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《預計發(fā)電成本報告》。
《預計發(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發(fā)電的基本成本數(shù)據(jù)。本版本還首次包括了有關存儲技術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，不同技術與不同功能的相互作用日益復雜，需確保始終提供可靠的電力供應。因此，2020年版的《預計發(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《預計發(fā)電成本》的主要見解是，低碳發(fā)電技術的平均發(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。跳轉到LCOE計算器：
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一、低碳發(fā)電技術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LCOE成本，折現(xiàn)率設定為7%（左，化石能源發(fā)電技術，右，低碳技術）
預計到2025年，陸上風電的平均平準化發(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年版中的預期成本要低。但核電的地區(qū)差異也很大，但核電仍是可調度的低碳技術，其到2025年的預期成本最低。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，不同技術對系統(tǒng)影響的重要性，最顯著的是在較高的滲透率下，風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，因燃料成本和技術成熟度的不同，所有技術的成本可能會因國家和地區(qū)而異。此外，某些發(fā)電技術在電力系統(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)給出的技術成本中位數(shù)，日本風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致各地發(fā)電成本的差異。在歐洲，陸上和海上風電以及公用事業(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、海上風電、新建核電，最后是燃煤發(fā)電。
在中國和印度，風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)電中轉型到低碳發(fā)電的基礎。
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)有的設施和基礎設施，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，它們仍然相對較低。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、技術必須適應市場
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、煤電和核電等可調度基荷技術按50％容量因子進行估算。
對容量因子（capacity factor）的影響
結果表明，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)電技術的眾所周知的指標。本報告中的共同假設（假設跨地區(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)電技術的成本競爭排名。這些特定于系統(tǒng)的特征與不同技術的技術和經(jīng)濟特征相互影響，即它們的可變性、可調度性、響應時間、成本結構和優(yōu)劣順序，還包括以下事實，即并非所有單位都在技術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)電是相關的，并非始終可靠。發(fā)電的同時性（不一定與需求相關）會降低發(fā)電的價值。缺乏可靠性需要可調度的后備，或者需要靈活性選項（例如存儲或需求側響應）以確保始終保證供應的安全性。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。總體而言，這意味著LCOE越來越需要通過其他分析來進行背景分析，以便獲得有關不同發(fā)電技術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，即通過價值調整后的LCOE（VALCOE）的系統(tǒng)價值組件來調整成本。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)中單個技術的LCOE。計算結果反映了現(xiàn)有技術及其未來可能發(fā)展的價值。
結果表明，一項技術的工廠級發(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，風力發(fā)電的輸出在各個單位之間的相關性較小，因此，即使風電份額占比增加，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，則相關性的影響可能會增加。
而成本可變的技術（例如高靈活性的開放式燃氣輪機）可能只在幾個小時內發(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中報告的結果提供了IEA對歐盟，中國和美國的VALCOE分析的示例結果。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，假設的是跨區(qū)域完全集成。因此，結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（假設長期成本最優(yōu)）相反，VALCOE計算所基于的場景試圖復制真實世界的系統(tǒng)。未來還將系統(tǒng)化和完善當前的結果。
評估不同發(fā)電技術對系統(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安全等。
七、儲能變得越來越重要
能源結構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，從而在未來幾年內提高其重要性。因此，最新的“預計發(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章總結了有關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》，著重強調了電力部門在實現(xiàn)新出現(xiàn)的機遇中的關鍵作用，以及潛在的障礙和必要的后續(xù)步驟。
九、結論
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)的多種技術的發(fā)電成本。不可避免地，區(qū)域、國家和地方條件至關重要。盡管如此，低碳發(fā)電技術的競爭力不斷增強。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)濟結合起來。很有可能，這兩者將在未來的《預計發(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LCOE對不同碳成本的影響。
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