽管触发CCUS电厂成本具有竞争力所需的碳价超过了当今的大多数价格,但与现有的碳社会成本相比,它们仍然相对较低。如果需要灵活的低碳发电,但又缺乏竞争性替代方案且可负担得起的化石资源,在碳价足够高的情况下,CCUS还是可能成为一种选择。

五、技术必须适应市场

随着可再生能源发电份额的增加,基荷发电厂可能会失去市场份额,不得不满足剩余需求。本报告对天然气、煤电和核电等可调度基荷技术按50%容量因子进行估算。

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对容量因子(capacity factor)的影响

结果表明,由于天然气燃气轮机的投资成本较低,而且在许多地区天然气价格变动幅度适中,因此非常适合处理不同的发电量。另一方面,由于高的投资成本,核电则需要高利用率。

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对折现率(dis rate)的影响

一项技术的资本密集程度越高,其LCOE对折现率(dis rate)变化的敏感性就越高。在基荷工厂中,这尤其意味着新建核电站的成本取决于折现率。如果只有3%的低折现率,表明较稳定的市场环境和较高的投资安全性,这种情况下,新建核电厂的LCOE就会低于新建燃煤和天然气电厂的LCOE。但如果折现率提高到7%或10%,表明有较高风险的经济环境,则新建核电厂的成本将超过化石燃料电厂的成本。

六、系统成本对于展现能源系统的全貌很重要

LCOE成本因其相对简单和透明,成为比较不同发电技术的众所周知的指标。本报告中的共同假设(假设跨地区的燃气发电、煤电和核电的容量因子相同)有利于清楚地识别成本之间的差异。但是,这种方法忽略了各个系统和市场的差异,而这些差异可极大地影响各项发电技术的成本竞争排名。这些特定于系统的特征与不同技术的技术和经济特征相互影响,即它们的可变性、可调度性、响应时间、成本结构和优劣顺序,还包括以下事实,即并非所有单位都在技术和市场上以相同的程度分配。更重要的是,LCOE指标适用于单个电厂的级别,并未解决不同发电技术以不同渗透水平为电力系统增加的价值。

特定类型的可变可再生能源的发电是相关的,并非始终可靠。发电的同时性(不一定与需求相关)会降低发电的价值。缺乏可靠性需要可调度的后备,或者需要灵活性选项(例如存储或需求侧响应)以确保始终保证供应的安全性。另外,需要平衡可变可再生发电的潜在快速变化。为了了解这种影响并确保以低碳电力(最少成本)满足给定的需求,需要进行电力系统级分析。总体而言,这意味着LCOE越来越需要通过其他分析来进行背景分析,以便获得有关不同发电技术相对竞争力的有意义的描述。

为了补充LCOE方法并实现特定于系统的成本比较,国际能源署IEA开发了一种方法,即通过价值调整后的LCOE(VALCOE)的系统价值组件来调整成本。它根据对使电力系统安全运行的所有方面的贡献来修改特定电力系统中单个技术的LCOE。计算结果反映了现有技术及其未来可能发展的价值。

结果表明,一项技术的工厂级发电成本可能会与其在整个系统中的价值有很大区别。特别是间歇性性可再生能源在这一点上更加明显:比如太阳能光伏发电厂其发电量具有高度相关性,随着太阳能发电份额的增加,其发电价值反而会显著。发电量高产时段会导致弃光现象,会减少负载因子并增加LCOE。在系统分析中需要考虑到这一点。相反,风力发电的输出在各个单位之间的相关性较小,因此,即使风电份额占比增加,其价值损失也较小。以目前的容量水平,这些相关性在许多市场中的影响仍然有限,但是如果实现了高比例可再生能源目标且相对占比增加,则相关性的影响可能会增加。

而成本可变的技术(例如高灵活性的开放式燃气轮机)可能只在几个小时内发电成本增高,但平均的系统价值(每发电单位)更高。大都数基荷电厂通常由燃气电厂、煤电和核电来负担,能长期可靠发电,其提供的价值就相当于系统的平均值。

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图ES6中报告的结果提供了IEA对欧盟,中国和美国的VALCOE分析的示例结果。在涵盖这些较大的地理区域时,该模型未考虑电网瓶颈或跨境流动,假设的是跨区域完全集成。因此,结果可能会低估未来系统的灵活性约束。VALCOE度量提供了一种创新的方法,可以用一个度量标准来捕获系统分析的复杂性。价值不仅取决于间歇性可再生能源的总体份额,还取决于诸如储能或互连的混合互补资源的成本以及竞争技术的成本。与许多其他模拟系统未来发展的系统分析(假设长期成本最优)相反,VALCOE计算所基于的场景试图复制真实世界的系统。未来还将系统化和完善当前的结果。

评估不同发电技术对系统的贡献可更全面地了解其经济成本。但是,为了衡量其对社会的全部成本,需要包括对人类健康的影响(通过空气污染和重大事故)、环境、就业、自然资源的可获得性和供应安全等。

七、储能变得越来越重要

能源结构中间歇性可再生能源份额的增加,会增加电价的波动性,因此提高灵活性和平衡则可获利。同时,沉没的投资成本(例如电池组成本)已经使短期电池存储在某些细分市场(例如辅助服务市场)中成为经济上有吸引力的选择。随着更多的波动性电价使跨期套利更具吸引力,与开放式燃气轮机等调峰装置相比,储能可能会成为一种有吸引力的替代方法,从而在未来几年内提高其重要性。因此,最新的“预计发电成本”报告首次包括了参与国提供的用于储能的成本数据。

储存可以补充间歇性可再生能源发电,以改善例如风能和太阳能光伏发电与电力需求的一致性。在未来的低碳系统中,多种灵活性选项的组合,例如储能、需求灵活性以及核电和水电的灵活低碳输出等组合,可能会提供成本最低的解决方案。

八、其他观点

另外,本报告还提供了由各个领域的专家撰写的五篇独立文章,对报告进行了补充,以考虑与发电成本相关的更广泛问题,并扩大了核心分析的范围。第6章,介绍了平均存储成本(LCOS)的方法;第7章总结了有关碳定价对电力部门的影响的知识状态;第8章介绍了核能在脱碳电力系统中的潜在作用的最新观点。它强调了寿命延长(LTO)的成本优势;第9章是法国电力TSO(传输系统运营商)RTE对通过电气化和部门耦合实现整体能源行业转型的贡献。第10章由IEA撰写,详细讨论了氢作为向清洁、安全和可负担的未来能源系统过渡的潜在关键要素,基于IEA 2019年的报告《氢的未来:抓住今天的机遇》,着重强调了电力部门在实现新出现的机遇中的关键作用,以及潜在的障碍和必要的后续步骤。

九、结论

这是《发电计划成本》第九版,重点介绍了来自许多国家/地区的多种技术的发电成本。不可避免地,区域、国家和地方条件至关重要。尽管如此,低碳发电技术的竞争力不断增强。该报告还首次深入考虑了不同发电方式对系统的影响,尤其是风能和太阳能光伏的间歇性性的影响。另外,首次介绍了储能成本。最后,本报告提供了运输、氢能或供热等行业即将电气化的观点,这些行业将以新的重要方式将发电与更广泛的经济结合起来。很有可能,这两者将在未来的《预计发电成本报告》中扮演更重要的角色。CWEA

备注:

1、还有5个非经合组织国家也参与了本项目,包括:巴西,中国,印度,罗马尼亚,俄罗斯和南非。其中,罗马尼亚和俄罗斯是NEA的成员国。巴西,中国和印度是IEA的协会国家和NEA的主要合作伙伴。

2、在第5章中分析了碳成本对基于化石燃料的发电的LCOE的影响。但是,该报告并未系统地比较所有技术LCOE对不同碳成本的影响。


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