风电的未来社会经济效益

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执行摘要

通过实现能源部门的脱碳和减少碳排放来遏制气候变化,是国际可再生能源署(IRENA)能源转型路线图的核心。这些路线图研究并提供了一条积极的、但在技术上和经济上可行的低碳技术部署途径,以实现可持续的清洁能源的未来。

在2019年版全球能源转型报告中,国际可再生能源署探讨了两套面向2050年的能源开发方案。第一套方案是按照目前和规划的政策制定能源发展途径(参考案例),第二种是更清洁且适应气候变化的途径,主要基于对更为雄心勃勃但可实现的可再生能源和能源效率措施(可再生能源路线图(REmap)方案),这种发展路线与政府间气候变化专门委员会(IPCC)2018年报告的1.5摄氏度(°C)的碳预算水平保持一致。

本报告概述了基于国际可再生能源署的气候韧性途径(REMAP案例)中风电在全球能源系统转型中所发挥的作用,尤其是未来30年为实现巴黎气候目标所需的风电增长规模。

主要结论:

—加快可再生能源开发利用,结合深度电气化和提高能效,到2050年可实现巴黎气候目标所需的与能源相关的二氧化碳(CO2)减排量的90%以上。在所有低碳技术选项中,风电的加速部署加上深度电气化,将有助于将2050年需要的总排量减少超过四分之一(将近63亿吨CO2)。

—要实现巴黎气候目标,就需要在各个部门和技术领域显著提速。风能和太阳能将引领全球电力行业的转型。陆上和海上风能装机量将超过总电力需求的三分之一(35%),到2050年成为主要的发电来源。

—只有在未来30年内大幅增加风电装机容量,才能实现这一转型。这意味着与2018年的装机容量(542吉瓦)相比,需要在2030年之前将全球陆上风电装机容量增加到三倍(达到1787吉瓦),并在2050年之前将此装机容量增加到十倍(达到5044吉瓦)。对于海上风电,到2030年,累计发电量将增加近10倍(至228吉瓦),到2050年甚至会有更大幅度增长,2050年海上风电总装机容量将接近1000吉瓦。

—风电行业需要为未来三十年风能市场的这种大规模增长做好准备。在未来20年内,陆上风电的容量安装将增加超过4倍,达到200吉瓦,而2018年仅为45吉瓦。每年增加的海上风电容量安装将具有更高的增长需求-从2018年的4.5吉瓦增长添加到2050年的45吉瓦,增长约10倍。

—在区域层面,亚洲将成为推动风电装机容量发展的主导力量,成为风电(陆上和海上)的世界领导者。亚洲(主要是中国)将继续主导陆上风电行业,到2050年,亚洲装机容量将占全球总装机容量50%以上,其次为北美(23%)和欧洲(10%)。对于海上风电,亚洲将在未来几十年内占据领先地位,到2050年,亚洲装机容量60%以上,其次是欧洲(22%)和北美(16%)。

—扩大风能投资是未来几十年加速全球风电装机容量增长的关键。这意味着与2018年(670亿美元/年)相比,从现在到2030年,全球平均每年陆上风电投资将增加一倍以上(1460亿美元/年),而在2030~50年的余下时间,这一增长将达到三倍以上(2110亿美元/年)。对于海上风电,与2018年的投资(194亿美元/年)相比,从现在到2030年,全球平均年投资将需要增加三倍(610亿美元/年),到2050年,这一增长将达到五倍以上(1000亿美元/年)。

—规模经济的提高、更具竞争力的供应链和技术的进一步革新将继续降低风电的成本。在全球范围内,陆上风电项目的总安装成本在未来30年将继续大幅下降,与2018年的平均1497美元/kW相比,到2030年,平均安装成本将下降至800~1350美元/千瓦(kW)范围内,到2050年降至650~1000美元/kW范围内。对于海上风电项目,全球加权平均总安装成本将在未来几十年内进一步下降,到2030年将处于1700~3200美元/kW之间,到2050年将处于1400~2800美元/kW之间。

与所有化石燃料发电源相比,陆上风电的平准化电力成本(LCOE)已经具有竞争力,并且随着安装成本和性能的不断改善,将进一步下降。在全球范围内,陆上风的LCOE将继续从2018年的平均每千瓦时0.06美元下降到2030年的0.03至0.05美元/千瓦时和2050年的0.02至0.03美元/千瓦时之间。海上风电的LCOE已经在某些欧洲市场具有竞争力(例如在德国和荷兰实行零补贴拍卖,法国实行较低价拍卖),而在其他欧洲市场(尤其是英国)则即将进入竞争市场。到2030年,海上风电将在世界其他市场中具备竞争力,其费用将降至化石燃料(煤和天然气)的低成本范围。到2030年,海上风电的LCOE将从2018年的平均0.13美元/千瓦时降至0.05美元至0.09美元/千瓦时之间,到2050年将降至0.03美元至0.07美元/千瓦时之间。

—持续的革新和技术改进早就了更大容量的风力涡轮机、增加的轮毂高度和转子直径,这有助于增加同一地点的装机容量。陆上应用风力涡轮机尺寸的持续增长势头将继续,从2018年的平均2.6兆瓦增至2025年的4~5兆瓦。对于海上应用,目前最大的涡轮机尺寸约为9.5兆瓦,这一尺寸很快会被超越,预计2025年投产的项目将包括额定功率为12兆瓦及以上的涡轮机(尽管部分交货期较长的老项目可能有较低的额定功率)。研究和开发将有可能在未来10~20年内将这一数字提高到15~20兆瓦。结合改进的风力涡轮机技术、更高轮毂高度和更大扫掠面积的更长叶片的部署,可以提高给定风资源的装机容量系数。就陆上风电场而言,全球加权平均容量系数将从2018年的34%上升至2030年的30~55%,以及2050年的32~58%。就海上风电场而言,将取得更大的进展,相较于2018年43%的平均值,2030年项目容量系数在36~58%之间,2050年则在43~60%之间。

—风力涡轮机基台的技术发展是加快部署海上风力的关键因素,这样有助于获得更好的风力资源。悬浮基台是一种有可能“改写规则”的技术,可以有效地利用深水域中丰富的风电资源,从而为海上风电市场的未来快速发展铺平道路。业内专家估计,到2030年,全世界可安装约5至30吉瓦的海上悬浮装机容量,根据各个地区的发展速度,到2050年,海上悬浮风电场可占据全球海上风电装机容量(约1000吉瓦)的5~15%。

—技术解决方案(运用适当的系统灵活性措施(例如储能)和电网的扩建和加固),以及改善的市场条件和商业模式,对为未来电网一体化不断上升的风电份额做好准备至关重要。为有效管理大规模可变可再生能源,必须在能源系统的所有部门灵活利用能源,包括从发电到输配电系统、储能(电能和热能)以及日益增加的灵活需求领域(需求侧管理和部门对接)。在全球范围内,要在2050年之前整合60%的可变可再生能源发电量(其中35%来自风电),相较于2018年在电网和电池存储方面的投资(2970亿美元/年),从现在开始到2050年左右,每年平均对电网、发电充裕性和一些灵活性措施(即储能)的投资将需要增加四分之一以上,达到3740亿美元/年。

—如果有健全的政策作为支持,这种转变可以带来社会经济效益。到2030年,风电产业可雇用374万人,到2050年可雇用超过600万人,与2018年的116万个工作岗位相比,分别高出近三倍和五倍。然而,为最大限度地获益于能源转型的成果,需要全面的政策框架。开发利用政策需要与并网和扶持政策协调一致。在扶持性政策的保护下,需要特别关注工业、劳工、金融、教育和技能政策,以最大限度地实现转型获益。教育和技能培训政策可以对石油和天然气部门的现有专业知识予以保留和重新分配,以便为海上风电基台结构的安装提供支持。同样,建立在国内供应链基础上的健全的行业和劳工政策,可以通过利用现有经济活动来支持风电产业发展,以促进收入和就业增长。

—释放风电的巨大潜力对于实现气候目标至关重要。只有通过缓解阻碍市场增长的当前障碍(在不同的规模上-技术,经济,社会政治和环境),通过制定正确的政策、战略、商业模式和金融工具,确保风能在未来三十年快速增长,才能实现向低碳可持续能源的未来转型。

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