中國儲能網(wǎng)訊：2017~2040年能源發(fā)展10個關(guān)鍵信息
——在未來電力系統(tǒng)中風(fēng)電和太陽能將占領(lǐng)最重要的位置。
——太陽能發(fā)電帶來的挑戰(zhàn)日趨嚴(yán)峻。
——與陸上風(fēng)電成本下降的速度相較，海上風(fēng)電成本下降速度更快。
——中國和印度在電力領(lǐng)域擁有4萬億美元的潛在投資發(fā)展機(jī)遇。
——電池及柔性資源將支持可再生能源的長足發(fā)展。
——房屋業(yè)主熱衷于太陽能發(fā)電的增長。
——電動汽車除支持用電量增長以外，還有助于電網(wǎng)平衡。
——燃煤發(fā)電在歐洲和美國終將退出能源系統(tǒng)，全球煤電退役高潮或?qū)⒊霈F(xiàn)在2026年。
——天然氣并不如大多數(shù)人所想，其只是過渡性燃料。
——全球電力系統(tǒng)污染物排放峰值期僅為近10年，隨之下降。
預(yù)計至2040年，全球投入在風(fēng)電、太陽能發(fā)電的資金總額將達(dá)6萬億美元。隨著電力系統(tǒng)從煤炭、天然氣和燃油發(fā)電占比六成的現(xiàn)狀變化至以太陽能發(fā)電和風(fēng)電為主，化石能源為輔的電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，世界電力市場也將隨之重組。
預(yù)計到2040年，全球電力需求將增長58個百分點，同時，發(fā)電裝機(jī)也從現(xiàn)有的671900萬千瓦翻番至1391900萬千瓦來滿足電力需求的增長。其中，風(fēng)電裝機(jī)增長349%，太陽能發(fā)電裝機(jī)擴(kuò)張14倍，在增加的裝機(jī)容量中69%屬于并網(wǎng)容量，另31%屬于小規(guī)模裝機(jī)。
另外，電力系統(tǒng)同樣期待有助于增加系統(tǒng)靈活性的柔性資源加入，這其中包括電池、需求響應(yīng)等，長此以往到2040年，柔性資源在整個發(fā)電容量中的占比將達(dá)到7%，和目前油氣發(fā)電在電力系統(tǒng)中的占比相同。在亞太地區(qū)新能源投資中，將會有4萬億美元流向中國和印度。
近期世界各國煤炭、天然氣、風(fēng)電以及太陽能發(fā)電的經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨勢決定了未來24年的能源走向。以太陽能發(fā)電為代表，可以更好地闡釋未來可再生能源將會遭遇的各種挑戰(zhàn)。
根據(jù)以往經(jīng)驗，我們可以總結(jié)出價格走向規(guī)律——每當(dāng)裝機(jī)容量值翻番，價格隨之下跌。去年，彭博新能源財經(jīng)曾預(yù)測太陽能發(fā)電價格下降率達(dá)到26.5%，但在今年年初經(jīng)過再次分析后得出，價格下降率上升至28%。
太陽能發(fā)電的迅猛發(fā)展和經(jīng)濟(jì)性的提升超乎想象。每個發(fā)電單元的造價從1990年至今已下降90%,其所產(chǎn)生的的電力價格已從2009年至今下降72%，在未來至2040年，還將有望下調(diào)67個百分點。
這樣的走勢同樣適用于風(fēng)電?；仡欔懮巷L(fēng)電機(jī)組兆瓦造價進(jìn)程，依照經(jīng)驗可以得出9%的下降率。目前的風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)性能和2008年風(fēng)機(jī)性能相較，也發(fā)生了根本性轉(zhuǎn)變。風(fēng)電機(jī)組不僅在經(jīng)濟(jì)性上顯著提高，在風(fēng)能捕獲效率上也明顯提高，平均發(fā)電指數(shù)從本世紀(jì)初的15%，已提升至目前的30%。隨著風(fēng)電和太陽能發(fā)電成本持續(xù)下降，新型發(fā)電技術(shù)造價成本降至低于現(xiàn)有發(fā)電類型發(fā)電成本，只是時間的問題。
兩個“臨界點”
有兩個“臨界點”值得關(guān)注。第一個“臨界點”是“時間”，即在何時風(fēng)電和太陽能發(fā)電工程可以在沒有補(bǔ)貼的情況下，直接參與到與新建燃煤電廠或氣電站的競爭；第二個“臨界點”是“成本”，指在何時風(fēng)電和太陽能發(fā)電的成本可以降低至低于現(xiàn)役煤電或氣電站運(yùn)行成本。
統(tǒng)觀世界電力市場，第一個“臨界點”似乎已經(jīng)到來，并且已在世界主要電力市場上有所體現(xiàn)。在德國，新建陸上風(fēng)電場和太陽能發(fā)電與新建燃煤電廠或氣電站相較，已經(jīng)實現(xiàn)其成本競爭力；在中國，盡管新建燃煤電廠的經(jīng)濟(jì)性毋庸置疑，但在2019年以后，陸上風(fēng)電的成本將大幅下降，并且光伏發(fā)電成本也會在接下來的兩年內(nèi)持續(xù)下調(diào)；在美國，盡管天然氣是該國電力市場上發(fā)電成本最低的資源類型，但在2022年左右，太陽能發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電成本將追平天然氣發(fā)電成本；在印度，新建光伏電站成本已經(jīng)顯現(xiàn)出低于新建燃煤電廠成本的趨勢，并將在2020年滲透至該國整個電力市場。
風(fēng)電和太陽能發(fā)電經(jīng)濟(jì)性的提升，逐步威脅現(xiàn)役化石能源發(fā)電站的存亡，我們將其定義為第二個“臨界點”，同時它的發(fā)生速度比我們想象的還要快。
在中國，光伏發(fā)電成本將在2030年實現(xiàn)低于現(xiàn)役燃煤電廠發(fā)電成本；美國將于2027年實現(xiàn)光伏發(fā)電成本低于現(xiàn)役氣電站發(fā)電成本；德國也將于2027年~2030年間，出現(xiàn)太陽能發(fā)電和陸上風(fēng)電取代現(xiàn)役煤電廠或氣電站的情況。
這兩個“臨界點”以戲劇化的方式迅速地改變著經(jīng)濟(jì)計算公式，并且將改變未來能源發(fā)展趨勢，盡管這些信號也將受到政策和既得利益者政治慣性的影響，因此，“臨界點”雖然不會突發(fā)性地改變發(fā)電市場中電力躉售板塊的升級，但是可以預(yù)見，政策和政治導(dǎo)向都會滯后新型發(fā)電技術(shù)的發(fā)展。但一旦新型發(fā)電技術(shù)突圍，其趕超現(xiàn)有發(fā)電類型是遲早之事。
海上風(fēng)電在去年清潔能源發(fā)展中表現(xiàn)最為矚目，其發(fā)電成本的削減取得卓越的成效。在丹麥，通過公開招標(biāo)及其它有效措施，近岸風(fēng)電系統(tǒng)工程的造價已經(jīng)低至50美元/兆瓦時，荷蘭和德國也即將于2020年開展此項措施。
到2040年，海上風(fēng)電的造價較目前將下降71%，在全球范圍內(nèi)達(dá)到平均37美金/兆瓦時水平。但同樣我們也認(rèn)為海上風(fēng)電的造價不會低于陸上風(fēng)電和太陽能發(fā)電的造價水平，這是由于與其他類型可再生能源相較，海上風(fēng)電的系統(tǒng)工程規(guī)模、大容量參數(shù)、寬松的政策以及輸出穩(wěn)定性保障等因素所導(dǎo)致。
柔性資源重要性凸顯
正如像風(fēng)電及太陽能發(fā)電這樣多變的發(fā)電類型加入能源系統(tǒng)，柔性資源的重要性逐漸被提升。電力系統(tǒng)仍需要類似煤電和氣電這樣可以隨時改變出力并進(jìn)行電能輸出的資源來調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靈活性。當(dāng)煤電和氣電迫于風(fēng)電和太陽能發(fā)電迅猛發(fā)展，亦或因到達(dá)退役年限而退出，類似電池、需求響應(yīng)這樣的柔性資源亟待被加入到能源系統(tǒng)中。目前一大批公共事業(yè)范疇用途的電池已經(jīng)以輔助服務(wù)的形式成功加入到小型電力市場中運(yùn)轉(zhuǎn)。
電池可以進(jìn)行良好的峰值需求管理。根據(jù)鋰電池與其他技術(shù)比較模型顯示，電池在短期迅速提供電能方面顯示出極佳的特性，以此來發(fā)揮尖峰時刻的平峰作用。但電池也存在一定的自限性——當(dāng)每添加一個電池單元以延長剩余的峰值需求，將最終導(dǎo)致需求更大化，系統(tǒng)便需要可以提供長時間放電的更高成本的電池系統(tǒng)進(jìn)行服務(wù)。
上述預(yù)測中45%的電池發(fā)展屬于大型公共事業(yè)范疇，但更值得注意的是小規(guī)模電池發(fā)展?？梢灶A(yù)見，小規(guī)模電池發(fā)展將隨著屋頂光伏系統(tǒng)的發(fā)展而逐漸壯大，特別是在2025年，混合能源系統(tǒng)逐漸為主流消費(fèi)者所接受。
在澳大利亞、德國以及智利這樣擔(dān)負(fù)高電價并擁有充裕陽光資源的國家，小型光伏發(fā)電系統(tǒng)已經(jīng)如“平價插座”一般被廣泛利用。通過市場及時間的驗證，持續(xù)不斷的成本下降使得“自發(fā)自用”光伏系統(tǒng)成功著陸于上述國家電力市場，并且這股風(fēng)潮將席卷中國、歐洲以及巴西等拉美國家。到2025年，中國、美國及歐洲大部分國家都將加入“平價太陽能”行列。包含小型太陽能發(fā)電裝置、小型電池以及符合配電等級需求響應(yīng)的混合系統(tǒng)，將在未來電力系統(tǒng)中締造更多的分散型電力模式。
通過“behind-the-meter”電儲能計劃，將引發(fā)新一輪太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)的爆發(fā)。在此方面澳大利亞先行一步，該國將在2040年完成總裝機(jī)容量中45%的容量，達(dá)成 “behind-the-meter”電儲能計劃目標(biāo)。同時，巴西、日本、墨西哥以及德國的電能分散率將超過30%。這也表明，處于電力產(chǎn)業(yè)鏈終端的消費(fèi)者將在電網(wǎng)范疇內(nèi)占據(jù)更多的能源設(shè)備資源。
電動汽車產(chǎn)業(yè)的崛起有效抑制了電力需求的下降。電動汽車的競爭力取決于電池的造價，同樣，電池的價格也正如人們所期待地持續(xù)下調(diào)。從2000年至今，鋰電池組的價格已經(jīng)下滑近73%，到2040年，該價格有望繼續(xù)下調(diào)至73美元/千瓦時，這將帶動電動汽車產(chǎn)業(yè)在英國市場的需求上升11%，在澳大利亞和法國上升10%。
當(dāng)然，這不僅關(guān)系到電動汽車的需求量，同時也關(guān)系到電動汽車充電裝置。據(jù)統(tǒng)計，到2040年近半的電動汽車可以實現(xiàn)智能充電——利用日間電價低谷期進(jìn)行充電。當(dāng)可再生能源發(fā)電量富余時，尤其是到2040年，光伏發(fā)電量達(dá)到極值輸出量時，可以利用智能充電來推進(jìn)電動汽車的發(fā)展。這樣，電動汽車的需求跟隨電力供應(yīng)的增長而加大，有助于平順負(fù)荷曲線，更好地促使可再生能源并網(wǎng)。同樣也可以有效支持光伏電站發(fā)展，否則它們將很難尋找到相應(yīng)的電力需求。
“新興”與“現(xiàn)役”的博弈
設(shè)備老化以及可再生能源的發(fā)展導(dǎo)致了目前煤電衰退的現(xiàn)狀。到2040年，歐洲及美國的煤電產(chǎn)能將分別下降87%和51%。但預(yù)言煤電產(chǎn)能全部退出市場還為時尚早，以亞洲為例，煤電在一段時間內(nèi)仍將在能源系統(tǒng)中扮演重要的角色
目前世界最大的煤電產(chǎn)能仍在中國持續(xù)運(yùn)行，煤電產(chǎn)能仍將在該國增長20個百分點，到2026年達(dá)到產(chǎn)能峰值后將有所下降。在印度，煤電保持穩(wěn)定增速，但受到經(jīng)濟(jì)性更佳的太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)沖擊，煤電的增長速度將有所放緩，2020~2040年印度煤電產(chǎn)能的增長率僅為50%?？傮w而言，到2040年，全球煤電產(chǎn)能較目前水平將下降5個百分點。
氣電到2040年將保持10%的增長率，但其在能源系統(tǒng)中僅扮演由碳密集型的煤電向零碳資源的可再生能源“讓位”過程的過渡性資源。隨著風(fēng)電和太陽能發(fā)電強(qiáng)勢發(fā)展，氣電在目前電力市場中的占比不足1/3。且當(dāng)“臨界點”真正到來時，氣電的發(fā)展年限也將受限。
但從另外的角度來看，氣電更可稱之為電力系統(tǒng)重要的“粘合劑”——當(dāng)可再生能源發(fā)電能力不足時，氣電可以滿足靈活的供給側(cè)需求來抵御需求峰值。預(yù)計到2040年氣電將擁有超過8000億美元的新增投資以及發(fā)電容量16%的增長。
大量的“零”運(yùn)行成本的風(fēng)電和太陽能發(fā)電，加之低功率運(yùn)行的氣電站造就的最優(yōu)成本系統(tǒng)，更需要電力市場的重組來確保上述產(chǎn)能得到相應(yīng)的發(fā)電回報，以支持電力系統(tǒng)有機(jī)運(yùn)行以及電力服務(wù)的持續(xù)開展。
減排需要各方協(xié)作
關(guān)于污染物排放，基于中國電力需求的緩慢增長，以及美國天然氣價格上升等因素導(dǎo)致煤電重啟，在未來10年全球電力污染物排放量仍會增加10個百分點。
盡管在近期污染物排放總量仍然居高，但在2030年之前，伴隨可再生能源發(fā)電量在中國和印度能源系統(tǒng)中占比超過煤電占比，污染物排放總量將會迅速回落。
完成這樣的“減排目標(biāo)曲線”，需要世界各國共同遵守巴黎協(xié)定中各國的減排貢獻(xiàn)值目標(biāo)。通過分析發(fā)現(xiàn)，在不增加任何附加成本的前提下，完成這樣的減排目標(biāo)是真實可行的。根據(jù)目前的減排現(xiàn)狀，與達(dá)成“降低2攝氏度”目標(biāo)仍存在一定差距，因此到2040年，全球仍需要約5.3萬億美元的投資來推進(jìn)“零碳”發(fā)電發(fā)展以達(dá)成減排目標(biāo)，與此同時，關(guān)于氣候政策的風(fēng)險也應(yīng)引起關(guān)注。
責(zé)編：杉杉
