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)計發(fā)電成本報告》（2020年版）（Projected Costs of Generating Electricity, 2020 Edition），這是發(fā)布的第9版《預(yù)計發(fā)電成本報告》。
《預(yù)計發(fā)電成本報告》（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、負擔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行信息。由來自經(jīng)合組織和非經(jīng)合組織24個國家/地區(qū)的243家發(fā)電廠的詳細成本數(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)計發(fā)電成本》將工廠級成本，即平準化度電成本（LCOE），的簡單指標納入了研究背景。
2020年版《預(yù)計發(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，但長期運行方面還是成本最低。如果碳價為每噸二氧化碳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。由于天然氣價格的下降，燃氣發(fā)電的成本有所降低，也證實天然氣在能源轉(zhuǎn)型過程中具有其作用。報告有大量詳細的信息和分析，100多張圖表
另外，IEA網(wǎng)站提供的LCOE計算器，包括了本報告中的所有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計算器：
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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)碳價為30美元/噸，那么可再生能源發(fā)電成本（按LCOE計）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)計到2025年，陸上風(fēng)電的平均平準化發(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個國家中有10個）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，而現(xiàn)在卻大大低于100美元/兆瓦時，已進入競爭范圍。
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)計核電廠比燃煤電廠更便宜。該報告確實也認識到，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?shù)貤l件
提供本報告數(shù)據(jù)的24個國家/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值、負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)參與本報告的國家中具有很強的競爭力，但根據(jù)“2020年預(yù)計發(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（本報告中為日本、韓國和俄羅斯）。同樣在一個國家，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，因為較低的燃料預(yù)期價格，燃氣發(fā)電廠價格較低。但是，大多數(shù)發(fā)電廠以LCOE計算，陸上風(fēng)能和公用事業(yè)規(guī)模的太陽能光伏在碳價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
本報告包括了核電站長期運行（LTO）的成本估算，即進行大規(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，但本報告未給出。
四、隨著碳價的提升，碳捕集技術(shù)可能是可行的選擇
在默認情況下，碳價如果為30美元/噸，則因為CCUS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50至60美元，CCUS裝置具有競爭能力；對于燃氣發(fā)電長，只有高于100美元/噸的碳價，CCUS才具備競爭力。在高碳價條件下，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超過了當今的大多數(shù)價格，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擔得起的化石資源，在碳價足夠高的情況下，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％容量因子進行估算。
對容量因子（capacity factor）的影響
結(jié)果表明，由于天然氣燃氣輪機的投資成本較低，而且在許多地區(qū)天然氣價格變動幅度適中，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)險的經(jīng)濟環(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。本報告中的共同假設(shè)（假設(shè)跨地區(qū)的燃氣發(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系統(tǒng)和市場的差異，而這些差異可極大地影響各項發(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)濟特征相互影響，即它們的可變性、可調(diào)度性、響應(yīng)時間、成本結(jié)構(gòu)和優(yōu)劣順序，還包括以下事實，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指標適用于單個電廠的級別，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)電的同時性（不一定與需求相關(guān)）會降低發(fā)電的價值。缺乏可靠性需要可調(diào)度的后備，或者需要靈活性選項（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。
為了補充LCOE方法并實現(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，即通過價值調(diào)整后的LCOE（VALCOE）的系統(tǒng)價值組件來調(diào)整成本。它根據(jù)對使電力系統(tǒng)安全運行的所有方面的貢獻來修改特定電力系統(tǒng)中單個技術(shù)的LCOE。計算結(jié)果反映了現(xiàn)有技術(shù)及其未來可能發(fā)展的價值。
結(jié)果表明，一項技術(shù)的工廠級發(fā)電成本可能會與其在整個系統(tǒng)中的價值有很大區(qū)別。特別是間歇性性可再生能源在這一點上更加明顯：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)電價值反而會顯著。發(fā)電量高產(chǎn)時段會導(dǎo)致棄光現(xiàn)象，會減少負載因子并增加LCOE。在系統(tǒng)分析中需要考慮到這一點。相反，風(fēng)力發(fā)電的輸出在各個單位之間的相關(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，但是如果實現(xiàn)了高比例可再生能源目標且相對占比增加，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氣輪機）可能只在幾個小時內(nèi)發(fā)電成本增高，但平均的系統(tǒng)價值（每發(fā)電單位）更高。大都數(shù)基荷電廠通常由燃氣電廠、煤電和核電來負擔，能長期可靠發(fā)電，其提供的價值就相當于系統(tǒng)的平均值。
圖ES6中報告的結(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，該模型未考慮電網(wǎng)瓶頸或跨境流動，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，可以用一個度量標準來捕獲系統(tǒng)分析的復(fù)雜性。價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計算所基于的場景試圖復(fù)制真實世界的系統(tǒng)。未來還將系統(tǒng)化和完善當前的結(jié)果。
評估不同發(fā)電技術(shù)對系統(tǒng)的貢獻可更全面地了解其經(jīng)濟成本。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，會增加電價的波動性，因此提高靈活性和平衡則可獲利。同時，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分市場（例如輔助服務(wù)市場）中成為經(jīng)濟上有吸引力的選擇。隨著更多的波動性電價使跨期套利更具吸引力，與開放式燃氣輪機等調(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)計發(fā)電成本”報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
另外，本報告還提供了由各個領(lǐng)域的專家撰寫的五篇獨立文章，對報告進行了補充，以考慮與發(fā)電成本相關(guān)的更廣泛問題，并擴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。它強調(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)運營商）RTE對通過電氣化和部門耦合實現(xiàn)整體能源行業(yè)轉(zhuǎn)型的貢獻。第10章由IEA撰寫，詳細討論了氫作為向清潔、安全和可負擔的未來能源系統(tǒng)過渡的潛在關(guān)鍵要素，基于IEA 2019年的報告《氫的未來：抓住今天的機遇》，著重強調(diào)了電力部門在實現(xiàn)新出現(xiàn)的機遇中的關(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)電計劃成本》第九版，重點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。該報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，本報告提供了運輸、氫能或供熱等行業(yè)即將電氣化的觀點，這些行業(yè)將以新的重要方式將發(fā)電與更廣泛的經(jīng)濟結(jié)合起來。很有可能，這兩者將在未來的《預(yù)計發(fā)電成本報告》中扮演更重要的角色。CWEA
備注：
1、還有5個非經(jīng)合組織國家也參與了本項目，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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