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核電看風(fēng)光:高滲透率下的三個警示

作者:宋燕華 來源:風(fēng)電順風(fēng)耳 發(fā)布時間:2020-11-21 瀏覽:

雖然行業(yè)內(nèi)普遍預(yù)期十四五期間可再生能源、尤其是陸上光伏將成為電源側(cè)主要新增方向,但從目前的情況來看,火水核電未見增量停滯勢頭。

比如,9月2日,國務(wù)院常務(wù)會議做出海南昌江二期和浙江三澳一期兩個核電項目的核準(zhǔn)決定。在增加700億元投資的同時,也將在十四五末增加浙瓊兩地年均合計250多億kWh的優(yōu)先發(fā)電量,對本地電源以及外來電源的消納和電價形成沖擊。

一邊是倡導(dǎo)清潔化發(fā)展的煤電,一邊是渴望成為清潔能源基荷的核電,可再生能源在電源中應(yīng)該占據(jù)怎樣的位置?傳統(tǒng)能源、清潔能源和可再生能源三者之間是否存在最佳的配置比例?從開發(fā)投資角度,在可再生能源發(fā)電比例上升后,還有哪些可能存在的成本和變化需要被投資人納入考慮?

可再生能源:從壁龕到主流

2019年,我國風(fēng)電光伏合計發(fā)電量占比約為8%,在配額制及造價下降的雙重刺激之下,十四五末風(fēng)光滲透率(即發(fā)電量占比)有望提高至20%,未來五年,正是可再生能源在電源結(jié)構(gòu)中地位上升、以及對電力系統(tǒng)影響逐步顯現(xiàn)的爬坡期和關(guān)鍵期。

目前,我國從電網(wǎng)側(cè)到發(fā)電側(cè)對于高比例接入可再生能源對電力系統(tǒng)的影響分析主要集中在調(diào)峰調(diào)頻等方面,解決方案包括輔助服務(wù)市場的建立和深化、以及發(fā)電側(cè)/電網(wǎng)側(cè)設(shè)備性能的提升以及配置儲能等途徑。

但實際可能產(chǎn)生的變化遠(yuǎn)不止于此。2019年,OECD/NEA曾發(fā)布《The Costs of Decarbonisation》,以一個年用電量5370億kWh的地區(qū)(如法國)為例,研究在當(dāng)前裝機(jī)格局的基礎(chǔ)上,當(dāng)風(fēng)電、光伏合計滲透率分別為10%、30%、50%、75%時,區(qū)域在系統(tǒng)成本、可靠性、電價等方面的顯著變化。

發(fā)現(xiàn)盲點,有利于政策制定者和行業(yè)參與者的科學(xué)規(guī)劃與合理決策。需要聲明的是,由于OECD/NEA是倡導(dǎo)核電發(fā)展的行業(yè)機(jī)構(gòu),因此報告觀點中會更突出核電的優(yōu)勢和必要性,同時案例地區(qū)的發(fā)輸配電成本和電源結(jié)構(gòu)與我國不盡相同,因此可重點借鑒分析架構(gòu),而非具體數(shù)值。但整體上仍然極具參考意義。

警示1:高滲透=高裝機(jī)

由于各類機(jī)組發(fā)電能力不同,而風(fēng)電光伏屬于容量因子偏低的類型,為此在相同的碳排放強(qiáng)度下(CO250g/kWh),為實現(xiàn)相同發(fā)電量,如風(fēng)光滲透率越高,發(fā)電側(cè)裝機(jī)容量越大。當(dāng)案例地區(qū)風(fēng)光滲透率從10%上升到30%,裝機(jī)容量需要從118GW上升到167GW。如進(jìn)一步提升至50%,則總裝機(jī)容量將翻倍至220GW。

圖1 案例地區(qū)不同可再生能源滲透率下裝機(jī)規(guī)模/GW

(VRE= variable renewable energies)

啟示1:電源側(cè)從競爭到伴生

風(fēng)電光伏裝機(jī)的增長離不開其他電源的同步增長及協(xié)同利用。

縱觀我國電源側(cè)尤其是可再生能源的開發(fā)歷程,早期主要是資源利用導(dǎo)向,而且同一片區(qū)一般只開發(fā)一種電源;近年來伴隨光伏造價下降和從業(yè)者的融合,逐步興起了“單位面積產(chǎn)出最高”的風(fēng)光協(xié)同開發(fā)設(shè)計理念;在新能源汽車行業(yè)發(fā)展帶動電化學(xué)儲能成本顯著下降、以及發(fā)電側(cè)配儲能成為某些地區(qū)的窗口指導(dǎo)后,近期的項目開發(fā)均強(qiáng)調(diào)了風(fēng)/光+儲的特色,但其中噱頭和促進(jìn)核準(zhǔn)的意味更濃,從系統(tǒng)成本角度考慮的比重較弱。

相比,近期發(fā)改委、能源局出臺了關(guān)于開展“風(fēng)光水火儲一體化”、“源網(wǎng)荷儲一體化”發(fā)展的征求意見,與這一點不謀而合。除了對資源的充分利用外,未來項目開發(fā)需強(qiáng)調(diào)內(nèi)部不同電源品種之間在系統(tǒng)成本上的協(xié)同性和集約性,在發(fā)電量最高、系統(tǒng)成本最低之間尋求最佳配置比例。

警示2:系統(tǒng)成本邊際遞增

間歇性電源滲透率上升后,對系統(tǒng)成本的影響呈現(xiàn)邊際遞增趨勢。與行業(yè)慣用的全生命周期平準(zhǔn)化度電成本(LCOE)相比,系統(tǒng)成本主要反映電源對電網(wǎng)系統(tǒng)的影響,如備用電源、調(diào)峰調(diào)頻、輸配電線路增加及加固成本等,在可再生能源占比高的情形下尤顯重要。有關(guān)系統(tǒng)成本概念,可詳見《從LCOE到系統(tǒng)成本》。

在案例地區(qū),當(dāng)可再生能源滲透率為10%,系統(tǒng)成本約為7美元/MWh(折合人民幣4.76分/kWh)。當(dāng)滲透率提高到30%,系統(tǒng)成本翻倍至17.5美元/MWh,滲透率達(dá)到50%時,系統(tǒng)成本則進(jìn)一步攀升至30美元/MWh。

由于可再生能源匯集了日內(nèi)、季度、年際的資源和出力波動,在系統(tǒng)成本當(dāng)中,備用成本的上升最為顯著。另外,由于一般地區(qū)用電高峰出現(xiàn)在傍晚而非正午,與光伏發(fā)電時間并不匹配,為此在不考慮儲能及能量時移的顯著影響下,光伏容量增長并不能減少常規(guī)電源的容量需求和高峰期出力,導(dǎo)致其他電源的產(chǎn)能整體上利用率不足。

圖2 案例地區(qū)不同可再生能源滲透率下系統(tǒng)成本USD/MWh

從輸配電投資來看,在分布式電源低滲透率的情況下,可以起到一定的延緩大電網(wǎng)建設(shè)的正面效果,但當(dāng)分布式電源滲透率上升后,配電網(wǎng)也需要升級改造方可滿足用戶側(cè)的雙向電力流動需求,從而增加配電網(wǎng)建設(shè)成本。

對于調(diào)峰服務(wù)的來源,除了向市場購買、發(fā)電側(cè)多種電源(含儲能)自帶調(diào)峰以外,限電也被看做一種選擇,而且是系統(tǒng)成本最低的一種調(diào)峰方式。案例地區(qū),可再生能源發(fā)電量在滲透率達(dá)到30%后開始出現(xiàn)限電,在滲透率為50%時,部署的邊際可再生能源機(jī)組的限電率將超過10%。基于國內(nèi)實際,可以理解為適度超裝+能量管理平臺。

啟示2:必須考慮的輔助服務(wù)費(fèi)用

今年以來,我國新能源企業(yè)需要支付調(diào)峰費(fèi)用的地域范圍,已經(jīng)從東北和西北等傳統(tǒng)高限電地區(qū)蔓延至中東部非限電地區(qū)。

雖然上半年調(diào)峰費(fèi)的發(fā)生主要是由于疫情影響下的負(fù)荷驟降,導(dǎo)致短期電力供過于求,但從長期來看,伴隨可再生能源滲透率上升,調(diào)峰費(fèi)將成為必要支出,需要納入投資人的考慮。而且在十四五期間,新能源滲透率顯著提高的地區(qū),度電調(diào)峰費(fèi)可能呈遞增趨勢,預(yù)判尤其重要。而實際上,目前大多數(shù)行業(yè)投資人在開發(fā)地區(qū)選擇和投資評估中,對此尚未有明確認(rèn)知。

警示3:電價波動人為放大

在常規(guī)電源為主導(dǎo)的電力市場中,零/負(fù)電價出現(xiàn)的概率較低??稍偕茉礉B透率提升,是現(xiàn)貨市場出現(xiàn)零/負(fù)電價的一個重要因素。2012年,德國日前市場共觀察到15天、56小時的負(fù)電價,平均值為-70.2歐元/MWh。而到2017年,負(fù)電價出現(xiàn)的時長超過146小時,平均值為-26.5歐元/MWh。

案例地區(qū),可再生能源滲透率上升的初期,市場平均電價的下降效果相對有限,但零電價出現(xiàn)的次數(shù)有顯著上升。滲透率為30%時,每年有60小時為零電價。滲透率為50%時,一年中有超過1200小時的時間為零電價。

表1 案例地區(qū)不同可再生能源滲透率下電價數(shù)據(jù)

邊際成本為零,是沒有燃料成本的可再生能源的最大賣點,現(xiàn)貨市場零電價的出現(xiàn)并不意外。但另一方面,由于發(fā)電側(cè)項目為經(jīng)濟(jì)性投資,零電價出現(xiàn)的時長越多,理論上高電價出現(xiàn)的時長也會增加,否則項目無法實現(xiàn)預(yù)期回報,從而人為增大了電價波動和預(yù)測難度。

而且,電價更高的時長一般出現(xiàn)在可再生能源不發(fā)電或發(fā)電占比較少的區(qū)間,因為此時市場上電力供應(yīng)較少,導(dǎo)致可再生能源可能并不是高電價的最大受益方。

相反,由于集中式項目的分布往往較為密集且可調(diào)節(jié)性相對較差,“一發(fā)俱發(fā),一降俱降”。在儲能影響有限的情況下,有電價的發(fā)電時間可能出現(xiàn)可再生能源“自相殘殺”的報價局面。由于光伏發(fā)電時間更為集中和短暫,殺價現(xiàn)象更為嚴(yán)重。案例地區(qū),即使?jié)B透率只有12.5%,光伏電價就已經(jīng)減半;當(dāng)滲透率達(dá)到17.5%時,電價已經(jīng)降低到最初水平的1/4。

圖3 案例地區(qū)不同滲透率下風(fēng)電光伏電價(USD/MWh)

啟示3:有價電量與內(nèi)部廝殺

理論上,我國可再生能源應(yīng)全額優(yōu)先并網(wǎng),未來的電價變化似乎與項目經(jīng)營和投資回報不相關(guān)。但在電力供過于求的背景下,目前三北地區(qū)含補(bǔ)貼存量項目均需要有一定比例電量參與電力交易,而存在負(fù)價差。伴隨電改進(jìn)程和配額制的實施,預(yù)計更多省份的新能源項目需要拿出部分電量參與交易,以促進(jìn)消納。為此,中長期電價預(yù)測是開發(fā)商和投資人應(yīng)該現(xiàn)在就開展的功課。

而在中長期電價預(yù)測中,目前市場普遍會以當(dāng)?shù)刂髁﹄娫矗ㄈ缁痣姡┌l(fā)電成本+毛利作為中長期電價預(yù)測基準(zhǔn),結(jié)合案例來看,有兩點思路需要修正:

1、在新能源滲透率預(yù)期增長的地區(qū),單獨(dú)預(yù)測年均電價無法體現(xiàn)項目實際交易電價,針對光伏項目,應(yīng)明確發(fā)電時段的平均電價;針對風(fēng)電項目,則需關(guān)注凌晨用電低谷期可能的零電價時段,明確有價電量和發(fā)電時段平均電價。

2、雖然新能源不是電力市場的定價者,但卻可能是殺價者,導(dǎo)致競爭之下部分新能源密集發(fā)電時段電價比預(yù)期更低。因此投資人應(yīng)關(guān)注競爭格局對報價毛利的影響。

綜合來看,十四五期間,我國新能源行業(yè)滲透率正處于快速增長的關(guān)鍵期,對裝機(jī)格局、系統(tǒng)成本和電價的影響尚未顯現(xiàn),卻必將發(fā)生。如何與其他電源協(xié)調(diào)發(fā)展尋找最佳配置比例、合理預(yù)估和疏導(dǎo)系統(tǒng)成本、全面預(yù)測中長期電價和各項費(fèi)用,是行業(yè)政策制定者和投資人應(yīng)該關(guān)注的問題。

他山之石,可以攻玉。預(yù)見可能的變化,是迎接變化的第一步。

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