如今,太陽能和風(fēng)能已經(jīng)成為電網(wǎng)脫碳的支柱。彭博新能源財經(jīng)的分析顯示,在電池的配合下,此類清潔能源發(fā)電容量有潛力幫助實現(xiàn)總發(fā)電量的70-80%脫碳。然而,對于有志于實現(xiàn)接近凈零排放的國家來說,這還不夠。因此,各類使用低碳技術(shù)的可調(diào)度電源開始登上舞臺,以滿足清潔能源不足時的用電需求。本文從成本競爭力的角度對該領(lǐng)域中的三位“種子選手”進行了對比:氫能(hydrogen)、碳捕獲和封存(CCS)以及小型模塊化核反應(yīng)堆(SMR)技術(shù)。
目前,全球燃?xì)潆姀S的平均LCOE基準(zhǔn)為363美元/MWh(假設(shè)利用小時容量因子為55%)。此估值基于如下條件:氫氣產(chǎn)自使用可再生能源供電的電解槽;采用巖洞存儲方式且使用燃?xì)廨啓C。
2021年,配備碳捕獲和封存(CCS)技術(shù)燃煤電廠的全球平均LCOE基準(zhǔn)為289美元/MWh,燃?xì)怆姀S則為250美元/MWh。此值基于如下條件:發(fā)電廠的整體容量因子為55%;Capex資本支出水平為450萬美元/MW,包含捕集系統(tǒng)的成本,但不包括CO2的運輸和儲存成本。這種資本支出水平比如今全球成本最低的CCS電廠(即位于美國德克薩斯州的Petra Nova項目)還要低35%。彭博新能源財經(jīng)認(rèn)為,實現(xiàn)這一目標(biāo)的方法包括:優(yōu)化現(xiàn)有設(shè)備設(shè)計、擴大項目規(guī)模、建設(shè)配備燃燒后碳捕獲系統(tǒng)的下一代火電廠。
小型模塊化核反應(yīng)堆(SMR)電廠指擁有多個小型反應(yīng)堆(低于300MW)產(chǎn)生蒸汽推動輪機發(fā)電的電廠。目前全球只有少數(shù)SMR項目在建,其中包括位于阿根廷的Carem SMR項目(25MW)。我們估計,該項目的資本支出水平將達(dá)到2,400-2,800萬美元/MW,高于最初預(yù)算的1,800萬美元/MW。Carem發(fā)電廠在容量因子為55%時的LCOE預(yù)計為354美元/MWh,在不間斷運行時的LCOE則為240美元/MWh。
在本文介紹的三種技術(shù)中,配有CCS技術(shù)的電廠是目前LCOE最低的選擇。CCS系統(tǒng)在化石燃料及發(fā)電廠資本支出低廉的情況下對LCOE的影響最為明顯。在天然氣價格便宜的美國,燃?xì)獍l(fā)電廠是否配備CCS技術(shù)的LCOE對比可以達(dá)到156美元/MWh與36美元/MWh的差距。在中國,因為目前燃煤電廠的建設(shè)成本低至50萬美元/MW,使用CCS技術(shù)的煤電廠可達(dá)到133美元/MWh的LCOE,而不使用CCS技術(shù)時的LCOE則為61美元/MWh左右。
從調(diào)峰電源來說,假設(shè)其利用小時容量因子為10%,則燃料費用在發(fā)電容量的完整使用壽命中僅占一小部分成本。因此,降低LCOE的關(guān)鍵不在于燃料,而在于降低資本支出。在本文介紹的三種技術(shù)中,使用開放循環(huán)輪機的燃?xì)浒l(fā)電廠可實現(xiàn)的資本支出最低,為78-94萬美元/MW。對比之下,搭配CCS的燃煤和燃?xì)怆姀S的資本支出為500萬美元/MW,SMR電廠更是達(dá)到2,400萬美元/MW。因此,2021年,調(diào)峰情況下燃?xì)潆姀S的LCOE基準(zhǔn)為623美元/MWh,遠(yuǎn)低于搭配CCS的開放循環(huán)燃?xì)怆姀S的895美元/MWh。然而,這一水平仍比建造和運營2.5小時電池存儲項目的成本(220美元/MWh)高出三倍,更不用說無CCS的開放循環(huán)燃?xì)怆姀S的全球平均LCOE可低至174美元/MWh。
為了促進電力領(lǐng)域的持續(xù)脫碳,這三種技術(shù)必須首先顯著降低成本,讓用戶負(fù)擔(dān)得起,才有機會考慮與傳統(tǒng)發(fā)電機組競爭。這意味著,對于燃?xì)潆姀S來說,使用電解槽制氫的燃料成本必須從目前估計的約2.9-4.2美元/kg(22-31美元/MMBtu)下降至1.0美元/kg(7.4美元/MMBtu)以下。電廠還需要廣泛采用能夠充分燃燒降低NOX排放的新一代燃?xì)錅u輪機組。假設(shè)2030年累計建設(shè)裝機量達(dá)到30GW,燃?xì)潆姀S的LCOE將在2030年下降至133-236美元/MWh,到2050年下降至82-134美元/MWh(均假設(shè)容量因子為55%)。
搭配CCS的發(fā)電廠必須將資本支出降低至Petra Nova項目的一半,即達(dá)到約300-350萬美元/MW,主要途徑包括提高設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)?;?。由于CCS在許多行業(yè)均有應(yīng)用,因此電力應(yīng)用也可從中獲益。假設(shè)2030年CCS發(fā)電廠的累積建設(shè)規(guī)模達(dá)30GW,則未搭配CCS的燃煤和燃?xì)怆姀S的LCOE將在2030年達(dá)到64-198美元/MWh,到2050年達(dá)到69-212美元/MWh。
SMR技術(shù)必須提高規(guī)模以降低小型反應(yīng)器裝置的制造成本。供應(yīng)商的目標(biāo)是將SMR電廠的資本支出水平從目前的2400萬美元/MW降低至400到500萬美元/MW。為了實現(xiàn)這一目標(biāo),累計建設(shè)容量缺口仍為幾十GW。由于大多數(shù)項目預(yù)計不會在21世紀(jì)20年代前實現(xiàn)商業(yè)化,因此這一目標(biāo)可能很難在21世紀(jì)30年代中期前成為現(xiàn)實。一旦實現(xiàn)資本支出目標(biāo),SMR電廠的LCOE可能會降至86美元/MWh(假設(shè)容量因子為55%)。
本文中使用的所有數(shù)據(jù)正式用戶均可見BNEF項目財務(wù)模型:EPVAL 9.1
一組數(shù)據(jù)
363美元/MWh
2021年燃?xì)潆姀S的全球平準(zhǔn)化度電成本(LCOE,假設(shè)利用小時容量因子為55%)
289美元/MWh
2021年搭配CCS技術(shù)的常規(guī)燃煤電廠的全球LCOE值
354美元/MWh
首個小型模塊化核反應(yīng)堆發(fā)電站的LCOE值估計
原標(biāo)題:各類未來電源的LCOE(氫能、CCS和小型核反應(yīng)堆)重點