2020年12月，國際能源署（IEA）和經(jīng)合組織核能署（OECD-NEA，Nuclear Energy Agency）聯(lián)合發(fā)布《預(yù)計(jì)發(fā)電成本報(bào)告》（2020年版）（Projected Costs of Generating Electricity, 2020 Edition），這是發(fā)布的第9版《預(yù)計(jì)發(fā)電成本報(bào)告》。
《預(yù)計(jì)發(fā)電成本報(bào)告》（2020年版）
Projected Costs of Generating Electricity–2020 Edition
隨著各國努力確保電力供應(yīng)可靠、負(fù)擔(dān)得起并且要求更低的碳排放量，各國的決策者、建模人員和專家，有必要掌握有關(guān)發(fā)電成本的可靠信息。本報(bào)告包括天然氣、煤炭、核能和各種可再生技術(shù)發(fā)電的基本成本數(shù)據(jù)。本版本還首次包括了有關(guān)存儲技術(shù)的成本以及核電站和燃料電池的長期運(yùn)行信息。由來自經(jīng)合組織和非經(jīng)合組織24個(gè)國家/地區(qū)的243家發(fā)電廠的詳細(xì)成本數(shù)據(jù)匯總而成。
低碳電力系統(tǒng)的特征在于，不同技術(shù)與不同功能的相互作用日益復(fù)雜，需確保始終提供可靠的電力供應(yīng)。因此，2020年版的《預(yù)計(jì)發(fā)電成本》將工廠級成本，即平準(zhǔn)化度電成本（LCOE），的簡單指標(biāo)納入了研究背景。
2020年版《預(yù)計(jì)發(fā)電成本》的主要見解是，低碳發(fā)電技術(shù)的平均發(fā)電成本正在下降，并日益低于傳統(tǒng)化石燃料發(fā)電的成本。近年來，可再生能源發(fā)電成本一直在下降，按照LCOE的計(jì)算，可再生能源的成本在許多國家，與可調(diào)度的化石燃料相比具有競爭力。新建核電站的電力成本保持穩(wěn)定，但長期運(yùn)行方面還是成本最低。如果碳價(jià)為每噸二氧化碳30美元，并且在碳捕集與封存方面沒有突破，那么燃煤發(fā)電將超不再具有競爭優(yōu)勢。由于天然氣價(jià)格的下降，燃?xì)獍l(fā)電的成本有所降低，也證實(shí)天然氣在能源轉(zhuǎn)型過程中具有其作用。報(bào)告有大量詳細(xì)的信息和分析，100多張圖表
另外，IEA網(wǎng)站提供的LCOE計(jì)算器，包括了本報(bào)告中的所有LCOE數(shù)據(jù)。使用滑塊調(diào)整條件，例如折現(xiàn)率和燃料成本，可以看到不同數(shù)據(jù)，并可下載CSV格式。跳轉(zhuǎn)到LCOE計(jì)算器：
/articles/levelised-cost-of-electricity-calculator
一、低碳發(fā)電技術(shù)正在變得具有成本競爭力
2020年版的主要見解是，低碳發(fā)電技術(shù)的平均發(fā)電成本正在下降，并日益低于傳統(tǒng)化石燃料發(fā)電成本。近年來，可再生能源發(fā)電成本在持續(xù)下降，假設(shè)碳價(jià)為30美元/噸，那么可再生能源發(fā)電成本（按LCOE計(jì)）現(xiàn)在已經(jīng)具有競爭力。
圖1 不同技術(shù)LCOE成本，折現(xiàn)率設(shè)定為7%（左，化石能源發(fā)電技術(shù)，右，低碳技術(shù)）
預(yù)計(jì)到2025年，陸上風(fēng)電的平均平準(zhǔn)化發(fā)電成本最低。盡管各國之間的成本差異很大，但對于大多數(shù)國家而言（14個(gè)國家中有10個(gè)）陸上風(fēng)電最低。大規(guī)模太陽能光伏的成本競爭力也非常高。
海上風(fēng)電的成本大幅下降。五年前，LCOE的中位數(shù)超過150美元/兆瓦時(shí)，而現(xiàn)在卻大大低于100美元/兆瓦時(shí)，已進(jìn)入競爭范圍。
兩種水電（河流和水庫）在某些地方具有競爭力，但成本仍然因地點(diǎn)情況而異。與2015年相比，新核電廠的發(fā)電成本在2020年版中的預(yù)期成本要低。但核電的地區(qū)差異也很大，但核電仍是可調(diào)度的低碳技術(shù)，其到2025年的預(yù)期成本最低。只有大型水庫的成本可與之相比。與基于化石燃料的發(fā)電相比，預(yù)計(jì)核電廠比燃煤電廠更便宜。該報(bào)告確實(shí)也認(rèn)識到，特別是在第4章中，不同技術(shù)對系統(tǒng)影響的重要性，最顯著的是在較高的滲透率下，風(fēng)能和太陽能光伏的間歇性性可能給系統(tǒng)帶來額外的成本。
3%折現(xiàn)率情況下各數(shù)值變化
10%折現(xiàn)率情況下各數(shù)值變化
二、各中發(fā)電技術(shù)的成本競爭力取決于國家和當(dāng)?shù)貤l件
提供本報(bào)告數(shù)據(jù)的24個(gè)國家/地區(qū)的匯總數(shù)據(jù)無法說明平均發(fā)電成本。由于可再生能源或多或少的有利位置，因燃料成本和技術(shù)成熟度的不同，所有技術(shù)的成本可能會因國家和地區(qū)而異。此外，某些發(fā)電技術(shù)在電力系統(tǒng)總發(fā)電量中的占比會對其價(jià)值、負(fù)載因子和平均成本造成影響。
7%折現(xiàn)率下按地區(qū)給出的技術(shù)成本中位數(shù)，日本風(fēng)光等可再生能源成本較高
Median technology costs by region, dis rate of 7%
更清晰的柱圖形式
盡管可再生能源在大多數(shù)參與本報(bào)告的國家中具有很強(qiáng)的競爭力，但根據(jù)“2020年預(yù)計(jì)發(fā)電成本”的數(shù)據(jù)顯示，在某些國家，可再生能源的成本仍高于化石燃料或核能發(fā)電（本報(bào)告中為日本、韓國和俄羅斯）。同樣在一個(gè)國家，不同的地理位置也會導(dǎo)致各地發(fā)電成本的差異。在歐洲，陸上和海上風(fēng)電以及公用事業(yè)規(guī)模的太陽能光伏發(fā)電，比天然氣和新建核電都具有競爭力。
在美國，因?yàn)檩^低的燃料預(yù)期價(jià)格，燃?xì)獍l(fā)電廠價(jià)格較低。但是，大多數(shù)發(fā)電廠以LCOE計(jì)算，陸上風(fēng)能和公用事業(yè)規(guī)模的太陽能光伏在碳價(jià)30美元/噸的情況下，成本最低。隨后是天然氣發(fā)電、海上風(fēng)電、新建核電，最后是燃煤發(fā)電。
在中國和印度，風(fēng)電和光伏等間歇性可再生能源的平均平準(zhǔn)化發(fā)電成本最低，兩國的公用事業(yè)規(guī)模的太陽能光伏發(fā)電和陸上風(fēng)電成本最低。核電也具有競爭力，這表明兩國都擁有從當(dāng)前仍然高度碳密集的發(fā)電中轉(zhuǎn)型到低碳發(fā)電的基礎(chǔ)。
三、延長核電站的服役年限很劃算
本報(bào)告包括了核電站長期運(yùn)行（LTO）的成本估算，即進(jìn)行大規(guī)模整修，讓核電站延長使用壽命。與新建核電站相比，利用現(xiàn)有的設(shè)施和基礎(chǔ)設(shè)施，可以顯著降低成本。
延長核電站服役年限可降低成本
即使出現(xiàn)利用率降低的情況（對于高比例可再生能源的國家而言，核電廠可能存在使用率下降的問題），延長服役年限的方案，其成本也低于對其他低碳技術(shù)進(jìn)行新投資。水力發(fā)電廠延長服役年限也能提高成本競爭力，但本報(bào)告未給出。
四、隨著碳價(jià)的提升，碳捕集技術(shù)可能是可行的選擇
在默認(rèn)情況下，碳價(jià)如果為30美元/噸，則因?yàn)镃CUS設(shè)備的投資成本較高且熱效率降低，因此為燃煤和天然氣發(fā)電廠裝備CCUS的成本要高于傳統(tǒng)基于化石燃料發(fā)電成本。
但如果碳價(jià)上升，則碳捕集技術(shù)可能可行。對于燃煤電廠，如果每噸二氧化碳定價(jià)50至60美元，CCUS裝置具有競爭能力；對于燃?xì)獍l(fā)電長，只有高于100美元/噸的碳價(jià)，CCUS才具備競爭力。在高碳價(jià)條件下，可再生能源、水電或核電是更好的選擇。
盡管觸發(fā)CCUS電廠成本具有競爭力所需的碳價(jià)超過了當(dāng)今的大多數(shù)價(jià)格，但與現(xiàn)有的碳社會成本相比，它們?nèi)匀幌鄬^低。如果需要靈活的低碳發(fā)電，但又缺乏競爭性替代方案且可負(fù)擔(dān)得起的化石資源，在碳價(jià)足夠高的情況下，CCUS還是可能成為一種選擇。
五、技術(shù)必須適應(yīng)市場
隨著可再生能源發(fā)電份額的增加，基荷發(fā)電廠可能會失去市場份額，不得不滿足剩余需求。本報(bào)告對天然氣、煤電和核電等可調(diào)度基荷技術(shù)按50％容量因子進(jìn)行估算。
對容量因子（capacity factor）的影響
結(jié)果表明，由于天然氣燃?xì)廨啓C(jī)的投資成本較低，而且在許多地區(qū)天然氣價(jià)格變動(dòng)幅度適中，因此非常適合處理不同的發(fā)電量。另一方面，由于高的投資成本，核電則需要高利用率。
對折現(xiàn)率（dis rate）的影響
一項(xiàng)技術(shù)的資本密集程度越高，其LCOE對折現(xiàn)率（dis rate）變化的敏感性就越高。在基荷工廠中，這尤其意味著新建核電站的成本取決于折現(xiàn)率。如果只有3％的低折現(xiàn)率，表明較穩(wěn)定的市場環(huán)境和較高的投資安全性，這種情況下，新建核電廠的LCOE就會低于新建燃煤和天然氣電廠的LCOE。但如果折現(xiàn)率提高到7％或10％，表明有較高風(fēng)險(xiǎn)的經(jīng)濟(jì)環(huán)境，則新建核電廠的成本將超過化石燃料電廠的成本。
六、系統(tǒng)成本對于展現(xiàn)能源系統(tǒng)的全貌很重要
LCOE成本因其相對簡單和透明，成為比較不同發(fā)電技術(shù)的眾所周知的指標(biāo)。本報(bào)告中的共同假設(shè)（假設(shè)跨地區(qū)的燃?xì)獍l(fā)電、煤電和核電的容量因子相同）有利于清楚地識別成本之間的差異。但是，這種方法忽略了各個(gè)系統(tǒng)和市場的差異，而這些差異可極大地影響各項(xiàng)發(fā)電技術(shù)的成本競爭排名。這些特定于系統(tǒng)的特征與不同技術(shù)的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)特征相互影響，即它們的可變性、可調(diào)度性、響應(yīng)時(shí)間、成本結(jié)構(gòu)和優(yōu)劣順序，還包括以下事實(shí)，即并非所有單位都在技術(shù)和市場上以相同的程度分配。更重要的是，LCOE指標(biāo)適用于單個(gè)電廠的級別，并未解決不同發(fā)電技術(shù)以不同滲透水平為電力系統(tǒng)增加的價(jià)值。
特定類型的可變可再生能源的發(fā)電是相關(guān)的，并非始終可靠。發(fā)電的同時(shí)性（不一定與需求相關(guān)）會降低發(fā)電的價(jià)值。缺乏可靠性需要可調(diào)度的后備，或者需要靈活性選項(xiàng)（例如存儲或需求側(cè)響應(yīng)）以確保始終保證供應(yīng)的安全性。另外，需要平衡可變可再生發(fā)電的潛在快速變化。為了了解這種影響并確保以低碳電力（最少成本）滿足給定的需求，需要進(jìn)行電力系統(tǒng)級分析?？傮w而言，這意味著LCOE越來越需要通過其他分析來進(jìn)行背景分析，以便獲得有關(guān)不同發(fā)電技術(shù)相對競爭力的有意義的描述。
為了補(bǔ)充LCOE方法并實(shí)現(xiàn)特定于系統(tǒng)的成本比較，國際能源署IEA開發(fā)了一種方法，即通過價(jià)值調(diào)整后的LCOE（VALCOE）的系統(tǒng)價(jià)值組件來調(diào)整成本。它根據(jù)對使電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的所有方面的貢獻(xiàn)來修改特定電力系統(tǒng)中單個(gè)技術(shù)的LCOE。計(jì)算結(jié)果反映了現(xiàn)有技術(shù)及其未來可能發(fā)展的價(jià)值。
結(jié)果表明，一項(xiàng)技術(shù)的工廠級發(fā)電成本可能會與其在整個(gè)系統(tǒng)中的價(jià)值有很大區(qū)別。特別是間歇性性可再生能源在這一點(diǎn)上更加明顯：比如太陽能光伏發(fā)電廠其發(fā)電量具有高度相關(guān)性，隨著太陽能發(fā)電份額的增加，其發(fā)電價(jià)值反而會顯著。發(fā)電量高產(chǎn)時(shí)段會導(dǎo)致棄光現(xiàn)象，會減少負(fù)載因子并增加LCOE。在系統(tǒng)分析中需要考慮到這一點(diǎn)。相反，風(fēng)力發(fā)電的輸出在各個(gè)單位之間的相關(guān)性較小，因此，即使風(fēng)電份額占比增加，其價(jià)值損失也較小。以目前的容量水平，這些相關(guān)性在許多市場中的影響仍然有限，但是如果實(shí)現(xiàn)了高比例可再生能源目標(biāo)且相對占比增加，則相關(guān)性的影響可能會增加。
而成本可變的技術(shù)（例如高靈活性的開放式燃?xì)廨啓C(jī)）可能只在幾個(gè)小時(shí)內(nèi)發(fā)電成本增高，但平均的系統(tǒng)價(jià)值（每發(fā)電單位）更高。大都數(shù)基荷電廠通常由燃?xì)怆姀S、煤電和核電來負(fù)擔(dān)，能長期可靠發(fā)電，其提供的價(jià)值就相當(dāng)于系統(tǒng)的平均值。
圖ES6中報(bào)告的結(jié)果提供了IEA對歐盟，中國和美國的VALCOE分析的示例結(jié)果。在涵蓋這些較大的地理區(qū)域時(shí)，該模型未考慮電網(wǎng)瓶頸或跨境流動(dòng)，假設(shè)的是跨區(qū)域完全集成。因此，結(jié)果可能會低估未來系統(tǒng)的靈活性約束。VALCOE度量提供了一種創(chuàng)新的方法，可以用一個(gè)度量標(biāo)準(zhǔn)來捕獲系統(tǒng)分析的復(fù)雜性。價(jià)值不僅取決于間歇性可再生能源的總體份額，還取決于諸如儲能或互連的混合互補(bǔ)資源的成本以及競爭技術(shù)的成本。與許多其他模擬系統(tǒng)未來發(fā)展的系統(tǒng)分析（假設(shè)長期成本最優(yōu)）相反，VALCOE計(jì)算所基于的場景試圖復(fù)制真實(shí)世界的系統(tǒng)。未來還將系統(tǒng)化和完善當(dāng)前的結(jié)果。
評估不同發(fā)電技術(shù)對系統(tǒng)的貢獻(xiàn)可更全面地了解其經(jīng)濟(jì)成本。但是，為了衡量其對社會的全部成本，需要包括對人類健康的影響（通過空氣污染和重大事故）、環(huán)境、就業(yè)、自然資源的可獲得性和供應(yīng)安全等。
七、儲能變得越來越重要
能源結(jié)構(gòu)中間歇性可再生能源份額的增加，會增加電價(jià)的波動(dòng)性，因此提高靈活性和平衡則可獲利。同時(shí)，沉沒的投資成本（例如電池組成本）已經(jīng)使短期電池存儲在某些細(xì)分市場（例如輔助服務(wù)市場）中成為經(jīng)濟(jì)上有吸引力的選擇。隨著更多的波動(dòng)性電價(jià)使跨期套利更具吸引力，與開放式燃?xì)廨啓C(jī)等調(diào)峰裝置相比，儲能可能會成為一種有吸引力的替代方法，從而在未來幾年內(nèi)提高其重要性。因此，最新的“預(yù)計(jì)發(fā)電成本”報(bào)告首次包括了參與國提供的用于儲能的成本數(shù)據(jù)。
儲存可以補(bǔ)充間歇性可再生能源發(fā)電，以改善例如風(fēng)能和太陽能光伏發(fā)電與電力需求的一致性。在未來的低碳系統(tǒng)中，多種靈活性選項(xiàng)的組合，例如儲能、需求靈活性以及核電和水電的靈活低碳輸出等組合，可能會提供成本最低的解決方案。
八、其他觀點(diǎn)
另外，本報(bào)告還提供了由各個(gè)領(lǐng)域的專家撰寫的五篇獨(dú)立文章，對報(bào)告進(jìn)行了補(bǔ)充，以考慮與發(fā)電成本相關(guān)的更廣泛問題，并擴(kuò)大了核心分析的范圍。第6章，介紹了平均存儲成本（LCOS）的方法；第7章總結(jié)了有關(guān)碳定價(jià)對電力部門的影響的知識狀態(tài)；第8章介紹了核能在脫碳電力系統(tǒng)中的潛在作用的最新觀點(diǎn)。它強(qiáng)調(diào)了壽命延長（LTO）的成本優(yōu)勢；第9章是法國電力TSO（傳輸系統(tǒng)運(yùn)營商）RTE對通過電氣化和部門耦合實(shí)現(xiàn)整體能源行業(yè)轉(zhuǎn)型的貢獻(xiàn)。第10章由IEA撰寫，詳細(xì)討論了氫作為向清潔、安全和可負(fù)擔(dān)的未來能源系統(tǒng)過渡的潛在關(guān)鍵要素，基于IEA 2019年的報(bào)告《氫的未來：抓住今天的機(jī)遇》，著重強(qiáng)調(diào)了電力部門在實(shí)現(xiàn)新出現(xiàn)的機(jī)遇中的關(guān)鍵作用，以及潛在的障礙和必要的后續(xù)步驟。
九、結(jié)論
這是《發(fā)電計(jì)劃成本》第九版，重點(diǎn)介紹了來自許多國家/地區(qū)的多種技術(shù)的發(fā)電成本。不可避免地，區(qū)域、國家和地方條件至關(guān)重要。盡管如此，低碳發(fā)電技術(shù)的競爭力不斷增強(qiáng)。該報(bào)告還首次深入考慮了不同發(fā)電方式對系統(tǒng)的影響，尤其是風(fēng)能和太陽能光伏的間歇性性的影響。另外，首次介紹了儲能成本。最后，本報(bào)告提供了運(yùn)輸、氫能或供熱等行業(yè)即將電氣化的觀點(diǎn)，這些行業(yè)將以新的重要方式將發(fā)電與更廣泛的經(jīng)濟(jì)結(jié)合起來。很有可能，這兩者將在未來的《預(yù)計(jì)發(fā)電成本報(bào)告》中扮演更重要的角色。CWEA
備注：
1、還有5個(gè)非經(jīng)合組織國家也參與了本項(xiàng)目，包括：巴西，中國，印度，羅馬尼亞，俄羅斯和南非。其中，羅馬尼亞和俄羅斯是NEA的成員國。巴西，中國和印度是IEA的協(xié)會國家和NEA的主要合作伙伴。
2、在第5章中分析了碳成本對基于化石燃料的發(fā)電的LCOE的影響。但是，該報(bào)告并未系統(tǒng)地比較所有技術(shù)LCOE對不同碳成本的影響。
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