为什么中国一定要搞碳中和?如何解决碳中和的经济问题

2021-7-23 10:24 来源: 第一财经 |作者: 刘劲 ▪ 段磊

光伏和风能正在统治能源世界


现在全球能源格局中还是化石能源占主导,以2019年全球一次能源消费结构为例:石油、煤炭和天然气分别占33.1%、27.0%和24.2%,光伏、风能和水电等可再生能源加总只有11.4%。

但可再生能源的发展速度很快。自2013年以来,全球发电新增装机容量中,清洁能源已经持续超过传统能源。根据中国政府的计划,2030年非化石能源在一次能源的消费比重将达到25%以上,2060年清洁能源将在能源结构中占主导地位。

对清洁能源未来发展的信心,很大程度上来自于光伏、风能的发电成本在过去这些年迅速降低,已经可以直面传统能源的竞争。据国际可再生能源署统计:2010~2019年,全球范围内光伏发电成本下降高达82%、陆上风电下降39%、海上风电下降29%。2019年开始,中国很多地区的光伏、风能已经可以达到平价上网,即无需补贴,以和火电同样的价格并网发电。并且随着技术发展和规模化应用,光伏、风能的成本依然有着相当大的进一步降低的潜力。

信心的另一方面来自于清洁能源的开发潜力很大。以光伏为例,先不考虑波峰波谷匹配和传输损耗等问题,要满足中国现在的用电量,把0.6%的国土面积铺满光伏板就可以解决,即一个长和宽各约237公里的正方形区域。

当然,新能源的实际发展还有很多问题需要解决,比如刚才提到的平价上网,并不是一个全流程的成本计算。电力技术是需求驱动供给,电网为保证发用电的实时平衡,需要发电侧不断调节去拟合需求曲线。光伏与风能发电依赖于自然资源(光照强度、风力强度),其发电是随资源波动且不可控的,调节、消纳的成本比火电等传统能源要高很多,包括用其他能源辅助的方式或者用新建储能的方式去调频调峰,对电网的设备、线路、智能化改造等。以英国的经验为例,2010年以前英国平衡电力系统的成本一般占整个发电成本的5%以内,而随着近年来新能源占比的提高,平衡成本2020年升到了发电成本的20%左右。

所以储能有机会成为未来重要的商业机会,因为储能可以帮助解决新能源的消纳问题,很大程度上避免弃风、弃光;也因为平滑了发电曲线,可以降低对电网的压力和改造成本。2020年储能市场的总规模为152.8亿瓦时,市场规模约为2300亿元。储能的应用领域,51%都是用在风能和光伏的配套,风、光的高增长前景,将给储能市场非常可观的助力。同时,储能18%用在包含工商业及家用的用户侧,由于储能本身是对电力系统的调节,峰谷电价的套利成为用户侧储能的重要应用场景之一。以世贸天阶储能站为例,北京全天峰谷价差约1元,低谷电价只有0.3元,峰值电价高达1.4元。储能站在低谷时买入电量储存,到峰值时卖出电量,起到了削峰填谷的作用,可以为商场每年节约100万~200万元的电费。

储能目前最普遍的方式是抽水蓄能(占比90%),但受制于地理条件非常不灵活。随着电池成本的下降,电池储能可能会成为未来储能市场的主要增长来源。目前电池储能依然受电池成本的制约,以美国国家实验室的光储一体项目测算为例,在储能电池容量和光伏装机量配容比25%的情形下,发电系统将增加约11%的成本;在配容比50%的情形下,将增加高达27%的发电成本。但随着技术进步和规模效应,未来储能电池的价格预计也将下降,储能市场有机会迎来高速发展。

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