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瑞典100%可再生电力的创新解决方案

2020-01-13 14:50
ERR能研微讯
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瑞典背景

瑞典完全有能力帮助世界实现《巴黎协定》的目标。该国的电力系统几乎完全脱碳,其基础是丰富的水电资源和核能,以及由生物质燃料的地区供暖。瑞典主要依靠可再生能源提供燃料,2017年该国发电量包括约40%的水电、39%的核能、11%的风能和10%的热电联产。与邻国电网互联、参与高度一体化的泛欧电力市场、气候友好、基于市场的政策以及对创新的有力支持,也是瑞典的重要资产。

瑞典较老的、传统发电厂很可能在2045年(到那时,由于运输和工业等终端部门的电气化程度不断提高,该国对电力的需求可能会上升。)之前关闭,因为它们的生命周期已到终点。

瑞典的政策目标要求到2040年实现100%的可再生能源,到2045年实现碳排放净零排放。

旨在在瑞典建立100%可再生能源系统,同时确保能源安全、可负担性和环境可持续性,在政策/监管和系统操作领域都面临挑战。

研究的目标

这项研究有两个主要目标。首先,它考虑如何将高比例可再生能源(包括间歇性可再生能源,VRE)并入电力系统的系统性创新,有助于实现瑞典到2040年100%可再生能源发电的宏伟目标。为此,提出了四项创新解决方案,以便进一步探讨,并突出国际上最具创新性的试点项目。其次,通过展示将瑞典置于全球能源转型前沿的行动,该研究旨在激励其他国家通过国际合作,扩大其实现可再生能源目标的雄心壮志。

该研究反映了2019年与国际可再生能源署(IRENA)其他成员举办的四次讲习班的成果,包括具有类似政策目标的欧洲国家(丹麦、德国和西班牙)和在可再生能源中拥有很高份额的电力系统运营经验,包括在补充传统水电(哥斯达黎加、巴拉圭和乌拉圭)的过程中份额不断增加的太阳能和风能。本分析包括评估这些创新解决办法可能产生的影响,以及就如何实施这些解决办法提出建议。

量身定制的全系统创新解决方案

瑞典需要创新的解决方案,以实现到2040年100%可再生能源的宏伟目标。因此,国际可再生能源署与瑞典能源署(Energimyndigheten)协商,提出了四项基于系统方法的定制解决方案,以应对该国高比例间歇性可再生能源方面的具体挑战。

图1还从支持技术、业务模式、市场设计和系统操作的角度审视了每个建议的解决方案(IRENA,2019b)。

通过结合这四个层面的创新,解决方案可应对瑞典电力系统价值链中不同领域的不同挑战(图2)。

图1:瑞典电力系统的四个创新解决方案

瑞典需要创新的解决方案,以实现到2040年100%可再生能源的宏伟目标。

图1:瑞典电力系统的四个创新解决方案

要成功实施100%可再生能源未来的创新解决方案,必须与电力行业所有相关利益相关者协商

图2 位于电力系统价值链中的四个解决方案

电力系统监管和发展的系统性方法“呼唤”创新

虽然每种创新组合都为电力行业价值链的某些部分提供了解决方案,但四种解决方案的组合创造了主要的系统范围灵活性选项,如图3所示。在时间粒度较低的泛欧市场上,是否消费或交易可再生能源的决定将基于电力市场价格信号。如果不在当地储存或消费,可再生电力可能导致:

—直接用电,包括供暖、制冷或运输。这反过来又打开了电力和储热以及电动汽车(EV)智能充电的大门。请参阅解决方案Ⅲ。

—通过氢气间接电气化,使用可再生能源生产、储存或供应用于运输、住房和工业应用。请参阅解决方案Ⅳ。

—长期储氢,允许存储的可再生能源重新转化为电力,并在盈利时在电力市场进行交易。请参阅解决方案Ⅱ。

—提供辅助服务,包括电解、通过EV电池和智能充电储存氢气和存储,为输电系统运营提供灵活性。请参阅解决方案Ⅰ。

图3 瑞典可再生能源的创新选择

基于国际经验的主要经验教训

国际可再生能源署的一份研究报告,即《可再生能源发电未来的创新前景》,记录了200多个实际试点项目的重要经验教训和成果,这些试点项目测试了创新扶持技术、业务模式、市场设计和系统运营(IRENA,2019b)。随后,根据这些项目在瑞典的可复制性,选定了其他试点项目。

2018年,可再生能源占哥斯达黎加发电量的99%,而可再生能源占乌拉圭同年发电量的97%。这两个国家在电力系统中的间歇性可再生能源渗透率相对较高,2018年,风能占哥斯达黎加发电量的16%,乌拉圭占22%(IRENA,2019c)。2018年,丹麦在发电中间歇性可再生能源的份额超过51%(48%的风能,3%的太阳能光伏)(DEA,2020年)。此外,2019年,间歇性可再生能源电源占德国电力结构的34%(25%的风能,9%的太阳能光伏)(弗劳恩霍夫ISE,2020年)。

总体而言,这些经验表明,在某些条件下,到2040年,在瑞典获得100%可再生能源系统,间歇性可再生能源所占份额将不断增加,从现在的11%提高至42%以上(39%的风能,3%的太阳能光伏)。

在欧洲和美国,辅助服务市场定义了新的规则,间歇性可再生能源目前也可以参与。泛欧区域电力市场通过从更广泛的地理区域中获益,以及多样化的发电来源组合,从而有助于可再生能源并网,这些来源可在不同时间尺度上相互补充。分布式能源来源,包括需求响应、电表后电池、EV智能充电技术和热电,都可以支持间歇性可再生能源并网,尤其是在欧洲等大型区域市场。如果与数字技术相结合,以"智能"方式管理,这些技术就代表着一个重要的灵活性来源,为系统运营商提供辅助服务,为资产所有者带来金钱利益。必须制定适当的条例,以激励这种安排。

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