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增加电力选择可降低无碳电力的成本和风险

2019-04-06 17:49:33来源:

在8月底通过的主要立法中,加利福尼亚承诺建立一个100%无碳电网 - 再次引领其他国家,州和城市制定积极的政策,削减温室气体排放。现在,麻省理工学院研究人员的一项研究提供了建立这种零碳电力系统的经济有效和可靠方法的指南。

研究发现,解决电力排放的最佳方法是使用最具包容性的低碳电源组合。

近年来,风力发电,太阳能发电和储能电池的成本迅速下降,导致一些研究人员,政治家和倡导者认为仅这些来源就可以为无碳电网供电。但是这项新的研究发现,在各种情景和地点中,将这些来源与稳定的无碳资源配对,可以依靠这些资源来满足所有季节和长期的需求 - 例如核能,地热能,生物能源和具有碳捕获的天然气 - 是一种成本更低,风险更低的无碳电网。

今天发表在Joule杂志上的一篇论文描述了这一新发现,麻省理工学院博士生Nestor Sepulveda,Jesse Jenkins博士18,Fernando de Sisternes博士,以及核科学与工程教授和副教务长Richard Lester。

需要具有成本效益

詹金斯说:“在本文中,我们正在寻找强有力的战略,以使我们实现零碳电力供应,这是整体经济中缓解气候变化风险的关键因素。” 为实现这一目标,“我们不仅需要在电力部门实现零排放,而且我们还必须以足够低的成本实现这一目标,即电力是运输中的石油,天然气和煤炭的有吸引力的替代品,热量和工业部门,脱碳通常比电力更具挑战性。“

Sepulveda还强调了经济高效的无碳电路径的重要性,并补充说,在当今世界,“我们有很多问题,气候变化是一个非常复杂和重要的问题,但不是唯一的。所以每增加一美元我们用来应对气候变化也是另一个我们无法用来解决其他紧迫的社会问题的美元,例如消除贫困或疾病。“ 因此,研究不仅要确定技术上可实现的电力脱碳方案,而且要找到以最合理的成本实现碳减排的方法。

为了评估不同发电深度脱碳策略的成本,该团队研究了近1,000种不同的情景,涉及低碳技术的可用性和成本,可再生资源可用性的地理差异以及不同的可再生资源政策的不同假设。使用。

关于政策,该团队比较了两种不同的方法。“限制性”方法仅允许使用太阳能和风力发电以及电池存储,通过减少和改变电力需求时间的措施以及长距离输电线路来增强,以帮助消除局部和区域变化。“包容性”方法使用了所有这些技术,但也允许选择使用持续的无碳源,如核电,生物能源和天然气,以及捕集和储存碳排放的系统。在团队研究的每一个案例中,发现更广泛的来源组合更实惠。

相对于更受限制的案例,更具包容性的方法的成本节约是巨大的。在分析的许多情景中,将零碳资源组合中的持续或“坚定”低碳资源包括在内,成本从10%降低到62%。作者强调,这一点很重要,因为在许多情况下,现有和拟议的法规以及经济激励措施有利于甚至强制要求更加有限的能源资源。

莱斯特说:“这项研究的结果挑战了气候变化辩论双方的传统智慧。” “与担心有效的气候减缓努力将会造成严重损失相反,我们的工作表明,即使是相对适度的额外成本,也可以实现电力部门的深度脱碳。但与人们相信,无碳电力可以轻松便宜地生成。我们的分析清楚地表明,以这种方式实现深度脱碳的社会成本可能远远超过必要的成本。“

一种新的电力分类

在研究不同情景下新发电的选择时,该团队发现,描述电力行业中不同类型电源的传统方式 - “基本负载”,“负载跟踪”和“峰值”资源 - 已过时考虑到新资源的使用方式,不再有用。

相反,他们认为,考虑三种新类别的电源更为合适:“节省燃料”的资源,包括太阳能,风能和河流(即没有水坝)水电; “快速爆发”资源,为电力需求和供应波动提供快速但短期的响应,包括电池存储和技术以及定价策略,以提高需求的响应能力; 和“坚固”的资源,如核,水力与大型水库,沼气和地热。

“因为我们无法确切知道许多这些资源的未来成本和可用性,”Sepulveda指出,“所研究的案例涵盖了广泛的可能性,以便使研究的整体结论在该范围内具有可靠性。不确定性“。

场景范围

该小组利用国家可再生能源实验室等机构制定的一系列预测,说明未来几十年不同电源的预期成本,包括与当前和预期的成本降低相似的成本,因为新的或改进的系统已经开发和带上网。对于每种技术,研究人员都选择了预计的中等成本,以及低端和高端成本估算,然后研究了这些可能的未来成本的许多组合。

在每种情况下,限制使用节省燃料和快速爆破技术的情况都比使用坚固的低碳资源的情况具有更高的总体电力成本,“即使对未来成本降低的最乐观假设, “塞普尔维达说。

詹姆斯补充说,这是真的,“即使我们假设核仍然像现在一样昂贵,风能和太阳能以及电池的价格便宜得多。”

作者还发现,在所有风能 - 太阳能电池专用案例中,随着系统向零排放方向发展,电力成本迅速上升,但当可用的固定电源时,随着排放量下降,电力成本也会逐渐增加。零。

“如果我们决定主要通过风能,太阳能和电池来实现脱碳,”詹金斯说,“我们实际上是'全力以赴'并打赌地球实现所有这些资源的成本非常低”,以及能力建设大陆规模的高压输电线路,引发更加灵活的电力需求。

相比之下,“使用坚固的低碳资源以及太阳能,风能和储存的电力系统可以实现零排放,即使在对这些无碳资源的成本或解锁能力有多便宜的悲观假设下,成本也会略有增加灵活的需求或扩大电网,“詹金斯说。他说,这表明增加稳固的低碳资源“是一种有效的对冲策略,可以降低成本和风险”,使电力系统完全脱碳。

塞普尔维达说,尽管大多数地区的完全无碳电力供应需要几年时间,但今天进行这项分析非常重要,因为现在关于电厂建设,研究投资或气候政策的决策可能会持续数十年的影响。 。

“如果我们现在不开始”开发和部署最广泛的无碳替代品,他说,“这可以大大降低零排放的可能性。”