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图2 2050年各情景装机容量及发电量结构
80%RE-NTI、80%RE-ITI与80%RE-ETI这三种情景主要侧重于目前较为前沿的发电技术——太阳能发电。从图2可以看出,在80%RE-ETI情景中,光热发电发展迅速,装机达到1.3亿千瓦,而水电与风电相对其他情景较低,仅为0.81亿千瓦与3.9亿千瓦;80%RE-NTI情景主要依赖目前较为成熟技术,风电与水电装机增加较快,分别达到5.6亿千瓦与1.7亿千瓦,而光热装机仅100万千瓦,规模光伏也仅达到500万千瓦。
在输电约束情景中,新建输电设施受到限制,于是负荷中心地区可再生能源发展迅速,包括屋顶光伏、海上风电与生物质发电,2050年其装机分别达到1.7亿千瓦、1.8亿千瓦以及0.98亿千瓦,而需要大量输电设备发电技术,如光热发电与陆上风电,仅为0.33亿千瓦与0.28亿千瓦。
在灵活性约束情景中,间歇性电源发展受到限制,而带有储热光热电站以及储能机组发展迅速。2050年,光热装机高达0.89亿千瓦,而规模光伏与风电仅为0.64亿千瓦与4.2亿千瓦。
资源约束情景中,受选址与许可程序影响,生物质能、地热能以及水能发展受到限制,但是资源分布广泛的可再生能源呈现快速发展趋势。2050年,光热及陆上风电装机分别达到1.2亿千瓦与4亿千瓦,而生物质发电、地热发电以及水电仅为0.52亿千瓦、0.12亿千瓦与1.04亿千瓦。
能源效率与电力消费政策变化不明显时,可能导致未来电力需求量大幅增加。为此,《前景研究》进行了“高需求80%可再生能源发电量”情景分析。此情景相比各低需求情景(包括80%RE-NTI、80%RE-ITI、80%ETI、资源约束情景、输电约束情景、灵活性约束情景),总装机从12.7亿~14.7亿千瓦增加至19.3亿千瓦,光伏发电与海上风电增幅显著,装机分别达到4.2亿千瓦与4.6亿千瓦;由于资源限制,水能、生物质能以及地热能装机比重有所降低。在“高需求80%可再生能源发电量”情景中,间歇性电源比重较大,达到了总电量49%(各低需求情景为39%~47%),于是输电容量也随之增加。为提高电网灵活性,天然气机组也从低需求情景中的2.4亿~3.01亿千瓦增加至3.9亿千瓦,运行备用也从0.93亿~1.28亿千瓦增加至1.43亿千瓦,另外可中断负荷也2800万~4800万千瓦增加至6400万千瓦。可见需求电量增加,给整个电力系统带来的挑战会更加严峻。
五、结语
化石能源的弊端日益凸显,能源安全、能源价格、能源储量、气候问题、环境污染以及社会问题等等,均进一步限制了化石能源发展。加快可再生能源发展,已成为各国能源战略的重要选择,从近几年形势看,各国均掀起了可再生能源发展热潮。然而在政策制度、技术发展水平、市场驱动等因素不确定的前提下,对未来可再生能源发展所产生的相关影响进行准确评估较为困难,为此《前景研究》针对各因素进行一系列情景分析,这对美国以及世界可再生能源发展具有重要影响。提高可再生能源发电量比重,需要从电源结构、输电设施、消纳措施等方面共同努力,需要政府制定相关政策,进行资金支持,同时可再生能源在开发过程中,需要协调处理好发展规模与技术进步、社会影响、环境保护以及市场监管等各方面的关系。
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