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美國可再生能源發電前景研究光熱發電或超億千瓦

來源：華能清能院 | 0評論 | 6244查看 | 2013-04-08 10:51:00

　　摘要：2012年，美國眾多領域專家共同完成了《美國可再生能源發電前景研究》，該研究成果對美國可再生能源發展具有重要意義，同時對世界各國可再生能源發展產生了深刻的影響。考慮到各種因素對可再生能源發電量比重的影響，《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），對電源結構、輸電設施、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》進行了敏感性分析，涉及到的因素包括技術進步、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“高需求發電量假設”，并與“低需求發電量假設”進行了對比。未來可再生能源發展面臨眾多挑戰，需要協調好發展規模與技術進步、社會影響、環境保護以及市場監管等各方面的關系。

　　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電，未來電力系統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同作用，在更大區域內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《美國可再生能源發電前景研究》。《前景研究》采用兩種模型進行分析，分別為區域能源調度系統模型（Regional Energy Deployment System Model）與電網安全模型（GridView Model），著重研究不同可再生能源發電量比重對電源結構、輸電設施以及消納措施等方面的影響，同時針對80%可再生能源發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展具有重要借鑒意義。

　　二、情景及假設介紹

　　美國可再生能源發展受很多因素制約，包括政策與制度制約、技術發展水平、市場驅動因素等等。對未來可再生能源發展進行準確估計較為困難，為此《前景研究》設計十幾種情景方案進行分析。考慮到未來可再生能源發電量比重在80%的可能性較大，《前景研究》在情景分析時分別考慮了技術發展水平、條件限制以及需求情況等因素制約。

　　為設定參考基準，《前景研究》設計了低需求基準情景，對2050年相關情形假設如下：（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，與目前聯邦及各州政策有關；（3）可再生能源政策制定主要受現有法律制約；（4）碳減排政策沒有實行，空氣污染條例與現狀相同。在此情景中，常規電源發展迅速，可再生能源發展緩慢。

　　考慮未來可再生能源發展不確定性，即可能受到政策、市場、技術等方面影響，為此《前景研究》設計了一系列探索性情景，著重考慮2050年可再生能源發電量不同比重（30%～90%，增量為10個百分點）對電源結構、輸電設施及電網靈活性等方面影響，至于技術進步方面，假設出現了小規模技術進步。

　　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，分別考慮技術進步、輸電設施、電網靈活性、資源供應量等因素的影響。涉及到的情景包括：80%RE-NTI情景（80%可再生能源發電量—技術保持在2010年水平）、80%RE-ITI情景（80%可再生能源發電量—小規模技術進步）、80%RE-ETI情景（80%可再生能源發電量—大規模技術進步）、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，即人口增長與經濟發展。在低需求假設中，新型技術、積極的社會態度以及相關的政策等促使能源效率得到提高。在此假設中，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．現有政策對可再生能源電量比重影響不大

　　在現有政策下，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，發電量從2.6%僅增加至6.1%；地熱發電裝機從240萬千瓦僅增加到1600萬千瓦，發電量僅增加了0.3%；生物質直燃機組幾乎未增加，混燃機組增加450萬千瓦，發電量增加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。可見如果無激勵政策扶持，可再生能源發展相當緩慢。政策扶持是一方面，另外技術、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構具有重要影響

　　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；光熱發電具有儲熱功能，對電網靈活性具有重要影響，截至2050年，光熱發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，生物質發電方式也逐漸從混燃轉向了直燃；而對于燃煤機組與燃氣機組，裝機與發電量均大幅下降；核電機組雖然裝機變化不大，但發電量卻從11%降至5%。