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美國可再生能源發(fā)電前景研究光熱發(fā)電或超億千瓦

來源：華能清能院 | 0評論 | 7896查看 | 2013-04-08 10:51:00

　　摘要：2012年，美國眾多領(lǐng)域?qū)＜夜餐瓿闪恕睹绹稍偕茉窗l(fā)電前景研究》，該研究成果對美國可再生能源發(fā)展具有重要意義，同時對世界各國可再生能源發(fā)展產(chǎn)生了深刻的影響?？紤]到各種因素對可再生能源發(fā)電量比重的影響，《前景研究》進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個百分點），對電源結(jié)構(gòu)、輸電設(shè)施、以及消納措施的影響?？紤]到2050年可再生能源電量比重為80%可能性較大，《前景研究》進行了敏感性分析，涉及到的因素包括技術(shù)進步、資源約束、輸電約束、靈活性約束。針對未來電量需求增長情況，《前景研究》進行了“高需求發(fā)電量假設(shè)”，并與“低需求發(fā)電量假設(shè)”進行了對比。未來可再生能源發(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)進步、社會影響、環(huán)境保護以及市場監(jiān)管等各方面的關(guān)系。

　　一、前言

　　美國可再生能源儲量豐富，但是可再生能源究竟能為電力系統(tǒng)貢獻多少電量？近幾年，美國可再生能源裝機呈快速增長趨勢，尤其是風電與光伏發(fā)電，未來電力系統(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？

　　美國可再生能源實驗室與麻省理工學院牽頭，美國能源部實驗室、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，同時針對80%可再生能源發(fā)電量情景進行敏感性分析，而且考慮到了電量需求因素的影響。這對美國以及其他國家可再生能源發(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、市場驅(qū)動因素等等。對未來可再生能源發(fā)展進行準確估計較為困難，為此《前景研究》設(shè)計十幾種情景方案進行分析。考慮到未來可再生能源發(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，《前景研究》設(shè)計了低需求基準情景，對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）碳減排政策沒有實行，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。

　　考慮未來可再生能源發(fā)展不確定性，即可能受到政策、市場、技術(shù)等方面影響，為此《前景研究》設(shè)計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個百分點）對電源結(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)進步方面，假設(shè)出現(xiàn)了小規(guī)模技術(shù)進步。

　　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》進行了敏感性分析，分別考慮技術(shù)進步、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)進步）、80%RE-ETI情景（80%可再生能源發(fā)電量—大規(guī)模技術(shù)進步）、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)，即人口增長與經(jīng)濟發(fā)展。在低需求假設(shè)中，新型技術(shù)、積極的社會態(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，電力需求在未來幾十年增速較慢，2050年電力需求量約3.92萬億千瓦時；不過在高需求假設(shè)中，能源效率仍然保持目前水平，導致2050年電力需求量高達5.1萬億千瓦時。

　　三、可再生能源電量比重增加的影響

　　1．現(xiàn)有政策對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，正如低需求基準情景所示，從2010年至2050年，美國可再生能源發(fā)電量僅從12%增加至19.5%。其中，陸上風電裝機從3800萬千瓦增至8000萬千瓦，發(fā)電量從2.6%僅增加至6.1%；地熱發(fā)電裝機從240萬千瓦僅增加到1600萬千瓦，發(fā)電量僅增加了0.3%；生物質(zhì)直燃機組幾乎未增加，混燃機組增加450萬千瓦，發(fā)電量增加0.6%；光熱裝機并無明顯增加；海上風電裝機增加270萬千瓦；水電僅從7800萬千瓦增加至7900萬千瓦?？梢娙绻麩o激勵政策扶持，可再生能源發(fā)展相當緩慢。政策扶持是一方面，另外技術(shù)、市場等對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，以下將進行探索性情景分析。

　　2．可再生能源比重增加對電源結(jié)構(gòu)具有重要影響

　　如圖1所示，間歇性電源對可再生能源電量比重具有重要貢獻，其低容量系數(shù)特點導致總裝機差異明顯。從低需求基準情景到90%可再生能源發(fā)電量情景，總裝機從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容量（電量）貢獻各不相同。從圖1可以看出，可再生能源比重從30%增加至90%時，陸上風電電量比重增加最為明顯，從1.3億千瓦增加至4億千瓦，當然海上風電也增加到了1.1億千瓦；光熱發(fā)電具有儲熱功能，對電網(wǎng)靈活性具有重要影響，截至2050年，光熱發(fā)電裝機也從幾千千瓦增至1.02億千瓦；另外，隨著燃煤機組退役，生物質(zhì)發(fā)電方式也逐漸從混燃轉(zhuǎn)向了直燃；而對于燃煤機組與燃氣機組，裝機與發(fā)電量均大幅下降；核電機組雖然裝機變化不大，但發(fā)電量卻從11%降至5%。

（a）2050年各技術(shù)裝機容量

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

　　3．提高可再生能源電量比重對輸電設(shè)施提出了較高要求

　　美國可再生能源處于偏遠地區(qū)，與負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荷中心，互聯(lián)區(qū)域電網(wǎng)達到平滑間歇性電源出力的效果，還可以實現(xiàn)區(qū)域互補以增強電網(wǎng)可靠性與穩(wěn)定性的目的，另外對降低電價也非常有利。

　　表1分析了可再生能源電量比重增加至90%時，輸電線路容量、區(qū)域互聯(lián)容量以及投資的分布情況。在低需求基準情景中，輸電線路容量僅為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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