英国电力市场零碳目标挑战

执行摘要 为了应对这一雄心勃勃的挑战，在这十年中，GB必须支持并加快对所有类型的低碳发电和电网基础设施的重大投资。 此外，政策和法规必须确保电力市场和薪酬机制提供必要的信号，以“在需要的时间和地点”激励投资。 未来的电力系统将是复杂和多方面的，需要以行动为重点的分析来告知决策者，以避免错过净零目标的风险。GEVerova探索了替代发电和输电投资途径，考虑到整个GB的可再生能源、核能、储存和低碳热发电的经济建设。这量化了确保能源安全的系统的成本和影响，同时在“区域”基础上尊重电网的物理约束，以识别发电资源的潜在位置。显而易见的是，迫切需要大量的电力系统扩展。 英国（GB）电网处于过渡状态。2008年《英国气候变化法案》设定了具有法律约束力的承诺，以确保英国从1990年起将其温室气体排放量减少100％到2050年，电力行业有义务在2035年实现这一目标。这一承诺被称为“净零目标”。 需要采取行动来实现2050年净零目标，从而避免对不采取行动或延迟采取行动感到遗憾。 预计到2050年，电力需求将翻一番，包括供暖、运输和工业电气化，以满足英国的脱碳目标，我们的分析表明，额外的250GW可再生和脱碳发电-大约是现有容量的2.5倍-将需要添加到系统中。 •预计将在苏格兰建造70GW至100GW的海上风电，其中很大一部分•70GW太阳能，主要在英国南部地区•电网周围60GW的电池储能系统(BESS)•高达27GW的联合循环燃气轮机（CCGT）和23GW的含氢开式循环燃气轮机（OCGTs）•除了现有站点的重新供电外，10GW至30GW的陆上风电•10GW至18GW的新核电容量 核能和天然气发电将继续发挥重要作用，因为它们提供基本的可靠性服务，帮助管理电网拥堵，并且可以相对更靠近需求中心。 在这十年中，尽可能建立GB有效实现2050年净零目标的能力。 我们的分析显示，没有什么银弹可以将GB电力系统快速推进到2050年并实现净零目标。我们相信各种发电，传输和系统控制/管理技术与底层技术的结合 为了在整个GB中提供可再生和脱碳电力，需要对电网基础设施和运营进行重大升级，而国家电网电力系统运营商（ESO）已经概述了2040年。1总的来说，跨越苏格兰边界的额外输电线路容量高达22GW，最高可达在英国边界需要57GW来缓解拥堵，并大大减少可再生电力的削减，同时到2050年节省约800亿英镑的系统成本。到2050年，如果不对网络进行进一步投资，例如新的输电线路和设备，增加的电网管理和控制以及灵活的需求（包括电解槽）和储能，苏格兰约30％至50％的可用风能将面临被削减的风险。 支持性政策和监管措施以及改革后的市场将至关重要。因此，我们的主要建议是: •启用和加速投资在所有低碳发电技术（可再生能源，核能，碳捕获和储存以及氢气）和电网解决方案方面达到所需的规模和速度，并增强了能源系统的数字化，包括消费者积极参与。我们估计，到2030年，仅在发电和存储容量方面就需要超过500亿英镑的投资。 •加快实施marfiet改革与技术无关，为所有系统服务（能源，容量，灵活性和稳定性）提供报酬，并为“何时何地”需要的发电和电网资产投资提供足够的信号。 GB电力系统基础设施所需的增长量和部署这些技术的提前期(例如，核能6-10年，CCGT4-6年，输电链路5-15年)要求尽早采取具体行动 •适应能源政策和法规These bring clearity to the up of lowcarbon generation (in particular for SMR, CCS and Hydrogen) aswell as grid technologies. These should ensure: —快速许可和部署所需的灵活资源（circ。10GW的存储和氢气准备），以便到2030年整合超过30GW的新风能和太阳能容量，以确保系统安全。—到2030年建立并承诺超过100GW的新发电能力。—加强向消费者提供低碳能源所必需的电网加固（输电线路和运营解决方案）。 总体而言，至关重要的是，英国在未来1-3年内就上述建议取得切实进展，以减轻无法实现2035年电力系统净零和2050年净零目标的风险。 INTRODUCTION 英国（GB）电网处于过渡状态。2008英国气候《变革法案》设定了具有法律约束力的承诺，以确 在这项研究中，GEVernova评估了不同的发电和输电投资途径，这些途径可以 保英国减少温室气体排放 帮助实现这个净零目标，包括在整个GB中使用风能、太阳能、核能、电池和低碳热发电的不同方案。虽然其他技术可以发挥重要作用，例如其他可再生能源，需求方资源和管理计划，电网数字化和控制，高压直流（HVDC）输电和柔性交流输电设备（FACTS），但它们确实如此。 到2050年，排放量将从1990年的水平提高100%，电力行业有义务在2035年之前实现这一目标。这一承诺被称为“净零目标”。为了实现这一目标，该法案规定，必须至少提前12年设定具有法律约束力的五年“碳预算”，以作为实现2050年目标的步骤。迄今为止，已经设定了六个碳预算，到2037年将所有部门的排放量限制在1990年水平的78％。 本研究未特别研究。此外，该经济调度分析代表了可以在2050年采取现在和更长期行动的GB发电厂扩建的选择，并且没有考虑所有最近和设想的能源安全政策和政府激励计划的影响，这些政策和政府激励计划将成为GEVernova进一步工作的主题。 重要的是，GB在本十年取得重要进展，以实现和加快对可再生和脱碳发电的重大投资，以及 电网网络来迎接这一雄心勃勃的挑战。需要制定政策以确保电力市场和薪酬机制在需要时和在需要时提供必要的信号来激励投资。这些新的发电能力将被限制在网络上的特定位置，例如风能和太阳能将集中在资源和地理位置都合适的地区，而新的热发电可能位于碳捕获利用和储存（CCUS）和氢燃料中心附近。新的核电站将主要位于现有的(运行和退役的)核电站。这意味着可用的传输网络容量将发挥作用。 重要的是，由于一些技术的位置方面和大型需求中心的存在，本研究旨在量化成本和影响Thesystemona'zonal'basis.Thiszonalmodelingcapturesthe locationalaspectstodeliverynetzero,eitherbydeterminingnewinvestmentduetolimitationstoevacuatethepowerviathetransmissiongridorthroughcaptailmentofgeneration.Akeychallentothesystemwillbehowtoincentivisetransmissionupgradeand otheralternativesolutionstoavoidcurtailmentandensurenecessaryinvestmentinlowercarbongeneration.Basedonmodelelledprojects 在塑造英国实现净零目标的最低成本和及时途径方面发挥了推动作用。 在不同情况下研究区域的价格变化中，我们得出的结论是，区域价格信号是一种有效的方式来激励所需的传输增强和升级，以提供净零。出于本研究的目的，我们仅考虑了GB中的传输系统，并排除了位于北爱尔兰的发电和传输系统。 方法·分析 该研究的目的是探索英国未来发电和输电投资的可靠的最低成本途径，如果英国要紧急实现脱碳目标，这将是必需的。其次，它用于说明每个路径下的发电厂将如何运行以满足未来的需求，以及对系统整体的影响，特别是与传输网络有关的影响。 该分析是通过在PLEXOS中开发的GB电力市场的分区模型进行的。2该模型捕获了所有现有的力量GB系统上的植物以及的简化表示 与邻国的互连，包括正在建设的通往丹麦和爱尔兰的线路，请参见图1。未来潜在的互连器，而不是但仍在建设中，已被排除在本研究之外。 该模型既可以用作长期计划工具，也可以在长期范围内检查投资决策。作为调度模型，可以在每小时或每小时的时间内模拟电力市场，以了解市场在不同的未来情景下如何运行，特别是考虑到受不确定天气模式影响的可变发电量的增加。 关键假设 伟大的英国电力传输区 GB目前的电力批发市场作为一个单一的价格区运作，市场参与者 可以在提前一天的市场上实时交易电力。传输限制和与交易的提前一天发电和需求的偏差由国家电网ESO通过平衡市场(日内调度)和成本传递给所有发电机和系统需求来解决。一天前和盘中调度之间的贡献差异之一是可再生能源发电的可变性。随着系统上可再生能源水平的增加，这种可变性水平也由于风能和太阳能可用性的变化而增加。 伟大的英国碳目标 在GB的2025-2050年时间框架内，对发电产生的年度二氧化碳排放量的限制havebeenassumedtobeinlinewiththeanalysisundertaken bytheUKCommitteeonClimateChange(CCC)insupportofthesettingofthefive-yearcarbonbudges.EachcarbonbudgetsetthepathtonetzeroemissionsfortheUKacrosssectorsasasapathforeachs3设定从2028年到2032年的路径，超过第六次碳预算设定的二氧化碳限制4从2033-2037年使用。从2038年起，英国CCC平衡净零路径的碳强度5is 然而,为了实现脱碳目标,将需要大量的新的可再生和脱碳发电能力连接到系统,并且这将类似地需要对输电网络进行投资,否则将增加在特定位置显著削减发电的风险,特别是在高可再生发电期间。 followed,whichwaspublishedwiththe6thCarbonBudget.TheUKtargetsforGBareshowninFigure2. 为了理解对网络的影响，GB被建模为区域市场，而不是单一区域市场。市场参与者可以在每个区域内自由交易电力，但区域之间的交易必须遵守区域之间的传输限制。在这种市场模型下，每个区域将具有aseparatemarketpricewhichreflectsthecongressbetween zonesandprovidesasignaltowherenetworkinvestmentisrequired.ThetransmissionsysteminGBhasanumberoftransmissioninterfacelimitsthateffectivelydividingitintomultiplepowerzones.Forthisanalysis,17powerzonesareassumed,asshowninFigure3.ThefuturetransmissionreinforcementassumptionsweretakenfromNationalGridESO 网络选项评估2021/2022最佳路径6，使用2021年未来能源情景（FES）和电力十年报表ETYS7数据作为输入。这些加固计划导致从现在到2040年之间分阶段升级到区域之间的转移能力。对于此分析，我们不假设2040年以后的任何进一步升级，而是评估进一步升级对系统有益的地方。 电力需求 假设GB中的电力需求与气候一致 变革委员会(CCC)平衡净零路径需求 GB的预测。这个前景是与英国实现2050年脱碳目标一致，因此，包括与 运输电气化，供暖，和工业。因此，需求从2025年的约300TWh增长到2050年的600TWh。 Forthepurposesofthisstudy,wehavenotexplicitlymodelelleddemandresponsebutacceptthatthiswillplayaroleinpotentiall