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可再生能源有效供应土耳其电力发展之路

导读: 在系统驱动下战略,风能和太阳能更加均匀的分布在土耳其各个区域,风能和太阳能的输出占电力需求量的20%至57%。

SHURA的最近研究报告表明,土耳其通过安装总共40GW的太阳能和风能这两种可再生资源可(目前是10GW)可以满足总电力需求的20%。而这些不需要改变现有的电力系统,这个计划也不需要额外输电网投资。

土耳其拥有大量的风力和太阳能资源,其电力系统可以整合更多的可再生能源。同样有研究表明土耳其可以整合60GW的太阳能和风能,这样就能满足整个国家用电的30%。加上水电、地热和其他可再生能源可以使得可再生能源的电力输出占总电力输出的50%以上。提高电力系统的灵活性,通过考虑太阳能和风能对电力系统的影响来合理分配他们的份额。

想要实现整合60GW的风能和太阳能需要大量的投资,自2018年至2026年每年需要投资4.7至6.3欧元来保障每年2.6GW的风能和3GW的太阳能光伏加入到电力系统中。

风能和太阳能发电量的四分之一通过高压电网传输到电力需求高的地方,和传输距离相比可再生能源更需要投资在资源最佳的地方。太阳能光伏(10GW)和风力在这方面都是资源最佳比传输距离要重要,资源最佳的地均在西北部的最高处。太阳能资源丰富的地是从安纳托利亚中部和地中海的西部到土耳其的其他地方,横跨北部和东部地区大约有5GW的风力发电量。

重新调整资源缺乏的地区太阳能和风能对于整体的输出的影响是微不足道的,在资源缺乏的地使得整体的产量下降只在3%-5%之间,但是从投资者的角度考虑,产生的损失是很高的:这些投资者若是重新安装太阳能光伏设备就会导致产量下降高达10%,这就导致太阳能光伏的平均发电成本上升12%,风力发电的成本上升相对低一些大概4%。不过,若是有适当的激励措施,投资者们可以调整他们的投资。

系统驱动战略的好处要远大于其成本投入,与只在太阳能和风能资源好的地投入输电网络和储电设备的投入要减少6%的投资。

实施系统驱动战略-可以在某种程度上平衡电力的可行性-差不多可以减少四分之一为了保证电网稳定运行导致的风力发电和太阳能光伏的调度。为了进一步减少其他方面的干扰,系统驱动战略应该补充一些灵活的保障措施,主要包括储电设备、水电设备、相应措施和灵活启停的火电设备。

挖掘土耳其的资源潜力和实现社会和经济效益,提高可再生资源的比例,从而改善土耳其公民的福利,政府相关决策部门提出以下意见:

  • 设定一个监管制度来均衡可再生能源的市场不限制对资源丰富的地区投资。
  • 通过考虑投资在系统友好地区的项目的技术和地点对整体经济的影响给予投资者奖励。
  • 将现有的政策和新的监管制度结构,例如:屋顶太阳能光伏能够间接影响着风力发电和太阳能光伏的比例。
  • 在每个地区投资可再生能源均要考虑可利用的土地、选址限制、经济情况、能够为当地创造的价值和先有的电力网络情况。
  • 通过一系列的技术补充系统驱动策略,这些技术能够在资源贫乏的地区最大化的电力输出这样能增加系统的灵活性,从而提高风能和太阳能的安全整合能力,减少限电和电力重新调度的运营成本。

1 简介

2017年土耳其进入了一个能源系统的新阶段,在年底总共装机容量从2016年的78.5GW达到85GW。2017年新增装机容量三分之二是可再生,大多数是小型的光伏设备。结果在2017年底太阳能和风能的总装机容量达到10GW(能源与自然资源部,2018a,b)。

SHURA的发布的最近研究报告:根据电力系统运营商(土耳其输电公司blob.png)“土耳其电力系统新增的可再生能源份额,在2026年太阳能和风能的容量不会超过20GW(基础情况)。根据目前的资源潜力和市场发展情况来看,这个预测远低于到2023年达到25GW的目标(Godron等,2018)。同样的研究发布,通过风能和太阳能提高可再生能源的份额对电力输送体统和运转系统的影响评估过高。根据目前blob.png投资计划,同一年太阳能和风能容量若是达到40GW(双倍模式)不需要额外的电网投资并且不会对目前的运行情况产生负面影响。没有任何先前的系统调整经验,如果土耳其在2026年投资太阳能和风能装机容60GW(三倍模式),电网投资相比基础模式和双倍模式要增加40%。除此之外,需要削减总太阳能和风能的3%,与2016年相比需要重新调整的电力要翻一倍。

要达到电力系统可再生能源电力占总发电量的50%以上需要尽早规划以缓解所面临的挑战。电力系统的灵活性需要改善,需要找到更合理的方式分平衡太阳能和风能的比例分配问题——例如,选择地区不仅要选择资源丰富的地区也要考虑当地的用电需求和电网的输送能力问题(系统驱动策略)(详见资料1)。

本文是SHURA准备的关于“可再生能源有效供应土耳其电力的发展之路”一系列研究的一部分。从电力系统友好的角度讲述平衡太阳能和风能分配问题的好处和评估利益、投资、系统花费和实施挑战等方面的后果,本文最后简要的为政策部门、能源企业和社会提供一些建议。

一个更加灵活的能源系统补充当地的太阳能和风能容量可以带来很多好处:他每年可以减少1亿欧元用于投资输电网络、限电、重新调度电力的花费。

2 系统驱动战略对于实现更高可再生能源份额的好处

各地区太阳能和风能装机容量和输电量的变化

在完成的分析报告中,15GW的太阳能和风能装机在电力需求较高并且有很强的输电网络的地方。这代表着2026年三倍模式中总装机容量60GW的四分之一

图三介绍了土耳其每个地区的变化,安纳托利亚中部和地中海西部地区是由于总装机容量减少受影响最大,而在西北安纳托利亚和黑海中部地区,风能和太阳能容量将增加。在这些地区风能和太阳能装机容量的再分配问题必须要考虑,这些区域的再分配问题主要是根据变电站水平尤其是在154KV电网系统中所以在地图上看不出来。

最好风力资源已经在电力需求高且输电网络强的地方。因此在系统驱动战略中需要转移的份额很低。在总风力容量30GW之中只涉及到5.1GW,大多数在土耳其的西部(安纳托利亚西部3.5GW,色雷斯1GW),这些容量转移到需要风能并且输电网络可以整合额外风能的中部和东部地区。

给太阳能带来的影响更明显。总共涉及到10GW的容量。土耳其南部具有丰富的太阳能资源是太阳能投资最多的地区。地中海的西部大部分地区和安纳托利亚中部地区和对电力的需求很高;但是在土耳其南部的很多地区并没有这样的需求。土耳其的南部和东部地区人口密度和工业企业相对较少,输电网络在这些地区也相对较弱,根据系统友好型战略,将近10GW大约三分之一的土耳其太阳能容量(安纳托利亚西北部(3.4GW),色雷斯(1.6GW),安纳托利亚西部(1.6GW),黑海中部(1.6GW)和安纳托利亚(1.5GW)重新布置。由于重新分配,安纳托利亚中部和地中海西部的容量将等量较少。

基于系统驱动战略,大约15GW的太阳能和风能装机容量被重新安置在电力需求较高并且输电网络较强的地区。

安纳托利亚中部和地中海西部的风能和太阳能容量均有所下降,而安纳托利亚西北部和黑海中部地区则有所增加。

在资源驱动的战略中,太阳能和风能电力输出占安纳托利亚西部,安纳托利亚中部和地中海西部地区的电力需求的一半以上。

在其余地区,风力和太阳能的总份额占土耳其平均值得24%,最低的安纳托利亚西北部为13%到最高的地中海东部为38%。系统驱动的策略在不同地区根据他们的需求水平分配风能和太阳能输出。不同地区分配不同容量的系统驱动策略,可以使得各地的产出更加平衡。尤其,在安纳托利亚东部和黑海中部地区,风能和太阳能的比例显着增加。通过同时增加太阳能和风能的输出来满足整个区域一半以上的需求。

在系统驱动下战略,风能和太阳能更加均匀的分布在土耳其各个区域,风能和太阳能的输出占电力需求量的20%至57%。

太阳能和风能的投资需求以及发电成本的变化

如果土耳其2026年太投资60GW的容量,那么风能每年大概要投资24-30亿欧元,太阳能每年要投资23-33亿欧元。相当于2017年投资额的六倍。这个范围的变动取决于太阳能和风能容量成本发展情况。根据2016年水平容量成本在1000-1500/kW,以下降40-48%的比例假设,则2026年太阳能容量成本在600-780/kW。。根据2016年水平容量成本在1000-1250/kW,以下降12-14%的比例假设,则2026年风能装机成本865-1100/kW。假设中容量成本的较大范围波动主要是反应不同项目中的变化。未来的估算基于国际可再生能源机构2015-2025年的预测(IRENA,2016)和土耳其根据2015年至2016年全球风能和太阳能容量成本的发展情况进行的调整。

在2018-2026年预计每年的投资额47-63亿欧元比2017年太阳能和风能的总投资额34亿至少高40%。

在三倍模式下,在资源驱动的模式下安纳托利亚西北部,安纳托利亚西部和安纳托利亚中部地区占太阳能的和风能总投资的一半。投资数量最少的安纳托利亚东部和黑海中部分别仅占总数的2%和4%。在系统驱动策略下,这些细分会发生变化。随着更多太阳能和风能在黑海中部,安纳托利亚东部和安纳托利亚东南部地区安装,这些地区在土耳其的整体投资中占太阳能和风能的比例达提高了17%-28%。

土耳其在安纳托利亚西北部,中部和西部地区太阳能和风能的投资约占了总投资的一半。通过系统驱动战略,黑海中部和安纳托利亚东部地区的份额有所增加。

在系统驱动战略下,相对于资源驱动在资源可利用率低的地方安装了较多的太阳能和风能容量。这个对整体投资的太阳能和风能利用率来说可以忽悠不计(太阳能从21.1%降到20.1%,风能从28.3%降到27.6%)。事实上,由于土耳其丰富的太阳能和风能资源,其对输出的影响低于其他国家。然而,如果容量重新调整,容量利用率下降到26.8%(风力容量共5.1GW)和18.7%(太阳能光伏容量共9.9GW)。

因此系统驱动策略通过太阳能和风能影响着发电的平均成本(LCOE)。在资源驱动策略下,发电厂靠近资源最佳可利用的的地方。这种情况下既要考虑当前的价格也要考虑上网电价不会区分资源的质量情况。按照资源驱动战略,根据2026年太阳能容量成本太阳能的平均发电成本在353-458欧元/MWh。根据2026年风能容量成本风能的平均发电成本在440-560欧元/MWh。这个估算比系统驱动策略容量因子风能减少了4%太阳能减少了11%。这就意味着太阳能的发电平均成本增加了12%,大概396-515欧元/MWh,对风能影响相对小一些,平均发电成本增加4%,达到459-583欧元/MWh。平均发电成本的增肌就需要建立一些激励制度来鼓励投资,例如对于在这些区域投资者提供不同的购买价格。

减少发电量产生对平均电力成本的影响。太阳能平均发电成本上升12%,风能的平均发电成本上升4%。

系统驱动策略的好处

系统驱动策略对土耳其的电力系统有很大的好处,例如整合更多的可再生能源,需要投资87678km的输电网络容量比基础模式的资源驱动的79347km增加10%。系统驱动策略就会减少6%,只需要输电网络增加到82092km。

系统驱动的策略会减少额外投资输电网容量大约6%,共计约为5,586km。

较少输电网络的原因是太阳能和风能发电被就近的有需求的地区使用。这样可以较少电力传输系统的阻塞(以前只能新建传输线路或者重新分配火力发电、高成本电),减少拥挤区域的电力流动。若是本地需求较高,能够吸收额外的太阳能和风能,从而较少限电情况。从图8中可以看出,重新布置风能和太阳能可以较少重新调度和限电情况带来显而易见的好处。然而,这一策略只有在太阳能和风能的份额超过30%的时候才能保证电网的可靠性和安全性。为了长远的减少调度,应该探索电力系统的灵活性方案。

系统驱动策略中风能和太阳能分配也有平衡效应,随着增长率下降,太阳能和风能每小时最大需求份额总体需求量从131.3%下降到126.2%。每小时最大需求量下降大概100MW,从14.3GW降到14.2GW(下降-0.7%)。近年来开发其他策略和技术来保障风力和太阳能发电平稳输出,降低斜率从而提高发电系统稳定。这些包括改进的风力涡轮设计,特别是资源较少的区域增加涡轮输出,对于太阳能改变面板方向,全天跟踪太阳,调整太阳能电池板的发电容量与最大逆变器输出之间的比率,以及智能混合技术(IEA,2016)。

在投资方面,对于到2026年三倍模式下总投资太阳能和风能装机容量60GW来看,系统驱动策略可以减少每年1亿欧元在额外输电网的投资。

系统驱动策略产生了显著的好处:它可以减少可再生能源的重新调度和削减、在额外输电网上投资减少1亿欧元。然而,只有提高现有电力系统的灵活水平,才能维持电网的稳定运行。

3.与实施系统驱动战略相关的挑战

正如分析显示:系统驱动策略整合新能源对电网带来十分明显的好处,但是实施这些策略存在着一些政策性和技术性的挑战。

没有监管制度指导投资者去制定的区域投资,也没有政策鼓励措施实施大规模小规模的发电设施的混合使用,投资环境将继续在资源丰富的地区投资。相反,当年2017年在土耳其发布的新能源装机容量的环境政策更多只在资源丰富的地区。从本质上讲,投资者优先考虑利益以提高投资回报率,这会导致投资者朝着这个方向发展。在系统驱动策略,除非有明确的激励措施,否则投资回报率会相对较低。这也是阻碍当前设计平衡新建太阳能和风能发电厂的一个原因。2017年2GW规模的电力刷新了价格记录,主要是因为他们安装在太阳能最丰富的地和风速最快的地方。

土耳其政府决定建立一个可再生能源市场,发展当地的价值链,重建太阳能市场,多年来从没注意这些阻碍挖掘国家能源潜力的问题。这一政策选择与其他国家没有太大差别,但重要的是这个政策应会随着市场和技术的发展而发展。同时,基于目前的上网制度,2017年实际投资的太阳能仅在小规模(主要是1MW)的项目。在2018年的上半年,土耳其的可再生能源市场停止不前。值得注意的是,太阳能系统受到影响。政策的不确定性,投资者观望的主要原因是土耳其的经济状况充满着挑战性和产能过剩。

通过新的政策和监管制度,决策者可以通过建立政策不确定性的补救措施在改善这种情况中发挥重要作用。重点应该放在那些太阳能和风能辐射略低但是电力可以不需要再大量投资就能输送的电网的地方,在这些地方为小规模的投资者提供方便,以助于他们迅速开展业务。这就需要建立一些投资措施。屋顶太阳能光伏是加速部署更多分布式容量,从而可以在任何地方发电消耗,减少对电网基础设施和系统运行的压力的新的监管制度的起点。

最近的一份世界银行的研究显示土耳其目前的太阳能屋顶光伏的容量达到4GW,达到了剩余的商业和工业屋顶理论潜力40GW的10%(世界银行,2018)。正如报告中所示,这些太阳能屋顶光伏潜力大的地区正是电网输送能力强而且需要高的地区。因此,政府以后应该建立鼓励屋顶太阳能光伏的倡议,并广泛宣传安装这种对系统友好的风能和太阳能的政策。达到这个目的可以有几种途径:通过制定购买电力充值协议,有吸引力的投资贷款或者其他方式。由于这种财政支持计划已经可用,对其进行调整

不会产生额外的实施障碍或官僚主义问题。

成本问题不是这个系统的主要问题。这种系统友好政策对整体系统成本的影响将是微不足道的,并且肯定低于削减电力产生的影响。SHURA即将进行的研究将更详细地评估这一点,可再生能源提供的电力输出占总输出的一半以上的各种灵活性选择的成本和收益,(Sayginet 等即将出版)。事实上,对单一投资者的影响可能相当大;但是,在经济和社会方面每个人人都将从中受益。这就是为什么现有的监管制度应该鼓励投资者在系统友好策略方法下投资。

除了监管和相关成本花费之外,技术和社会问题也会出现。电力需求量大和电网丰富的地区都是人口密集、拥有大量工业和农业活动的地区,像土耳其的西北部和西部地区。这些地区也吸引了土耳其大量的旅游业,这就为可再生能源系统的投资带来了另一个争论的点。规划人员除了考虑土地利用问题也要考虑这些问题和当地的工业活动以及公众支持问题。如上所示,屋顶太阳能光伏政策可以通过利用闲置的建筑物屋顶解决部分问题。这将为其他活动(例如娱乐,农业,林业等)腾出土地,但实现这一目标需要采用综合政策方法来解决利益问题和其他政策的局限性,以确保监管制度对系统友好风能和太阳能项目有效。

最后,安装太阳能和风能对当地的创造就业和经济活动都有积极的影响。与其他任何国家一样,可再生能源的社会经济效益在土耳其的政策议程中占据重要位置。接受投资的当地的居民收益最大。特别是对于风力发电,系统驱动策略趋于在土耳其西部和西北部地区之外的更广泛的地区安装,这些地区资源丰富且已经拥有强大的输电网。相比之下,在系统驱动战略中相当大的太阳能份额转移到经济活动已经很高的地区。其余的地区经济活动较差,发展可再生能源的潜力较低。在区域的再分配和经济价值问题上,政策制定的方法通过考虑需求和当地创造的价值来分配。

实现系统友好策略的方法

整合提高可再生能源的份额主要是根据系统的特性,例如需求、现有供应量、输电和配电网的容量。这一思路已得到许多国家的认可。在需要太阳能和风能安装更多的发达装机容量之时,考虑增援或者安装新的线路之前,应该优先考虑系统的特性。

这种策略可以刺激当地的发电形式。各国通常会鼓励系统友好方法作为他们各种政策的一部分。例如奖励那些在资源不丰富的地区的投资的投资者或者提供除了上网电量额外的费用。技术发展也是保证发电厂能够平稳的在风力较弱和太阳能不足的输出的一种途径。

投资者在资源匮乏的地区投资通常会考虑一下,这些投资回收期很长。可再生能源投资成本的降低已经缓解投资快速回收的问题。发电厂的技术和设计标准也得到了发展。例如,更先进的涡轮机技术,高效的太阳能模块,更好的预测技术,以及太阳能主动跟踪使在资源较低的地区最大限度地提高产出(IEA,2016)

系统整合是可以降低系统整体成本的一种有效的系统友好的方法。由于每个发电厂的输出关联性比较小,在这些地区均匀的分布发电厂可以创造一个相对稳定的效果。就土耳其而言,由于这个国家不能位置天气情况不同的情况,这个影响是非常明显。相比而言,一个系统最大程度的产出并有结余情况更可能发生,因此对于整个系统削减可再生资源或者采用更灵活的策略都可能增加系统成本。

政府采用多种机制以对整个系统更加友好的方式来管理当地的风能和太阳能发电站布局。一种控制机制是对那些投资于距离电网较近但资源较少的区域的发电厂收取较低的电网费用。像巴西、中国和德国一样,对于那些对系统稳定平衡有帮助的发电厂给予额外的奖励。在第一轮投资中,墨西哥将创造了最大价值的发电厂纳入到信用系统中(IEA,2016,2017)。

为了在能源系统中整合更高份额的风力和太阳能,土耳其需要找到一个方式确保在当技术和政策方面的更加平衡太阳能和风能容量。像其他国家学习将大大加快转型。

4 建议

通过智能方式或者在电网能吸收的地区直接投资整合大容量的风能和太阳能加入到土耳其的电力系统,我们建议在以下几方面更新政策和法规:

  • 设定一个监管制度来均衡可再生能源的市场不限制对资源丰富的地区投资。
  • 通过考虑投资在系统友好地区的项目的技术和地点对整体经济的影响给予投资者奖励。
  • 将现有的政策和新的监管制度结构,例如:屋顶太阳能光伏能够间接影响着风力发电和太阳能光伏的比例。
  • 在每个地区投资可再生能源均要考虑可利用的土地、选址限制、经济情况、能够为当地创造的价值和先有的电力网络情况。
  • 通过一系列的技术补充系统驱动策略,这些技术能够在资源贫乏的地区最大化的电力输出这样能增加系统的灵活性,从而提高风能和太阳能的安全整合能力,减少限电和电力重新调度的运营成本。

翻译:ERR能研微讯团队

来源: https://power.ofweek.com/2018-12/ART-35008-8420-30287339.html

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