电力市场改革：卡纳塔克邦案例研究

电力市场改革–卡纳塔克邦案例研究Udetanshu Himanshu Baghel David Nelson2020年9月CPI能源融资项目 描述符关键词地区联系脱碳，可再生能源，市场改革，市场转型，灵活性，整合，太阳能，风能，热能，需求灵活性，储能印度卡纳塔克邦Udetanshu费利斯·卡鲁斯关于CPI气候政策倡议致力于改善全球最重要的能源和土地使用政策，尤其是金融方面。 CPI是一个获得基金会资金支持的独立组织，其工作地点在对政策产生最大影响的地方，包括巴西，中国，欧洲，印度，印度尼西亚和美国。我们的工作可帮助各国发展，同时应对日益稀缺的资源和气候风险。这是一项复杂的挑战，其中政策起着至关重要的作用。CPI的能源金融业务是由经济学家，分析师和金融及能源行业专业人士组成的多学科团队，致力于开发创新的金融和市场解决方案以加速能源转型。版权所有©2020气候政策倡议www.climatepolicyinitiative.org保留所有权利。致谢本文是由气候政策倡议组织（CPI EF）的能源财务小组撰写的，该文件是印度市场改革和转型计划的一部分，重点是某些州。我们感谢在此过程中与我们有很多利益相关者的支持，他们参加了会议和电话会议，包括中央电力监管委员会，电力系统运营公司，NTPC，西门子，BSES，AmarRaja，Exide，Exicom，Orient绿色，L＆T，安全，WinAMR，Power One，Mahindra Electric，ChargeMyGaadi，Fortum，CII和IESA我们还要感谢CIFF，Hewlett和Shakti的资助者以及我们的民间社会和顾问合作伙伴AVC，WRI，CAG，RAP，TERI，NREL，Brookings，PEG和GTG-Rise的支持。特别感谢Vasudha基金会，他已与我们分享了卡纳塔克邦世代概况的数据。 2020年9月电力市场改革：卡纳塔克邦案例研究不用于分发3目录1.介绍132.框架与方法152.1可再生能源方案152.2评估灵活性需求162.3评估灵活性选项172.4电力系统建模和集成产品组合182.5壁垒192.6市场改革的作用193.卡纳塔克邦的灵活性需求和挑战214.满足卡纳塔克邦日益增长的灵活性需求254.1灵活性组合264.2灵活性组合以及减少卡纳塔克邦煤炭管道的影响294.3卡纳塔克邦，州际市场和输电的附加价值305.灵活性资源，潜力，成本，障碍和市场改革325.1通过需求满足卡纳塔克邦的灵活性需求335.1.1对卡纳塔克邦需求的灵活性潜力335.1.2农业抽水带来的灵活能力365.1.3电动汽车充电的灵活容量385.1.4空间冷却的灵活能力415.1.5行业灵活的能力435.1.6需求带来的灵活性障碍455.1.7市场改革以整合需求的灵活性455.2使用存储技术满足卡纳塔克邦的灵活性需求475.2.1储存成本485.2.2不同的业务模型可有助于满足灵活性需求515.2.3储能灵活性的障碍515.2.4整合储能的市场改革525.3通过动力装置满足卡纳塔克邦的灵活性需求555.3.1水力发电厂和灵活性575.3.3满足电厂灵活性需求的成本605.3.4动力装置的灵活性障碍615.3.5市场改革：激励和整合发电厂的灵活性_ 636.总结与建议65附件1：数字和表格68附件2：首字母缩写词70 2020年9月电力市场改革：卡纳塔克邦案例研究不用于分发4 2020年9月电力市场改革：卡纳塔克邦案例研究不用于分发5执行摘要由于印度雄心勃勃的脱碳计划的一部分，卡纳塔克邦迅速部署了可再生能源，可以满足未来十年的能源需求，该计划旨在减少排放，同时满足能源需求和支持经济增长。截至2019年底，卡纳塔克邦的太阳能装机容量为7.3GW，是印度所有邦中最高的，占该国总部署量的近22％。总体而言，该州占印度总装机容量的22％（15GW）1。这些成就使印度步入了实现其根据2015年《巴黎协定》达成的减碳目标的轨道2.但是，仅靠增加容量还不足以开发经济有效的电力系统，以低成本降低碳排放。与该国其他地区及其邻国泰米尔纳德邦（Tamil Nadu）一样，卡纳塔克邦在电力市场设计和电力行业结构方面处于关键的拐点。能源转型委员会先前的分析表明，对于通用电力系统3以及整个印度4，低碳电力系统的总成本将低于当前能源结构的成本，包括所有系统和集成成本。但是，该分析还表明，只有市场机制和其他措施可以增加电力供需的灵活性，以适应不断变化的需求模式和可再生能源供应的可变性，才能获得这些收益。该分析还表明，在灵活性的需求和供应方面，本地和区域差异的重要性以及在州一级评估各种选择和计划以充分了解成本，潜力和可能出现的问题的需求。该案例研究是印度一系列区域和国家研究之一，研究了电力市场改革和技术发展的关键要素，这些要素对于卡纳塔克邦和整个印度应对这一挑战的能力至关重要。在这个案例研究中，我们有：在当前轨迹（CTS），当前政策（CPS）和最高水平三个主要情景中评估了到2030年的潜在灵活性选项的成本，开发，资金需求和时机，包括需求，能源存储和电厂灵活性的灵活性。可再生能源方案（HRE）在没有任何电厂管道的情况下评估了更高的可再生能源情景（CPS，HRE），即没有超出现有运营能力的煤炭，天然气或水力发电厂。为卡纳塔克邦2030年的电力系统调度建模，使用不同的发电量增加量和不同的灵活性选项组合，以确定这些组合对成本，碳排放量，浪费的多余能源以及潜在的负荷削减的影响确定可帮助卡纳塔克邦实现已确定的系统利益的发展需求，障碍和市场机制。尽管我们的分析发现与全印度范围内的灵活性的成本和碳收益相似，但由于卡纳塔克邦在其燃煤发电厂及其燃料采购方面的特殊性，该州的灵活性需求比该国其他地区的增长速度更快。1KPCL年度报告，2019年，SRPC; 2019年年度报告2 印度有3个主要的国家数据中心：到2030年，将有40％的电力来自非化石燃料来源；到2030年，将印度的国内生产总值（GDP）的排放强度与2005年的水平相比降低33-35％；并创造约25至30亿吨的碳汇。3更好的能源，更大的繁荣，能源转型委员会（2017）https：//www.energy- transitions.org/publications/better-energy-greater-prosperity/4ETC印度报告https：// www.climatepolicyinitiative.org/wp-content/uploads/2020/08/CPI-India-flexibility-25-August-2020-full- report-1.pdf 2020年9月电力市场改革：卡纳塔克邦案例研究不用于分发6如果太阳能容量部署，则发挥领导作用。在缺乏通过规划的更大灵活性的情况下，在接下来的几年中，不断增长的需求和日常变化的需求可能会开始对系统造成限制。到2030年，卡纳塔克邦可再生能源生产商的可再生能源发电量可能会减少15-20％，几乎是印度平均水平的三倍。卡纳塔克邦的热力发电已经发生了巨大的变化，许多国家单位的月负荷系数低于40％，这种情况有可能恶化，这将进一步加剧燃煤电厂以及整个电力系统的压力，而没有发展和整合灵活性资源，包括为电厂提供灵活性服务并收回相关成本的选择。这项工作得出了四个主要发现：1.灵活的能源市场可降低成本，减少排放量。如果卡纳塔克邦无法获得州际灵活性或电力交换，那么通过市场提高其电力系统的灵活性以及灵活性资源的开发和投资可以将电力成本降低多达10％，从而减少（通过减少多余的能源）需求高达85％，排放高达35％2.灵活性选项组合提供最大的希望。来自需求的灵活性通常是三种类型的灵活性选项中成本最低的，但是还包括存储和附加动力装置灵活性的产品组合可提供更大的确定性和额外的碳效益。3.州际市场和传输可以提供附加价值。集成到整个印度市场可以将卡纳塔克邦的系统成本进一步降低7％。4.建立适当的市场机制以鼓励开发灵活性选项至关重要.发现1：灵活的能源市场降低了卡纳塔克邦的成本我们发现，即使没有进入州际或区域性电力市场，需求，能源存储和发电厂的灵活发电的灵活性发展也可以降低系统成本。为了关注卡纳塔克邦的灵活性的价值，供应和需求，我们通过对卡纳塔克邦独立的极端情况进行建模来开始分析，该极端情况是卡纳塔克邦与邻国和印度其他地区的电力输送有限。尽管这种模式形成了一个极端，但印度模式却形成了另一个极端，印度模式有效地假设了国家之间没有传播或市场限制。可能的结果介于两者之间。图ES1增加灵活性市场和选择权对卡纳塔克邦2030年的电力成本和碳排放的影响资料来源：CPI分析 2020年9月电力市场改革：卡纳塔克邦案例研究不用于分发7对于孤立的卡纳塔克邦系统，我们发现增强的灵活性可以将平均电力成本降低多达10％，将碳排放降低多达35％，如前一页的图ES1所示。我们的分析基于对卡纳塔克邦成本和潜在灵活性的估计，包括通过消费者更多地参与电力市场，电池存储以及增强电厂运行的灵活性所提供的成本和潜力。我们使用三种不同级别的可再生能源构建了系统模型，一种基于当前轨迹，第二种基于当前政策，第三种是更高的可再生能源方案。当前的政策和更高的可再生能源方案，再加上更高的灵活性，使得在不牺牲资源充足性和可靠性的情况下，增加了新的热容量是多余的。因此，即使在Raichur火力发电厂（RTPS）淘汰了一些最古老的机组，卡纳塔克邦也可以消除1.6GW的管道，以扩大Udupi火力发电厂。我们的分析表明，就整个印度而言，增加灵活的资源可以在任何水平的可再生能源供应中降低成本和碳排放，因此，在任何情况下都应追求。此外，分析表明，一旦获得更大的灵活性，就可以在不增加平均电力成本的情况下实现更高水平的可再生能源供应和减少的碳排放。发现2：灵活选择组合提供最大的希望.我们研究了三种主要灵活性选项的潜力和成本：来自需求的灵活性。提高农业，工业，商业和住宅用电用户根据价格信号调整用电时间的能力，以与能源供应同步，从而降低系统成本。能源储备。使用电池存储将能源供应从多余的能源生产时间转变为多余的能源需求时间，并在太阳能发电量开始减少时满足夜间需求高峰的增加。动力装置的灵活性。提高火力发电厂和水力发电厂根据电力供需和价格变化输出功率的能力。我们的分析涵盖了许多不同的灵活性需求，以平衡电力系统，从短期储备（需要近乎瞬时的响应来管理电力需求或供应的激增或下降）到逐渐增加（可以增加供应以满足不断增长的需求的速度） ，将需求从一个季节转移到另一个季节的能力-例如，风和水力发电量高的季风到需求更高的季节。下页的图ES2是每日平衡的供应曲线，也就是说，它按成本和产量排列了在一天的过程中将剩余能源生产转移的最低成本选项。图表左侧的选项是最低的成本，随着需要更多灵活性供应，成本会上升。 2020年9月电力市场改革：卡纳塔克邦案例研究不用于分发8图ES2卡纳塔克邦2030年每日平衡供应曲线资料来源：CPI分析图ES2显示了到2030年需求，储能，火力发电厂和水力发电厂的灵活性成本将如何进行比较，包括预期的储能成本显着降低。至关重要的是，在一天的平均时间内，所有的日常换班都可以以最低的成本得到满足，包括发电厂的现有供应，新的需求方措施以及电动汽车（EV）双向充电的存储灵活性。其他灵活性需求具有不同的模式，需求，动力装置和存储的不同组合提供了最低成本的选择集。在所有灵活性资源和灵活性需求中，我们发现，需求灵活性通常是最便宜的资源，甚至包括技术升级，系统和流程的额外成本。对于卡纳塔克邦，我们的分析重点是来自四个关键需求来源的灵活性潜力：农业抽水代表了卡纳塔克邦超过三分之一的需求，抽水的灵活运行为低成本提供了灵活性的机会，但是这需要完成当前的农业支线分离或日光化计划，新的计量和定价方案以及控制系统。电动汽车充电代表了满足许多平衡需求的最便宜的灵活性之一，但是要获得这种灵活性，则需要仔细开发业务模型，通过实时定价向基础设施和激励措施收费。空间冷却考虑到制冷需求的快速增长，这是第三个选择，具