比较电力系统脱碳投资的指标和方法

1比较电力系统脱碳投资的指标和方法落基山研究所的临时论文 2019 年 9 月 24 日 ， www. rmi. org / decarbAmory B. Lovins (通讯作者)联合创始人兼名誉主席落基山研究所 22830 两河路玄武岩, CO 81621, 美国 ablovins @ rmi. org, + 1 970 927 3129andTitiaan Palazzi（ 落基山研究所 2014 - 18 ） tititiaan. palazzi @ gmail. com ， （ 970 ） 930 - 5350版权所有 © 2019 ， 落基山研究所和 Lovins Associates LLC 。 2IntroductionEffective climate protection requires judicious, not undalkinite, investment to save the most carbon per dollar and per year — tracking not only carbon but also cost and speed. This paper proposed a Climate effective metric focusing on relative cost2) 避免每美元花费 - 并简要总结了相对速度的经验证据。我们提出了一种透明，灵活和严格的方法，用于比较替代燃煤发电厂的不同投资，这些发电厂产生了全球约 38 ％ 的电力。我们的方法可以适应于比较任何资源 （ 不仅是煤电厂 ），任何地方，任何类型的排放。要比较的数据、位置和选项可以从我们的说明性基础案例中轻松更改。这种比较表明，如果一个新的联合循环发电厂 （ CCGT ） - 燃烧天然气，成本 $6 / GJ 或 / 百万 BTU 和 3 ％ 的排放量。1- 气候有效性指数 （ CEI ） 为 1.0 ， 那么新的核电站的 CEI 〜 0.5 - 1.1 ； 无补贴的公用事业规模光伏或陆上风电〜 2 ； 新的热电联产约 1 - 5 ； 并在 30 - 150 左右更有效地使用电力。国际分析同时在其他地方发表2表明 ， 这种效率成本比运行大多数现有核电站要低几倍 ， 因此关闭这些经济困难的核电站并将其节省的运营成本重新投资于效率可以比继续运行它们节省更多的碳。这种分析应用了机会成本的基本经济概念 - 由于一项投资而不是另一项投资，因此结果已成定局。你不能同时在两件不同的事情上花同样的钱，所以每个选择都排除了其他的选择和结果。因此，如果您购买千瓦时 （ Wh ） 的零售电力而不释放化石碳，例如以 9 美分的价格，并用它代替燃烧煤炭产生的千瓦时，那么您的会计成本为 9 美分。但是，如果您可以以 3 美分的价格节省 3 千瓦时的燃煤电力 （ 这是电力提供商效率计划的典型成本 ），那么以 9 美分的价格购买零碳千瓦时的机会成本 ，而不是节省三千瓦时，总共 9 美分，是不必要地产生了两千瓦时的燃煤电力，释放出如果你买了更便宜的效率就不会释放的碳。以任何成本更高或花费更长时间的方式取代燃煤电力，将燃烧更多的煤炭，释放更多的碳。3几十年的努力来指出这一点4,5,6,7,很少受到关注或回应 ， 3因为核电倡导者渴望不理解这一点。然而 ， 参考文献 2 可能最终有助于得到它的适当考虑。本文是应用它的简要实践指南。这种方法将比常见但有缺陷的两步决策过程产生更好的结果，即首先考虑一个选项子集 （ 通常是无碳发电方式 ），然后选择成本最低的选项。这种方法可以忽略重要的选择，例如有效的最终用途，或热电联产电力加有用的热量; 它还可以选择一个无碳但不必要的成本，比其他未考虑的选择 （ 通常是效率 ） 节省更少的碳。避免此类错误需要直接衡量 “气候有效性 ” (gCO 。2节省 / $) 结合了碳强度 (kgCO2/ kWh ） 与零售客户的电力成本 （ $/ kWh ） 或其提供的服务。这种组合使基于成本的技术选择与它们的气候影响重新结合 ， 揭示了考虑其中一个参数不可避免地隐藏的机会成本。存在这样的组合度量 ： 我们度量的倒数是 $/ tC 的千分之一 （ 元素碳的公吨，其重量是包含它的二氧化碳的 27 ％ ） 。麦肯锡公司在其 2007 年的供应曲线中率先采用了这一指标，该曲线显示了在各个部门和地区中可以以何种成本减少多少碳。然而，这些成本是不透明、不完整和过时的，因此很少有决策者依赖它们。因此，我们使用高质量，透明，最新，易于更新的数据，基于观察到的反映实际投资者风险和商业模式的市场价格。我们不依赖过时的历史数据或复杂的投影模型，而是使用来自美国的最新 （ 通常是 2018 年 ） 经验价格数据，那里的技术成熟，市场机制发达，数据独立发布。10在不假设任何未来价格趋势的情况下，这通常会加强这种情况，希望更换千瓦时燃煤电力的决策者因此可以看到，每种替代投资每购买一美元将节省多少碳。这样的比较显示，解决方案的气候有效性比现在基于误导性指标或非经济考虑而购买的许多选项高出几倍至 50 倍。11无碳替代品 - 核能，可再生能源，效率 - 都直接节省了每千瓦时煤电置换的相同数量的碳，因此它们都将在碳定价方面具有同等优势 （ 热电联产部分如此 ） 。但是，这些替代品并不都具有同等的气候效益，因为它们具有不同的成本 （ 也许还有速度 ） 。更便宜的选择可以节省每美元的碳。这也很重要。 4取代燃煤电厂的主要投资选择更有效地使用电力占节省的大部分 （ 除结构变化外 ） ， 使 30 个国际能源署成员国 2010 - 17 年度的电力需求增长减少了五分之四以上 ， 从 1.6 ％ / 年减少到 0.3 ％ / 年 ， 并减少了其中 18 个国家的电力需求。12 十年前美国电力需求趋于平缓13， 比一次能源需求晚了大约十年 ， 留下了更大的未购买效率14； 然而四分之三的美国 2010 年的用电量仍然可以节省 ， 平均成本约为零售电价的十分之一。15 累积 US.1975 - 18 年期间，所有形式的节能都是美国累计增长的 30 倍。S.可再生能源供应 — — 然而它们的标题比例却恰恰相反，因为可再生能源是可见的，但能源是不可见的，未使用的能源几乎是不可想象的。难怪大多数关于取代燃煤电力的方法的评估只检查其他类型的发电机，而不是比两者便宜得多的节省。然而，任何明智的比较都将包括并对称地竞争需求和供应方资源。在供应方面 ， 快速下跌的价格、更便宜的融资和不断改善的性能让现代可再生能源 (即不包括大型水电) 占据了 2018 年全球发电量净增加市场的 68% ， 如果包括大型水电 ， 则为 75% 。16在 2010 - 19 年度 ， 太阳能的净增加量高于煤电 ， 风力发电的净增加量高于天然气发电。17在 2018 年的净增加量中 ， 太阳能光伏 （ PV ） 和风能占现代可再生能源总容量的 96 ％ 和 85 ％ 。因此 ， 我们强调这两种选择 ， 并省略了其他类型的可再生发电机 ， 这些发电机在 2018 年增加了 9 净吉瓦 - 地热 ， 废物燃烧 ， 太阳能 - 热电以及小水电 ， 潮汐和波浪能。18然而 ， 我们确实考虑了建筑规模和工业废热热电联产 ， 这表明即使是排放一些 CO 的选项2 可能值得与不排放的选项一起考虑。为了简单和透明，我们的模型不直接支持组合了多种技术的投资组合之间的比较，特别是如果它们相互作用的话。然而，这种组合通常比单一技术工作得更好，成本更低，并且可以通过更多样化的方法和风险组合以更快的速度和更高的信心进行部署。一般来说，如果多种单一技术比给定的替代方案更具气候效益，那么当它们相互结合时，它们可能会变得更加有利。优点可能包括互补性 - 例如，太阳能和风能通常是可用的。 5在不同的时间 - 以及使用否则浪费的资源 ， 例如运营商目前付费丢弃的剩余工业热量。本文以水平形式 （ 使用实际贴现率在 5% / y 左右 ） 和 2018 年美元表示所有货币价值 ， 供需双方成本直接可比。分步计算我们的分析只是划分通过取代每千瓦时的燃煤电力而避免的二氧化碳量由用不同的资源取代千瓦时的成本为了获得我们的气候有效性指标 -为该位移花费的每一美元节省的碳 [二氧化碳] 。For consistency, we compare all resources per kWh delivered to the retail meter. That delivery from remote U. S. power plants incurs average grid loss of 5.1% and an average grid cost of 4.1 美分 / kWh per kWh delivered19- 对于大型和小型客户而言更少。这两种调整都适用于煤炭 ， 核能 ， 联合循环天然气 ， 公用事业规模的光伏和风能 ， 但不适用于已经交付功率的现场资源 （ 热电联产和效率 ） 。我们将 0.5 美分 / kWh 用于光伏和风能的固定和电网集成成本20， 但保守地省略了化石燃料发电厂和核电站可能会更大的相应成本 (参见下面的 “虚假论证 ” 部分) 。This calculation needs two inputs. First, we need to know how carbon is avoided when a kWh of coal - fired electricity is replaced by a kWh generated or saved by some other resources. Avoided carbon ised by genering a kW2在美国 - 超过 0.45 kgCO 的两倍2/ kWh 全国所有发电量平均值21- 但在不同的发电厂 ， 煤炭类型和国家之间差异很大 ） ， 减去替代资源排放的任何碳。我们保守地忽略了所有来源的间接排放22， 对于可再生能源 （ 由于水淹植被的腐烂而导致的水力发电除外 ） 和核能 （ 假设今天的铀矿石和浓缩方法 ） 都很小。同样保守地 ， 我们省略了煤炭燃料循环排放的甲烷 ， IPPC 的全球平均证据表明23可能会将煤粉厂的平均气候影响提高约 7 ％ 。对于核能 ， 可再生能源和效率 ， 直接温室气体排放可以忽略不计。典型的 6新的美国燃气 CCGT 排放约 0.36 kGCO2每千瓦时 ， 加上 ~ 0.1 kgCO2- 相当于以前从上游天然气供应系统逸出的每 1 ％ 燃烧的甲烷。热电联产计算更加复杂 ， 因为成本和排放 （ 包括任何逸出的甲烷 ） 必须在电力和有用热量的联合生产之间分配 ， 因此我们不在此处详细说明它们 ， 而是假设典型值。第二 ， 我们需要知道竞争替代资源的成本。本地特定的数据是最好的 ， 但缺乏它们 ， 您可以使用健全且最新的区域或国家平均值。拥有 170 年历史的金融公司 Lazard 的最新权威评估24显示了以下 2018 年 - 从 2018 年订购的新美国发电厂向电网发送的电力的 $$/ kWh 成本范围 ， 没有太阳能和风力发电的税收抵免 ， 但默许保留了对化石燃料和核能的所有通常较大的永久性补贴25植物及其燃料循环 ： 煤炭 ： 6.0 - 14.3 ， 其中 2.7 - 4.5 （ 平均 3.6 ） 美分 / 千瓦时为运营成本 核能 ： 11.2 - 18.9 ， 其中 2.4 - 3.1 （ 平均 2.8 美分 / 千瓦时 ） 是运营成本 （ 尽管核能研究所表示262018 年的平均运营成本为 3.2 美分 / 千瓦时) 天然气联合循环 ： 4.1 - 7.4 ， 基于 3.45 万美元 / BTU 的燃料价格预测 ； 由于未来的燃料价格是不可知的 ， 我们假设 4 - 8 美元 / GJ 的值 （ 100 万 BTU = 1.0548 GJ ） ， 与 2050 年的官方预测范围相似 ， 得出