超越LCOE：评估电力脱碳路径的系统导向视角

.................................................................................................1.............................................................................................................2......................................................................3.......................................................................................目录CATF——超越平准化度电成本：一种以系统为导向评估电力脱碳路径的视角执行摘要引言平准化电力成本 (LCOE)LCOE的基础知识......................................................................................................................9现有LCOE方法的不足..................................................................................9政策建议Anx B在相关场景下评估LCOE的适宜性.............................26情景1：无需额外峰值容量或可调度性。 ............................... 27 情景2：需要灵活性，但非峰值容量.....................................................28 情景3：需要额外峰值容量..................................................................29 情景4：长期全经济脱碳化....................................................31Anx A电力系统基础.............................................................................................. 19电力系统组成...........................................................................................19 电力系统的三个需求。 ...........................................................................................21 电力系统决策：规划、投资和运行..........................................................24 37917 1加州大学伯克利分校能源与资源组的博士生执行摘要CATF——超越平准化度电成本：一种以系统为导向评估电力脱碳路径的视角平准化度电成本指标因其简单性和标准化而在一定程度上广受欢迎，已被广泛用于展示太阳能和风能的平准化度电成本下降。平准化度电成本是通过将折现项目成本（主要为资本支出和运营支出）相加，然后除以项目寿命周期内的折现预期发电量来计算的。平准化电力成本（LCOE）是一种广泛使用的标准化指标，用于评估每单位预期发电量的发电项目成本。通常用于比较技术成本，LCOE已成为电力行业文献、成本预测、项目商业案例和政策制定中普遍使用的指标。2清洁可靠电力技术是指能够在任何时候发电，不受天气或昼夜影响，且排放极低的技术。清洁可靠电力技术若需要，可以实现非常高的容量因子。包括但不限于核裂变、核聚变、地热（含高温岩体地热）、碳捕捉与封存燃烧、零碳燃料燃烧等技术被视为清洁可靠。虽然单位千瓦级平均成本是一个追踪历史技术成本演变的良好指标，但在深度脱碳的长期规划和政策制定背景下，它不是一个合适的工具。事实上，清洁的固定技术2已被证明可以显著降低脱碳成本，尽管其LCOE高于风能和太阳能，因为它们在降低基础设施和成本方面具有抵消效应。 ■ lcoe不考虑系统的需求，■ LCOE不考虑该技术的发电特性曲线LCOE差距■LCOE往往没有计入在大规模部署发电机所需的全部电力系统成本，例如将电力输送给消费者的传输和配电基础设施成本。LCOE未考虑项目对系统的价值，因为它存在关键缺陷：■LCOE不考虑该技术的发电剖面或发电特性，例如可调度性和惯性。尽管如此流行，Lcoe存在显著局限性使其作为政策制定、决策和比较不同电力发电技术价值的唯一指标显得不足且不合适。在长期系统规划和深度脱碳规划、清洁能源技术价值评估以及满足近期负荷增长预测激增的背景下，LCOE的使用尤其充满挑战。 生成存储附加辅助服务紧固成本网格成本管理费用（左）使用太阳能供应一年能源的水平化成本，等于太阳能的单位资本成本（LCOE）（中）使用太阳能和储能例如，仅英国客户成本的第三直接归因于发电和储能，而其余则来自各种其他系统和行政成本。在加利福尼亚州，这个数字甚至更低，大约25%由于传输和野火相关的费用巨大。使用LCOEs作为能源技术和系统潜在消费者成本影响的一种替代方式具有误导性。尽管如此，发电选择会影响众多系统成本，尤其是在规模较大时。下图提供了一个比较两个项目独立LCOE的说明性示例，在此情况下为太阳能（左侧）和太阳能加储能（中间），以及系统成本视角（右侧）。重要的是，值得注意的是，发电方式的选择不仅影响发电成本部分，还影响必要的调峰、辅助和电网成本。 图1：从多个角度展示的成本分解示例CATF——超越平准化度电成本：一种以系统为导向评估电力脱碳路径的视角太阳能+储能度电成本$/兆瓦时太阳能度电成本项目太阳能和电池项目■LCOE往往不考虑可能由供应链紧张或其他全球事件（例如关键矿物价格或与冲突相关的商品价格上涨）引起的输入成本的不确定性或波动性。供应每小时能源的成本（右）所有构成客户成本的成本■LCOE对投资者和技术之间的财务假设差异高度敏感，和客户电力成本不仅仅是个体项目lcoe在系统中的总和，而是基于整个系统成本进行的更复杂的确定，以确保可靠和有弹性的电力系统。因此，在围绕消费者电力成本的政策讨论中，理解这些限制及其影响至关重要。总电力系统成本包括发电和储存、输电和配电基础设施以及行政和政策相关成本。此外，LCOE的使用还受到纯粹基于成本分析的分析方法中普遍存在的其他缺陷的影响：■LCOE不考虑非电力基础设施权衡（例如土地利用、健康影响、地方经济效益等）。 批发系统供应独立太阳能 图2：展示两种方法下客户成本演变的示意图CATF——超越平准化度电成本：一种以系统为导向评估电力脱碳路径的视角客户成本（美元）(1) 一种仅基于LCOE（品红）的短视方法 (2) 一种基于长期系统成本的方法（蓝色）3埃默布瓦格，J.重新思考“平准化成本”：对概念的关键评论与评估。能源研究与社会科学（2025）。4清洁可靠电力技术是指能够在任何时候发电，不受天气或昼夜影响，且排放极低的技术。清洁可靠电力技术若需要，可以实现非常高的容量因子。包括但不限于核裂变、核聚变、地热（含高温岩体地热）、碳捕捉与封存燃烧、零碳燃料燃烧等技术被视为清洁可靠。仅使用LCOE不适用于长期规划因此，在系统可靠性趋于紧张或进行深度脱碳的背景下，仅使用LCOE进行规划、政策制定和决策是不合适的。3在狭窄的背景下，当系统已拥有足够的 firm 容量来满足可靠性需求，拥有较少的基于天气的可再生资源，并且不受显著的输电拥堵影响时，LCOE 可能是有用的。然而，当可再生能源接近更高的渗透率水平，系统面临日益增长的可靠性需求，或其它当地背景可能限制资源决策时，独立资源的 LCOE 随着系统需求的演变和必要的额外成本及解决方案的引入，变得不再那么相关。 LCOE方法长期系统成本法在深度脱碳的背景下，仅基于LCOE做决策将导致比必要的高成本系统（图2）。综合研究通常表明，包含一个系统多样化的传输，干净有力，4以及需求响应技术可以显著降低客户成本尽管一些资源的平准化度成本（LCOE）较高，但确保一个可靠、脱碳的电网。以加拿大为例，安大略省政府近期批准了核小型模块化反应堆（SMR）的开发尽管小型模块化反应堆在项目层面的平准化度电成本更高，但独立系统运营商的系统分析表明，与同等规模的 Wind、Solar、储能和输电升级成本相比，它们是具有成本效益的。 时间 LCOE的替代方案CATF——超越平准化度电成本：一种以系统为导向评估电力脱碳路径的视角换句话说，某些技术在即使其LCOE高于目前可获得的最低LCOE资源的情况下，也能显著降低系统成本。这凸显了在具有长期影响的政策制定、报告和决策过程中，仅依赖LCOE作为主要指标的潜在风险，无论是针对明确的资源采购，还是技术成本比较的叙述如何渗透并影响政策支持力度。随着电力系统快速演变，对更复杂的脱碳规划的需求日益清晰，单一的LCOE指标使用已显不足。需要新的指标，例如“价值调整后平准化度电成本,” “平准化电力节省成本,” “电力平准化全系统成本，”以及在LCOE指标中添加“固色”成本,已试图解决LCOE指标最基本版本的一些不足。其他人提出了基于比较资源成本收入比或简而言之比较运行相似的技术的这些方法是很显著的改进，但简单的指标仍然常常达不到长期全面系统分析所提供的见解。尽管作为电力规划指标的LCOE存在显著局限性，但它已影响了公众认知，清洁政策制定，以及围绕能源技术的媒体讨论。5很可能，LCOE的简单性导致它被许多利益相关方错误地定位为一个常用指标。例如，可再生能源和清洁 firm 资源的 LCOE（如下一代地热和核能），经常被引用来比较技术的价值，而没有任何关于它们如何影响系统成本、维持可靠性以及降低基础设施部署壁垒的背景信息。5核能依然没什么道理, 纽约时报, 2022.碳捕获可能会使电力更昂贵, The Verge, 2023.“无需奇迹”：马克·雅各布森教授谈风能、太阳能和水能如何为世界提供动力, 卫报, 2023.以最经济可靠的方式满足澳大利亚气候目标？太阳能和风能，毫无疑问, 监视员, 2023.6一些例子包括：净零美国普林斯顿大学，2024。零碳欧洲年度脱碳展望2024, 进化能源研究, 2024.PJM最低成本碳减排政策, ethree, 2020.净零新英格兰：确保低碳未来中的电力可靠性, ethree, 2020.SB 100 联合机构报告，加利福尼亚空气资源委员会，2021。理解整合PJM能源资源的成本：分析电力全周期平准化成本, epsa, 2024. ■通过表示输电系统，表征区域间的模型空间供需约束尽管这些研究复杂、难以执行，并且还需要进行大量审查以确保输入充分，但幸运的是，许多研究已经存在于学术和行业文献中。这些研究涵盖了多个地区，并且通常可以在线轻松找到。6利用这类研究将确保政策制定者、监管机构、公用事业公司和其他利益相关者能够做出明智的决策，这些决策能够有效地支持脱碳目标，同时优化整体系统可靠性并最大限度地降低客户成本。■考虑满足系统需求并确保可靠和有弹性的电力系统所需的所有技术解决方案和系统成本，包括平衡成本、电网基础设施成本、资源充足性成本和非电力约束。与其孤立地使用LCOE，脱碳政策、行业战略和公众辩论则应在可能的情况下，依赖于特定司法管辖区的系统性分析。此类分析将考虑为确保可靠且富有韧性的电力系统所需的所有系统成本，并将捕捉长期和不确定时间范围内的基础设施成本权衡。此类分析将：■正确反映长期和短期时间范围内的复杂基础设施成本权衡，以及，■通过情景和敏感性