成本大幅下降使风电和光伏在如今全球很多地区往往都是平准化度电成本(LCOE)最低的电源。成本优势正促进风电和光伏在众多市场实现创纪录增长。然而,随着能源转型深化,人们将越来越关注能源之外的资源属性——尤其是稳定容量和灵活性。
美国电力系统恰恰处于这样的能源转型期——风电和光伏规模迅速扩张,燃煤发电和核电等传统电源则面临淘汰,因此,美国的情况可以很好地反映发电资源属性的重新定位对不同发电资源的竞争力产生的影响。
美国的电力系统中风电和光伏成本优势日益凸显,新建风电和光伏发电厂的成本要低于运营现有燃煤发电厂或新建燃气发电厂。电源规划通常依据平准化度电成本(LCOE),但同时也涉及到更为复杂的电力系统分析。LCOE可以作为衡量相对发电成本的实用总体指标,但它忽略了其他重要属性,例如稳定容量(系统负荷高峰时段的发电能力)和灵活性(发电出力快速跟踪净负荷变化的能力)。
然而,在电源结构低碳转型进程中,能量、稳定容量和灵活性相对价值的变化将削弱LCOE作为投资决策指标的效用。在风电和光伏大发的时段,可再生能源发电边际成本为零,其规模增长将稳步降低能源价格。与此同时,美国正逐步淘汰基荷电源——根据我们的最新预测,预计未来10年将有1.3亿千瓦煤电和核电机组退役——这将减少电力系统中的稳定容量,在负荷高峰时段具备稳定出力电源的价值将逐步凸显。风电和光伏可以贡献一部分高峰发电量,但随着可再生能源比例增高,系统发电需求高峰时段将转移到可再生能源发电量最低的时段,这将大幅降低可再生能源本就有限的容量价值。最后,可再生能源比例的提高也将增加灵活性的价值——作为可调度和快速响应的电源,平衡日益剧烈的负荷波动。
作为发电成本最低的电源,风电和光伏在可预见的未来仍将是新增装机的主要构成部分。长远来看,资源属性相对价值的变化将使其他不同类型的发电资源也获得发展机会。
在美国,燃气发电厂可能会成为赢家,因为它们的初始投资和燃料成本相对较低,而且可以快速调节出力。低碳氢和生物甲烷的应用能够降低温室气体排放,使燃气发电成为风电和光伏的完美补充。
反对新增化石能源投资的地区可以选择光伏+储能的混合型电厂,利用日新月异的电池技术实现灵活性和稳定容量的价值。日照匮乏的地区可以转向地热发电、水电或海上风电。碳捕获与封存、氢能和模块化核电小堆等新兴技术也将有越来越多的用武之地。