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轴上的BritNed电缆,形成了英国和荷兰之间的连接线
在其卷轴上的BritNed互连电缆。来源:BritNed。
可再生能源
2017年2月22日8:00

深入:可再生能源的整体系统成本

西蒙埃文斯

西蒙埃文斯

02.22.17
西蒙埃文斯

西蒙埃文斯

22.02.2017 |上午8:00
可再生能源 深入:可再生能源的整体系统成本

戏剧性成本减少意味着风和太阳能现在可以在包括英国的许多地区的传统能源价格上竞争价格。必威体育在线注册

这将焦点转向将可再生能源整合到电力系统中的所谓“整个系统成本”,包括支持间歇性发电和加强电网。在一个报告本周出版,英国能源研究中心(UKERC)审查了最新的证据必威体育在线注册,发现这些成本是“适度” - 可能是每兆瓦的10英镑(MWH)的10英镑,即使风和太阳能从今天的产出翻倍。

但英国需要继续投资和升级其电网,无论发电技术的混合如何。更灵活的电网将有助于保护电力供应,并将可再生能源的集成成本保持在最低限度,提供储蓄到2030年,每年高达8亿英镑。

必威手机官网碳简介探讨了整个系统成本周围的辩论和证据。

背景

UKERC综述更新了一个类似的研究从2006年开始,风险和太阳能的整合成本将是每兆瓦的5-8英镑(MWH)。新审查涉及来自含有来自世界各地数千个数据点的200个报告的证据。

UKERC主任Rob Gross博士总结了过去十年的变化,他在伦敦的新闻发布会上说:

“2006年,使用可再生能源发电的成本很高,但提供灵活性的成本微不足道。我们现在要说的是,用可再生能源发电的成本正在下降,但如果你想在系统中有大量的可再生能源,那么提供灵活性的成本可能会变得相当大。”

事实上,最新的英国证据为政府收集的资料显示,陆上风能和太阳能已经可以与天然气竞争。到2025年,有证据表明它们将成为便宜的来源发电量的每兆瓦时的价格。(注意,这个比较包括二氧化碳定价)。

风能和太阳能可能越来越便宜,但是批评人士说这些价格不包括整个电力系统施加的成本。其他人称,每种发电技术为网格提供一系列不同的服务,即不能被重视单独的价格。

2014年秋季,政府的回应是调试一系列调查可再生能源整个系统成本的研究。

三相项目后来被吹捧在一个星期天邮寄文章援引一位“高级能源”人士的话称:“某些可再生能源可能并不像我必威体育在线注册们想象的那么便宜。”

本研究的第一部分,由前沿经济学,几个月前完成了。在2016年7月,部长告诉议会,它将在“适当时候”发表。他们说了同样的话,11月12月2016.

尽管努力然而,为了迫使发表,这些发现都没有出现,也没有得到一些可更新的支持者的支持建议这是因为它们将显示集成成本很低。与此同时,高估计数系统成本是例行公事地被那些反对气候政策的人引用。

整合成本

可再生能源有多种方式可以对系统施加成本,从需要备份间歇性供应到加强网格。UKERC审查列出了六个类别的影响。它还强调每个标题重叠下的成本,因此不能简单地添加它们。

在我们依次查看每个类别之前,值得补充的是,成本估算相差很大。格罗斯告诉碳简报:“将可必威手机官网再生能源整合到一个电力系统中需要多少成本,完全取决于这个系统有多灵活,还取决于地理因素。”

该报告称,成本估计通常是“对于灵活的系统大幅降低”。总增加:

”最重要的一个消息从我们的报告是没有单一的答案,要花多少钱来集成可再生能源…最重要的是,政策制定者应该考虑在能源领域是如何让系统智能和灵活,可以利用低成本的资源可用必威体育在线注册可再生能源,并以经济有效的方式将它们整合到系统中。”

可再生能源增加系统成本的第一种方式是提高储备金要求。电网运营商已经需要储备灵活的发电机,以防常规发电站在没有预警的情况下发生故障。

风和太阳能输出中的短期波动可能意味着需要更多的储备。UKERC综述表明,如果风和太阳能供应30%的电力需求,这可能会增加5英镑/兆瓦。请注意,这是今天的两倍水平:风和太阳覆盖14.5%英国权力在2016年。

在50%的渗透率下,成本可能上升到15英镑到45英镑/兆瓦,顶端反映了一个非常不灵活的电力系统。粗略说,在规划未来的电力系统时,不灵活网格的高成本显示“不做什么”。

英国短期储备已经扩展到满足大型海上海上风手。有趣的是,这意味着它们现在也足以满足计划的崩溃Hinkley C.新核电站,显示将系统成本固定在单个项目或技术上是多么困难。

UKERC列出的第二类成本维持足够的能力,以始终满足最高需求。它说,这些约为4-7 / mwh的渗透率。它将增加不超过15英镑,即使风和太阳能供应一半的电,也没有贡献任何东西以满足高峰需求。

第三个成本领域来自于加强输电网络。电网已经需要一个滚动更新和扩建计划。随着太阳能和风能的发展,额外的成本可能会达到5-20英镑/兆瓦时,而且,最高端也与不灵活的电网有关。

UKERC指出,扩大电力网络——例如通过建设与其他国家的互联网络——会给整个系统带来好处。这意味着将全部成本分配给可再生能源是“误导性的”。

有关的成本领域是缩短的,其中浪费了Windfarm产出,因为没有足够的网格能力来获得客户的权力。乌克立特说,缩减是“一般很低”。电网投资可以进一步减少,同时提高网络成本。同样,这表明系统成本如何相互重叠或互换。

第五种系统成本涉及传统发电站的效率,如果它们必须响应可变可再生代而不是稳定运行而导通和关闭,这可能会受到损害。UKERC表示,大多数研究发现这一影响是“非常小”。

最后,可再生能源的增加和化石燃料发电厂的减少通过降低一种质量来改变电力系统的弹性惯性传统上,它源于蒸汽驱动涡轮机的旋转质量。UKERC说,只有当风能和太阳能的电网渗透率超过50%时,系统惯性的昂贵改变才可能变得显著。

整个系统的方法

UKERC说,不同类型的系统成本之间的重叠意味着这些逐个类别的成本估算“不能简单地相加来确定总系统成本”。

正如格罗斯解释的那样:“我们很多人会说,答案是6个或11个。不幸的是,情况比这要复杂一些。”

Gross and his co-author, Phil Heptonstall, a UKERC research fellow, tell Carbon Brief that at 30% penetration for wind and solar – roughly double today’s level – the total for the two most significant categories of system cost amounts to around £10/MWh. Heptonstall tells Carbon Brief:

“这不包括异常值,因为它们假设所有[太阳能]光伏场景和/或他们使用的方法是受到实质性批评的。它还在此基础上排除了传输和网络强化成本,即这种增强件在整个系统上赋予益处,而不仅仅是可变可再生能源。这是一种简化,但在我们看来,不是一个不合理的。“

UKERC说,评估整个系统成本的一个更可靠的方法是采用整个系统的方法。这意味着创建一个模型来模拟电力系统,然后比较有和没有高水平的风能和太阳能的版本。

Hugo Batten.他是咨询公司的高级项目负责人极光能源研究必威体育在线注册,讲述碳简单,根必威手机官网本无法获得准确的系统集成成本估算,而无需将不同的电市场模拟到半小时分辨率。

如果你不这样做,Batten说,“我会对结果持保留态度。”已经有一些发表的研究使用了整个系统的方法,其中一些包括在UKERC的评论中。他们的发现与Gross和Heptonstall的简化估计(约10英镑/兆瓦时)类似。

根据中等灵活性电力系统,风险和太阳能的总集成成本平均在2020年代的10英镑和14英镑/兆瓦,按照一个研究其经济咨询受德拉克斯发电站委托。

在一个报告委托开展的太阳能协会,Aurora发现太阳能集成成本将达到700多英镑/兆瓦。这一估计假设2030年从今天的11个Gigawatts(GW)到40GW的太阳能量增加到40GW。如果电池成本下降速度比预期快,太阳能集成可能是电力系统的净利(见下文)。

英国太阳能估计系统集成成本。资料来源:极光能源研究。必威体育在线注册

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另一个完整的系统研究,来自帝国学院代表几家能源公司,在2030年,从6至48英镑/兆瓦260万英镑的范围内找到必威体育在线注册整合成本。只要系统包括与今天的水平相比的额外灵活性(参见图表),该范围不超过17英镑/兆瓦。

估计2030年海上风电(左)、陆上风电(中)和太阳能(右)的系统集成成本。没有弹性反映了今天的情况。低/中伸缩增加5/10GW的新存储和6/7GW的新连接器。CAPEX是指发电(G)、局部配电网(D)和区域输电网络(T)的资本成本。OCGT和CCGT分别是开式循环和联合循环燃气轮机。CCS是碳捕获和储存。资料来源:帝国学院。

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早些时候工作帝国电力公司(Imperial)为气候变化委员会(CCC)开展的这项研究发现,如果电力部门对英国实现气候目标做出其建议的贡献,2030年系统集成成本将在6英镑至9英镑/兆瓦时之间。

结论

认为风能和太阳能会给电力系统带来巨大隐性成本的观点,已成为英国政治辩论的一个主要议题(至少在某些方面)。考虑到其复杂性和集成成本的估计范围非常广泛,这个主题已经成熟,适合开发。

UKERC的报告试图总结有关间歇性成本的所有证据。它的主要信息是,如果增加系统灵活性,成本可以最小化。部长承认电力系统现代化的需要寻求意见关于这个怎么样的。

这一回顾也让我们有机会认识到,发电的基本成本(每兆瓦时)是衡量电力系统有用性的一种有限方法。

有一种日益增长的运动必威体育在线注册能源系统专家从平均每兆瓦时的成本转向重视发电的时间、地点和灵活性。政府期待已久的系统成本评估报告的作者Frontier Economics也支持这一观点。

在一个简短报告在问题上,边防基于电力市场和政策的改革,返回系统成本的细微差别方法,如市场容量。它说:

“虽然人们很容易相信,通过明智地使用简单的技术提高或惩罚,这些被遗忘的成本可以纳入现有的支持计划,但这不是最好的方法,尤其是因为必要的调整将被证明是非常困难的(和有争议的)计算。

“而不是试图通过低碳支持机制解决这些问题,政策制定者应专注于修改其市场和充电框架,以使所有演员 - 常规和低碳相同 - 对整个系统的影响更为责任。”

尽管如此,如果整合成本在可再生能源成本中增加10英镑/兆瓦时(正如英国能源研究中心的评论作者告诉碳简报的那样,可以合理地假设),那么在2020年,陆上风能和太阳能仍将是最便宜的发电方式之一。必威手机官网

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