Tangled Wires: Preparing India’s Power Sector for the Clean Energy Transition

2021 年 8 月纠结的电线 ： 印度电力部门为清洁能源转型做准备乔纳森 · 凯工作纸 纠结的电线 ： 印度电力部门为清洁能源转型做准备乔纳森 · 凯 卡内基基金会感谢英国外交 ， 联邦和发展办公室的研究资金 ， 这有助于本文的写作。本文包含的观点仅是作者的观点。© 2021 卡内基国际和平基金会。保留所有权利。卡内基在公共政策问题上不采取机构立场; 本文所代表的观点是作者的观点 ， 不一定反映卡内基 ， 其工作人员或受托人的观点。未经卡内基国际和平基金会的书面许可 ， 不得以任何形式或任何方式复制或传播本出版物的任何部分。请直接查询 ：卡内基国际和平基金会出版物部1779 马萨诸塞州大道西北华盛顿, DC 20036P: + 1 202 483 7600F: + 1 202 483 1840CarnegieEndowment. org本出版物可在 CarnegieEndowment. org 上免费下载。 Contents Summary几乎没有一个世界上最大的污染者制定了符合《巴黎协定》将全球变暖限制在 2 摄氏度以内的目标的政策 ， 这一阈值预计超过这一阈值 ， 气候破坏将变得更加频繁和严重。和不可预测的。幸运的是，尽管缺乏足够的政府支持，但由于成本暴跌，可再生能源近年来以惊人的速度增长。例如，在过去五年中，印度的风能和太阳能存量增加了一倍以上，其驱动因素较少，而不是清洁能源具有成本效益地满足公民迫切的发展需求的潜力。然而，风能和太阳能项目的低价格掩盖了可再生能源在大规模部署时给电网带来的结构成本。与传统化石燃料发电的稳定、按需流动的电力相比，这种技术产生的电力具有间歇性、不可预知性，这需要对各国投资和运营电网的方式进行根本性的改变。对于印度来说，应对这些新能源变化的最重要步骤之一将是更好地协调该国不同的国有电网之间的电力流动。通过增加国家公用事业之间的能源交易量，一个地区的过剩电力时期可以弥补其他地区的赤字，从而提供更稳定和可靠的可再生能源供应 - 可以更好地取代昂贵和污染的化石燃料。11 |2 纠结的电线 ： 印度电力部门为清洁能源转型做准备然而，尽管在最好的情况下，此类改革将是困难的，但鉴于印度电力部门的独特功能失调，它们将尤其具有挑战性。由于其政治妥协，常年亏损的配电公司已经在努力保持灯火通明，因此似乎不太可能进行更大胆的改变。因此，对印度电力部门进行更深入的改革是采用区域协调等解决方案以确保可再生能源持续增长的先决条件。好消息是，总理纳伦德拉 · 莫迪的全国知名度和他的印度人民党 （ BJP ） 在州一级的统治地位为该国领导人提供了改革电力部门的机会。但要利用这一开放，莫迪必须超越他的工作方式，投资于渐进的机构解决方案，而不是一劳永逸的技术解决方案，并作为印度各州的协调员，而不是通过中央法令立法。更深入的改革使印度能够保持其可再生能源的快速扩张 ， 不仅将为其人民提供清洁 ， 低成本的电力 ， 而且还将帮助世界抵消更多落后国家的失败 ， 甚至可能使巴黎协议的更积极的目标是将全球变暖控制在 1.5 摄氏度以内。但是 ， 这项雄心勃勃的任务中最困难的部分还在前面 - 结束困扰印度电力部门数十年的恶性循环。 3Introduction印度对可再生能源的壮观拥抱是对应对气候变化持乐观态度的罕见原因。在过去五年中，世界第三大碳排放国的风能和太阳能存量增加了一倍以上，使其成为世界上仅有的国家之一，其政策似乎与《巴黎协定》将全球变暖限制在 2 摄氏度以内的目标相一致。严重，不可预测。1然而 ， 最困难的部分仍然存在。化石燃料 ， 如煤炭 ， 目前占印度发电能力的大部分 ， 产生稳定且可预测的按需电力流。相比之下 ， 风能和太阳能发电更加可变且不可预测 ： 风力涡轮机仅在刮风时才发电 ，太阳能电池板仅在阳光普照时发电。结果 ， 电网运营商可能无法完全依赖这些形式的可变可再生能源 ， 迫使他们转向化石燃料发电。这一挑战在短期内增加了排放和成本 ， 从长远来看减缓了可再生能源的建设。因此，应对风能和太阳能等可变可再生能源将需要对印度管理电网的方式进行更深层次的改变。最重要的解决方案之一也将是最困难的解决方案之一 ： 将该国不同的国有电网整合到一个更加协调的系统中，该系统能够利用一个地区的过剩电力来弥补另一个地区的赤字。这样，可变的可再生能源可以更有效地服务于更大的地理区域，更可靠地取代昂贵和污染的化石燃料。 |4 纠结的电线 ： 印度电力部门为清洁能源转型做准备然而，尽管在最好的情况下，此类改革将是困难的，但鉴于印度电力部门的独特功能失调，它们将特别具有挑战性。政客为了短期选举目标而操纵配电公司的悠久历史损害了公用事业的财务状况和进行结构改革所需的独立性。如果不解决这些更根本的问题，像区域协调这样的清洁能源支持解决方案就不可能成功。幸运的是，总理纳伦德拉 · 莫迪的全国知名度以及他的印度人民党 （ BJP ） 在州一级的统治地位为该国的执政联盟提供了一个改革电力部门的机会。然而，为了利用这一开放，莫迪必须超越他的工作方式，投资于渐进的机构解决方案，而不是一劳永逸的技术解决方案，并作为印度各州的协调员，而不是通过中央法令立法。一个潜在的解决方案是组织一个相互促进的国家级电力部门改革方案，由一个由 BJP 领导的州政府核心组成的自愿联盟进行，莫迪可以利用他的个人影响力来确保后续行动。这样的改革方案将包括更狭窄的任务，即鼓励加强能源交换的区域协调，以及针对分销公司本身的病态的更广泛，互补的改革。莫迪和人民党有强烈的动机投资于这种逾期的变化。通过全面的电力部门改革实现印度的清洁能源转型将补充印度人民党议程的其他组成部分，包括支持印度国内制造业和农村家庭电气化。也许最重要的是，尽管迄今为止印度采用可再生能源的主要动机是发展问题，而不是可持续性，但随着气候变化的影响变得越来越严重，这种情况可能会发生变化，特别是考虑到该国由于依赖农业、接近海平面上升和高度贫困而加剧了对气候变化的脆弱性。更深入的改革使印度能够保持其可再生能源的快速扩张 ， 不仅将为其人民提供清洁 ， 低成本的电力 ， 而且还将帮助世界抵消更多落后国家的失败 ， 甚至可能使巴黎协议的更积极的目标是将全球变暖控制在 1.5 摄氏度以内。但是 ， 这项雄心勃勃的任务中最困难的部分还在前面 - 结束困扰印度电力部门数十年的恶性循环。 |乔纳森凯5间歇性能源的新时代长期以来 ， 印度一直拒绝在有关气候变化的国际谈判中采取减少碳排放的具体承诺 ， 认为印度和其他发展中国家不必像富裕的工业化国家那样迅速做出反应 ， 因为前者紧迫的发展需求和较低的历史份额排放。2然而 ， 尽管西方国家担心印度会成为气候变化国际合作的 “破坏者 ” ， 但事实证明 ， 新德里的发展第一立场与其能源部门向脱碳的快速转变是一致的 ， 能源部门是其碳排放的最大来源。3近年来 ， 印度可再生能源新发电能力的安装速度超过了化石燃料 ， 使该国成为世界第五大可再生能源供应国。4新德里最近的目标是到 2030 年将可再生能源供应进一步扩大到 450 千兆瓦 （ 见图 1 ） ， 这一数字将占其总能源容量的大部分 ， 大致相当于美国、日本和法国目前的可再生能源资源总和。5图 1. 印度过去和预计的能源容量800 700600 500400 300 200 100 02011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2030 煤GASNUCLEAR水力发电WIND太阳能来源 ： IRENA （ 2021 ） ， IEA （ 2021 ） ， 全球能源监测 （ 2021 ） ， MOSPI （ 2021 ）GIGAWATTS |6纠结的电线 ： 印度电力部门为清洁能源转型做准备与国际言论一致 ， 印度对清洁能源的拥抱更多的是出于对发展的关注 ， 而不是可持续性本身 ； 气候变化在印度选民的优先事项中排名较低。6在大多数州 ， 太阳能和风能的成本暴跌使可再生能源比化石燃料便宜 ， 从而有机会同时改善公民的电力供应 ， 为印度破产的公用事业提供生命线 ， 并减缓印度碳排放的增长。但是 ， 印度目前的电网管理方法意味着这种协同作用可能不会持久。该国安装的风能和太阳能越多 ， 使用此类能源的难度和成本就越高 ， 这可能会阻碍该国向清洁能源的过渡。太阳能和风能带来了传统形式的化石燃料发电所没有的问题 ： 间歇性。而煤炭或天然气发电产生稳定、持续的电力，太阳能电池板只有在阳光灿烂时才发电，风力涡轮机只有在风吹动时才发电。因此，预计风能和太阳能发电机将在一天和一年的部分时间内闲置。然而，尽管这种变化的大部分遵循某些趋势 - 太阳能在太阳接近天顶时产生最大的功率。例如 ， 虽然印度的风力输出在季风季节达到峰值 - 这种变化的精确规模是不可预测的。当云层从太阳能发电场上方经过或垂死的风使涡轮机静止时，电网运营商必须找到替代能源。典型的解决方案是转向更可靠的发电形式，如化石燃料，可以按需发电。然而，由于这样的发电厂不能立即在线或离线或无成本，电网运营商更喜欢保持稳定的化石燃料发电流，并一次运行数小时或数天，作为可变可再生能源 (VRE) 变迁的后盾。这种策略的缺点是 ， 当风能和太阳能达到顶峰时 ， 电网可能已经从化石燃料支持中获得了所需的所有能量。当发生这种情况时 ， VRE 发电机因此受到限制 ， 无法将其能源出售给电网。削减的直接环境成本是显而易见的 ： 可以替代污染化石燃料的清洁 VRE 被阻止这样做。此外，从长远来看，这种削减对太阳能和风能运营商利润的损失可能会阻止他们未来建设更多的发电能力。削减也提高了消费者的能源价格，因为与煤炭或天然气不同，VRE 的燃料 - 阳光和风 - 是免费的。因此, 在这些设施处产生的每一个额外的兆瓦电力都以极低的边际成本产生。7最后 ， 在 VRE 可以满足大部分能源需求的时期 ， 稳定电网的化石燃料工厂通过以较低的因子容量运行来减少其输出 ， 这通常使它们的运行效率更高 ， 成本更高 ， 污染程度更高。8 |乔纳森凯7如果没有适应措施 ， 这些问题只会随着印度将其电网中 VRE 容量的份额从今天的 18 ％ 增加到 2030 年超过 40 ％ 的目标 （ 根据国际能源署的预测 ） 而恶化。9虽然该国电网在太阳能和风能输出峰值时可获得的总发电量 - 例如，在晴朗的春天里 - 可能会增加，但当 VRE 接近零时，填补这一空白所需的化石燃料发电的下限仍在很大程度上相同。这意味着，在化石燃料后盾占据份额之后，越来越多的 VRE 正在竞争以满足相同的能源需求 - 除非化石燃料后盾本身可以减少。通过区域协调解决变异性虽然在较高的 VRE 水平上不可避免地要进行一些削减 ， 但有几种策略可以将其最小化。一种解决方案是首先通过在尽可能宽的地理区域内协调能源供应来确保电网享有更稳定和可靠的可再生能源供应。输电线路将整个印度连接到一个单一的国家电网中。但是 ， 通过该电网的电力的责任在很大程度上在于各州 ， 其中大多数州负责向国有配电公司采购和分配电力。10Discoms 通常通过与自己州内的特定发电设施的一对一长期合同来购买大部分电力。这种方法的一个问题是，在单个状态的水平上，影响 VRE 输出的天气条件迅速变化，这意味着风能或太阳能的供应可能在几分钟或几秒钟内达到峰值或急剧下降。这些快速波动迫使每个州的电网运营商保持更大的化石燃料发电缓冲，以应对 VRE 输出的意外下降。然而，几个州经历的平均气象条件更容易预测，一个地区的瞬时低谷通常由另一个地区的瞬时高峰平衡。如果电网运营商要进行协调，以便在更大的地理区域内有效地获取和调度发电能力，他们将能够从更大，更稳定的 VRE 池中获取资源，从而关闭一些化石燃料厂。区域协调还通过允许某些州的优势来补充其他州的弱点 ， 从而有助于使电网中可再生能源的种类多样化。例如 ， 一些州可能享有充足的太阳能供应 ， 但在风力发电方面却很少 ， |8纠结的电线 ： 印度电力部门为清洁能源转型做准备or large