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美國(guó)可再生能源發(fā)電前景研究光熱發(fā)電或超億千瓦

來(lái)源：華能清能院 | 0評(píng)論 | 7872查看 | 2013-04-08 10:51:00

　　摘要：2012年，美國(guó)眾多領(lǐng)域?qū)＜夜餐瓿闪恕睹绹?guó)可再生能源發(fā)電前景研究》，該研究成果對(duì)美國(guó)可再生能源發(fā)展具有重要意義，同時(shí)對(duì)世界各國(guó)可再生能源發(fā)展產(chǎn)生了深刻的影響?？紤]到各種因素對(duì)可再生能源發(fā)電量比重的影響，《前景研究》進(jìn)行了探索性情景分析，研究不同可再生能源比重（30%～90%，增量為10個(gè)百分點(diǎn)），對(duì)電源結(jié)構(gòu)、輸電設(shè)施、以及消納措施的影響。考慮到2050年可再生能源電量比重為80%可能性較大，《前景研究》進(jìn)行了敏感性分析，涉及到的因素包括技術(shù)進(jìn)步、資源約束、輸電約束、靈活性約束。針對(duì)未來(lái)電量需求增長(zhǎng)情況，《前景研究》進(jìn)行了“高需求發(fā)電量假設(shè)”，并與“低需求發(fā)電量假設(shè)”進(jìn)行了對(duì)比。未來(lái)可再生能源發(fā)展面臨眾多挑戰(zhàn)，需要協(xié)調(diào)好發(fā)展規(guī)模與技術(shù)進(jìn)步、社會(huì)影響、環(huán)境保護(hù)以及市場(chǎng)監(jiān)管等各方面的關(guān)系。

　　一、前言

　　美國(guó)可再生能源儲(chǔ)量豐富，但是可再生能源究竟能為電力系統(tǒng)貢獻(xiàn)多少電量？近幾年，美國(guó)可再生能源裝機(jī)呈快速增長(zhǎng)趨勢(shì)，尤其是風(fēng)電與光伏發(fā)電，未來(lái)電力系統(tǒng)如何消納更高比重的間歇性電量？不同類型的可再生能源是否有一定的協(xié)同作用，在更大區(qū)域內(nèi)整合可再生能源在多大程度上有助于電量消納？

　　美國(guó)可再生能源實(shí)驗(yàn)室與麻省理工學(xué)院牽頭，美國(guó)能源部實(shí)驗(yàn)室、工業(yè)界、高校與政府部門等各界人士共同參與，完成了《美國(guó)可再生能源發(fā)電前景研究》?！肚熬把芯俊凡捎脙煞N模型進(jìn)行分析，分別為區(qū)域能源調(diào)度系統(tǒng)模型（Regional Energy Deployment System Model）與電網(wǎng)安全模型（GridView Model），著重研究不同可再生能源發(fā)電量比重對(duì)電源結(jié)構(gòu)、輸電設(shè)施以及消納措施等方面的影響，同時(shí)針對(duì)80%可再生能源發(fā)電量情景進(jìn)行敏感性分析，而且考慮到了電量需求因素的影響。這對(duì)美國(guó)以及其他國(guó)家可再生能源發(fā)展具有重要借鑒意義。

　　二、情景及假設(shè)介紹

　　美國(guó)可再生能源發(fā)展受很多因素制約，包括政策與制度制約、技術(shù)發(fā)展水平、市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)因素等等。對(duì)未來(lái)可再生能源發(fā)展進(jìn)行準(zhǔn)確估計(jì)較為困難，為此《前景研究》設(shè)計(jì)十幾種情景方案進(jìn)行分析?？紤]到未來(lái)可再生能源發(fā)電量比重在80%的可能性較大，《前景研究》在情景分析時(shí)分別考慮了技術(shù)發(fā)展水平、條件限制以及需求情況等因素制約。

　　為設(shè)定參考基準(zhǔn)，《前景研究》設(shè)計(jì)了低需求基準(zhǔn)情景，對(duì)2050年相關(guān)情形假設(shè)如下：（1）能源效率得到提高，電力需求增速放緩；（2）可再生能源成本與性能方面的改善，與目前聯(lián)邦及各州政策有關(guān)；（3）可再生能源政策制定主要受現(xiàn)有法律制約；（4）碳減排政策沒(méi)有實(shí)行，空氣污染條例與現(xiàn)狀相同。在此情景中，常規(guī)電源發(fā)展迅速，可再生能源發(fā)展緩慢。

　　考慮未來(lái)可再生能源發(fā)展不確定性，即可能受到政策、市場(chǎng)、技術(shù)等方面影響，為此《前景研究》設(shè)計(jì)了一系列探索性情景，著重考慮2050年可再生能源發(fā)電量不同比重（30%～90%，增量為10個(gè)百分點(diǎn)）對(duì)電源結(jié)構(gòu)、輸電設(shè)施及電網(wǎng)靈活性等方面影響，至于技術(shù)進(jìn)步方面，假設(shè)出現(xiàn)了小規(guī)模技術(shù)進(jìn)步。

　　2050年，可再生能源電量比重為80%可能性較大，此前提下，《前景研究》進(jìn)行了敏感性分析，分別考慮技術(shù)進(jìn)步、輸電設(shè)施、電網(wǎng)靈活性、資源供應(yīng)量等因素的影響。涉及到的情景包括：80%RE-NTI情景（80%可再生能源發(fā)電量—技術(shù)保持在2010年水平）、80%RE-ITI情景（80%可再生能源發(fā)電量—小規(guī)模技術(shù)進(jìn)步）、80%RE-ETI情景（80%可再生能源發(fā)電量—大規(guī)模技術(shù)進(jìn)步）、輸電約束情景、靈活性約束情景以及資源約束情景。

　　電力需求情況與兩方面因素有關(guān)，即人口增長(zhǎng)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展。在低需求假設(shè)中，新型技術(shù)、積極的社會(huì)態(tài)度以及相關(guān)的政策等促使能源效率得到提高。在此假設(shè)中，電力需求在未來(lái)幾十年增速較慢，2050年電力需求量約3.92萬(wàn)億千瓦時(shí)；不過(guò)在高需求假設(shè)中，能源效率仍然保持目前水平，導(dǎo)致2050年電力需求量高達(dá)5.1萬(wàn)億千瓦時(shí)。

　　三、可再生能源電量比重增加的影響

　　1．現(xiàn)有政策對(duì)可再生能源電量比重影響不大

　　在現(xiàn)有政策下，可再生能源電量比重變化不大，正如低需求基準(zhǔn)情景所示，從2010年至2050年，美國(guó)可再生能源發(fā)電量?jī)H從12%增加至19.5%。其中，陸上風(fēng)電裝機(jī)從3800萬(wàn)千瓦增至8000萬(wàn)千瓦，發(fā)電量從2.6%僅增加至6.1%；地?zé)岚l(fā)電裝機(jī)從240萬(wàn)千瓦僅增加到1600萬(wàn)千瓦，發(fā)電量?jī)H增加了0.3%；生物質(zhì)直燃機(jī)組幾乎未增加，混燃機(jī)組增加450萬(wàn)千瓦，發(fā)電量增加0.6%；光熱裝機(jī)并無(wú)明顯增加；海上風(fēng)電裝機(jī)增加270萬(wàn)千瓦；水電僅從7800萬(wàn)千瓦增加至7900萬(wàn)千瓦?？梢?jiàn)如果無(wú)激勵(lì)政策扶持，可再生能源發(fā)展相當(dāng)緩慢。政策扶持是一方面，另外技術(shù)、市場(chǎng)等對(duì)可再生能源比重也具有重要影響，考慮到各種因素均具有不確定性，以下將進(jìn)行探索性情景分析。

　　2．可再生能源比重增加對(duì)電源結(jié)構(gòu)具有重要影響

　　如圖1所示，間歇性電源對(duì)可再生能源電量比重具有重要貢獻(xiàn)，其低容量系數(shù)特點(diǎn)導(dǎo)致總裝機(jī)差異明顯。從低需求基準(zhǔn)情景到90%可再生能源發(fā)電量情景，總裝機(jī)從9.5億千瓦增加到了13.9億千瓦。

　　可再生能源電量比重增加，各類型可再生能源裝機(jī)容量（電量）貢獻(xiàn)各不相同。從圖1可以看出，可再生能源比重從30%增加至90%時(shí)，陸上風(fēng)電電量比重增加最為明顯，從1.3億千瓦增加至4億千瓦，當(dāng)然海上風(fēng)電也增加到了1.1億千瓦；光熱發(fā)電具有儲(chǔ)熱功能，對(duì)電網(wǎng)靈活性具有重要影響，截至2050年，光熱發(fā)電裝機(jī)也從幾千千瓦增至1.02億千瓦；另外，隨著燃煤機(jī)組退役，生物質(zhì)發(fā)電方式也逐漸從混燃轉(zhuǎn)向了直燃；而對(duì)于燃煤機(jī)組與燃?xì)鈾C(jī)組，裝機(jī)與發(fā)電量均大幅下降；核電機(jī)組雖然裝機(jī)變化不大，但發(fā)電量卻從11%降至5%。

（a）2050年各技術(shù)裝機(jī)容量

圖1 2050年探索性情景中各技術(shù)裝機(jī)容量及發(fā)電量比重情況

　　3．提高可再生能源電量比重對(duì)輸電設(shè)施提出了較高要求

　　美國(guó)可再生能源處于偏遠(yuǎn)地區(qū)，與負(fù)荷中心呈逆向分布格局，輸電設(shè)施建設(shè)至關(guān)重要，不僅可以輸送電力至負(fù)荷中心，互聯(lián)區(qū)域電網(wǎng)達(dá)到平滑間歇性電源出力的效果，還可以實(shí)現(xiàn)區(qū)域互補(bǔ)以增強(qiáng)電網(wǎng)可靠性與穩(wěn)定性的目的，另外對(duì)降低電價(jià)也非常有利。

　　表1分析了可再生能源電量比重增加至90%時(shí)，輸電線路容量、區(qū)域互聯(lián)容量以及投資的分布情況。在低需求基準(zhǔn)情景中，輸電線路容量?jī)H為51億千瓦-英里，而在90%可再生能源電量情景中，增至1970億千瓦-英里；投資方面，增加幅度更大，從18億美元/年增加至了8

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