2023欧洲电力部门需求灵活性的价值报告

主要发现 • 本报告探讨了不同的欧洲电力和区域供热系统情景，每个情景代表不同程度的需求灵活性。这些情景符合欧盟到2050年实现气候中性的目标。 • 当我们将“参考”情景与“灵活”情景进行比较时，“参考”情景假设政策固定且需求响应（DR）技术仅实现微小进步，“灵活”情景则通过监管变化、技术创新和消费者意识提高来促进需求响应，我们观察到以下优势： — 到2050年，每年经济与社会利益达到1550亿欧元。 — 到2050年，消费者成本显著降低，每年减少约260亿欧元。 — 平均消费者电力价格（批发价）从每兆瓦时61欧元降至55欧元。 — 2030年减少4000万吨二氧化碳排放。 — 到2050年，电池储能容量需求减少约300吉瓦，天然气峰值容量减少约90吉瓦；此外，将100吉瓦更多的太阳能容量整合到能源 mix 中。 — 招标区之间互联投资减少21%（61吉瓦）。 • 该建模仅考虑了需求响应在批发电力市场中的益处，包括各投标区域之间互联投资的需求。需求响应对配电网成本和内部输电网成本的任何积极（或消极）影响均未纳入考虑。在建模中考虑。也不考虑销售辅助服务的可能收入。 • 这些发现强调了拥抱需求响应并促进灵活能源景观的潜在好处。 • 请注意，尚未将某些消费者（包括家庭、服务行业、工业企业及电动汽车车主）实现负荷转移的潜在成本纳入分析。 Introduction 项目上下文 丹佛斯积极评估需求侧灵活性在未来欧洲电力系统格局中的作用。在此背景下，我们准备了一份长期分析报告，覆盖了2025年、2030年和2050年这些关键时间节点。该分析的主要目标是量化各种形式的需求侧灵活性所能带来的整体价值。 我们的评估基于一系列关键指标，涵盖经济和社会影响、消费者货币优势、二氧化碳排放和燃油消耗的减少以及电力价格等方面。为了获得全面的理解，这些关键方面将通过三个角度进行调查。不同的场景 ， 每个场景代表不同程度的需求灵活性。 该分析将利用Balmorel电力系统模型来研究欧洲次日市场。此方法将专注于优化供需动态之间的复杂互动，主要目标是为整体系统解决方案最小化成本。 including the need for investments in interconnector between bidging zones. Any positive (or需求响应对配电网络成本和内部输电网络成本的负面影响以及可能通过销售辅助服务获得的收益均未在模型中考虑。 巴尔莫尔（Balmorel）是一种基础的部分均衡模型，用于模拟电力和区域供暖系统。该模型基于燃料价格的发展、需求变化、技术成本与特性、可再生能源资源及其他关键参数等假设，寻找最低成本的解决方案。 Balmorel 能源系统建模tool 该模型能够同时进行投资和调度优化， 显示最佳解决方案发电和互连能力、调度、输电流量和电价.价格是由系统边际成本产生的 ， 模仿最优竞争 为支持而开发的模型技术和政策分析权力系统。 优化的经济调度和容量扩展解决方案代表的能量系统。 特点:开源、可自定义、可扩展、透明 主要评价措施• 发电和容量平衡• CO2 和污染物排放 · 社会经济系统成本 模型尺寸 • 选定的优化年份• Time aggregated investment优化 · 每小时调度优化 地理范围 • 北欧(招标区) • 德国(4 个地区)• 波罗的海 • 中欧 ， 英国和意大利 • 伊比利亚半岛 命名法 电力系统预期 欧洲的电力需求 预计 Heating、工业和交通部门的电气化将使电力需求到2030年翻一番。 以下来源用于需求预测 ： • REPowerEUfor氢气生产目标到 2030 年。 - REPowerEU 是在俄罗斯入侵之后开发的乌克兰并假设国内生产 10 万吨氢气（ 330 TWh) 到 2030 年已经在欧盟。- 欧盟委员会混合方案已用于长期氢需求。 • TYNDP 's全球野心场景forthe对经典需求的总需求的发展 ，电动汽车和个人供暖。 • 区域供热的电力使用受到模型优化的影响。 欧洲的发电能力 • 新产能的发展受到需求发展、技术成本和资源假设的影响。此外，还考虑了重要的政治目标，包括可再生能源的最低建设量、煤炭退出计划和核能政策。plans. •风能和太阳能：作为可再生能源的最低标准，各国预计将在ENTSO-E TYNDP情景国家趋势至2030年的框架下达到风能和太阳能设定的水平。关键国家的趋势也包括在内，例如德国计划在2022年4月政府发布的“东德方案”中设定更高的风能和太阳能目标，目标到2030年实现约215 GW的太阳能发电能力和约120 GW的陆上风电能力。此外，到2030年，假设实现雄心勃勃的30 GW海上风电目标的80%。到2030年之后，投资将基于模型优化。陆上风能和太阳能光伏 ， 国家特定的上限被用来反映现实的 考虑当地规划和电网约束的部署。这些约束会随着时间逐渐放松。 •核能力是由外部确定的。基于世界核协会关于退役计划的数据，但同时英国、芬兰和波兰正在建设新的核电站。总容量从2021年的约100 GW下降到2050年的约90 GW。 •热容量： 目前燃煤产能退役的计划是考虑其他因素外，热电容量的退役和投资由该模型决定。生物质产能（木芯片、木颗粒、稻草）的投资 在2030年前受限于30 GW（相当于约1.900 PJ的燃料输入），以反映当前新的生物质产能管道有限。到2050年，生物质产能的限制提高至40 GW。 Note: o 最小值和最大值显示了最小和最大可能建设路径的假设。o 两者无差异意味着确切的容量已安装。o “Cap”表示容量是模型优化的结果。o 西班牙和葡萄牙未包含在当前图表中。 燃料和 CO价格2 燃料价格 • 期货(2023 年 4 月) 。直到 2026 年• 长期。价格预计将在 2030 年收敛到长期均衡价格 • IEA 2022 年世界能源展望 • 宣布承诺情景 •天然气 ： 液化天然气进口价格(日本) 。 • 当前的高油价预计将随着时间的推移而正常化 ， 但当前形势下，展望具有挑战性。到2030年，减少对天然气的依赖以及全球可再生能源的大规模建设将降低对化石燃料的需求，从而抑制价格。 CO2 - 价格 • 远期价格(2023 年 4 月) 。直到 2026 年 • 长期。预计价格将收敛于宣布的承诺从 2030 年及以后的 WEO2022 的情景。 • 高 CO - prices - also going forward to 2030. However, current2价格也在一定程度上受到高油价的影响。 研究结构 分析的方案 Ea 能源分析公司对 2050 年的参考预测将被用作目前的基础研究 ， 关键的灵活性方面在三种情况下有所不同。 I.反映冻结策略和 DR 技术的有限发展的 “参考 ” 场景。该参考显示了相对较低的灵活性水平 ， 包括 PtX 容量的特定部分中的不灵活的电力消耗模式。 II.PtX领域预计将在未来几年为系统提供最高的灵活性，这主要是由于其需求规模以及特性。因此，将分析一种中间情景（“PtX Flex”），以阐明PtX相关灵活性为系统带来的额外价值，超越基准案例的价值。 III.最后 ， 最灵活的方案 (“Flex ”) 将反映出进一步增加的需求侧每个需求类别中的灵活性行动 ， 展示来自部署不同的灵活性措施。 在以下幻灯片中可以看到不同方案之间不同方面的概述 ： 场景的定义 影响情景实现的因素 • 影响需求响应技术吸收的几个因素 ， 包括 1. 监管环境： 政府政策和法规可以极大地影响需求响应的采用。支持性政策 ， 激励措施 ，和任务可以鼓励需求响应计划的实施。 2. 技术可用性和成熟度需求响应技术的可用性和成熟度起着关键作用。如果先进的且成本效益高的技术易于获取，消费者和企业实施需求响应策略将变得更加容易。 3. 消费者意识和教育缺乏对需求响应的认识或理解可能是障碍。有效的教育和宣传项目可以帮助消费者和企业做出知情决策。 4. 电价和电网需求： 灵活的经济效益取决于电网的状况和电力供应的构成等。更强的激励措施将鼓励更多的需求响应。 • 参考情景旨在反映一种情况，即与当前状况相比，因素1至3不会显著改善（因素4已纳入模型中）。 • 灵活性场景显示了发展 ， 其中监管环境、技术开发和消费者意识促进需求响应。 欧洲的需求侧灵活性措施 o 电动车辆需求包括所有用于道路交通的电力。这种需求具有灵活性，不断增加的比例可以在4小时内进行转移。因此，模型中考虑了智能充电。车辆到电网解决方案也可以被启用。 o 个别人居用电包括建筑物的空间加热用电，这部分用电被建模为热量。demand. The demand is supplied by heat pums, direct electric供暖和电锅炉。部分个体热需求可以视为灵活的，未来有可能进行负荷转移。 o 用于区域供暖的电力基于模型优化。热泵和电锅炉是供应区域供暖需求的选项之一。其他选项包括仅产生热量的燃油区域供暖或 combined heat and power（热电联产）系统。 o 对于P2X用电，基于e-气体、e-液体和氢气的消耗量进行计算。假设氢气的P2X效率为70%，e-气体和e-液体的效率为60%。如果有利可图，可以安装存储设施以移动部分需求，从而进一步提高系统的灵活性。 o 从 2020 年到 2050 年 ， 经典需求的灵活性水平相对于平均小时需求而言正在上升。需求可以通过支付激活价格移动 2 小时。这需求包括也有灵活性将生产转移到低价格小时的行业。 Note:o HSDCs：超大规模数据中心 o 经典需求反映电力使用情况：工业、服务、家庭、农业。o 示意图所示的年度需求水平反映了分析的“Flex”情景。描述即将到来的部分。 参考 经典需求的灵活性 ： 低 VRE 周(W48) ， 2050 经典电力需求的需求响应假设(家庭 + 工业) 是基于对 2050 年平均需求的长期灵活性的估计。 需求响应被实施以潜在地将需求时间转移至最多2小时。为进行比较，ENTSO-E在2018年全球气候行动情景（TYNDP 2018 GlobalClimate Action scenario）中报告了2040年的平均DSR（需求侧响应）约为平均需求的9%。 50%的灵活性在每兆瓦时15欧元的代价下被激活，而剩余的50%灵活性在每兆瓦时30欧元的代价下被激活，这意味着在负荷转移发生之前，可实现的电价差异必须至少为15欧元/兆瓦时。 部署本地分布式电池解决方案 (例如住宅电池（与屋顶光伏系统结合）未被纳入模型考量，但可能提 供部分这种灵活性潜力。 公用事业规模电池不包括在这里的估计中 ， 因为它们需要明确的优化。 电动汽车的灵活性 充电模式 充电模式被认为是相对于初始充电模式具有灵活性。初始充电模式基于驾驶模式对即时充电模式的估计（工作日为完整的蓝色线，周末为完整的灰色线）。1这些充电配置确保电动车辆在驾驶后尽可能快速且完全地充满电。因此，充电配置跟随高峰通勤时段，但略有时间滞后。充电模式基于对个人车辆的研究，但在此用于代表所有道路交通用电。 仅假设部分车辆具有灵活性，这导致所有时间内充电电动汽车的最小（红色虚线）和最大（蓝色虚线）负荷是一定的。由此产生的潜在负荷模式排除了车辆到电网（V2G）的选项。 技术 ， 这可以显著增加灵活性的选择 ，尽管成本较高，也要考虑技术需求和由于额外充放电导致的电池寿命减少。 电动汽车灵活性的限制 时间偏移 灵活性被实现为改变平均充电的潜力（ 灵活车辆的) 负载时间长达 4 小时。能源需求必须在24小时内供应完毕，并且所有能源需求必须在上午7点前满足，此时所有电动汽车均已充电至所需水平。 对灵活性的限制 电动汽车充电的灵活性受到许多限制 ， 这些限制会随着时间的推移而