受伊頓公司(Eaton)與可再生能源協(xié)會(RenewableEnergyAssociation)委托，彭博新能源財(cái)經(jīng)主持的針對高比例可再生能源電力系統(tǒng)的研究成果重磅發(fā)布。該研究以彭博新能源財(cái)經(jīng)的《新能源展望》（《NewEnergyOutlook》）為基礎(chǔ)，強(qiáng)調(diào)風(fēng)電和光伏將如何快速成為主要發(fā)電來源，并探討可能隨之出現(xiàn)的靈活性挑戰(zhàn)。

歐洲新能源發(fā)展三大轉(zhuǎn)折點(diǎn)

受快速增長的先進(jìn)技術(shù)和持續(xù)增加的規(guī)模影響，風(fēng)電和太陽能發(fā)電的成本持續(xù)下降，同樣，這樣的趨勢也發(fā)生在鋰電池儲能業(yè)。根據(jù)彭博新能源財(cái)經(jīng)發(fā)布的《新能源展望》預(yù)測，在整個(gè)歐洲，風(fēng)電和光伏發(fā)電技術(shù)有望在2040年前將這兩種資源的發(fā)電成本至少下降一半。先進(jìn)技術(shù)的廣泛應(yīng)用將促使風(fēng)電和光伏在2020年中期成為最大的電源類型。同樣，鋰電池成本的下降也將使電儲能成為更經(jīng)濟(jì)的系統(tǒng)裝備，從終端用戶儲能到平衡系統(tǒng)峰值需求，電儲能都將被廣泛應(yīng)用。

多重因素驅(qū)使新能源整體發(fā)電成本的下降，這其中包含以下不同的先進(jìn)技術(shù)：

——陸上風(fēng)電平準(zhǔn)化電力成本從2017年66美元/兆瓦時(shí)下降至2040年35美元/兆瓦時(shí)。分?jǐn)偝杀鞠陆档淖畲笠蛩厥切滦偷惋L(fēng)速風(fēng)電機(jī)組利用率的提升。

——離岸風(fēng)電平準(zhǔn)化發(fā)電成本從2017年171美元/兆瓦時(shí)下降至2040年50美元/兆瓦時(shí)，成本下降得益于安裝成本的下降，以及大型風(fēng)電機(jī)組的普及和實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的提升。

——公共事業(yè)范圍光伏平準(zhǔn)化發(fā)電成本從2017年的66美元/兆瓦時(shí)下降至2040年23美元/兆瓦時(shí)。光伏元件生產(chǎn)成本的下降是減少光伏平準(zhǔn)化發(fā)電成本的最重要因素。

——鋰電池價(jià)格從2017年的273美元/千瓦時(shí)下降至2030年的73美元/千瓦時(shí)。電池化工生產(chǎn)工程的推進(jìn)有效促進(jìn)了電池成本的下降。

上述范圍內(nèi)成本的下降，將促使歐洲能源系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生三個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)：

轉(zhuǎn)折點(diǎn)一——當(dāng)風(fēng)電和光伏發(fā)電成為最經(jīng)濟(jì)的電源類型。實(shí)際上在歐洲大部分地區(qū)，該轉(zhuǎn)折點(diǎn)已經(jīng)被實(shí)際觸碰，這兩種發(fā)電技術(shù)已經(jīng)促使風(fēng)電和光伏發(fā)電成本較新建燃煤和氣電站更具經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，促使它們成為電力供應(yīng)最經(jīng)濟(jì)的選擇。

轉(zhuǎn)折點(diǎn)二——當(dāng)新建光伏和風(fēng)電廠的運(yùn)行成本低于現(xiàn)有化石能源發(fā)電成本。在2020年末，大部分風(fēng)電和光伏發(fā)電項(xiàng)目運(yùn)行成本將有望低于現(xiàn)有氣電和煤電的運(yùn)行成本。

轉(zhuǎn)折點(diǎn)三——當(dāng)屋頂光伏系統(tǒng)的運(yùn)行成本低于從電網(wǎng)購電的成本。目前歐洲大部分地區(qū)已經(jīng)跨過了這一經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，未來的增長將受到消費(fèi)者使用、地方監(jiān)管和屋頂資源量來共同推動。

在不同的國家，在何時(shí)將電儲能加入系統(tǒng)來進(jìn)一步提升經(jīng)濟(jì)性，還取決于當(dāng)?shù)氐奶柲苜Y源，電力零售價(jià)格等，以及儲存系統(tǒng)的互補(bǔ)價(jià)值流的可用性。

新能源將以驚人的速度

引領(lǐng)歐洲電力系統(tǒng)發(fā)生巨變

根據(jù)《新能源展望》分析，電力需求的下降將導(dǎo)致2017~2030年電力投資疲軟。2030年以后，電動汽車將有助于電力需求再次回升。到2040年電動汽車的市場占比達(dá)到12%，將會創(chuàng)造新的電力容量需求，但這并不存在于整個(gè)歐洲市場。當(dāng)然，當(dāng)電力系統(tǒng)在風(fēng)電和太陽能發(fā)電遭遇陰雨天氣時(shí)，仍需要?dú)怆娀蛎弘妬磉M(jìn)行削峰填谷，這也會導(dǎo)致新建風(fēng)電和太陽能發(fā)電投資趨緩。

在英國，風(fēng)電和光伏發(fā)電將在2030年占比達(dá)到39%，到2040年達(dá)到50%。根據(jù)彭博新能源財(cái)經(jīng)《新能源展望》，英國的風(fēng)電和太陽能發(fā)電容量將在2017~2040年增長45吉瓦，其中風(fēng)電容量增加25吉瓦。這其中，到2027年主要的增長是依靠于補(bǔ)貼政策下的離岸風(fēng)電容量增長；2028年~2040年，基于有利的風(fēng)速以及增長的電力需求，將使陸上風(fēng)電成為最經(jīng)濟(jì)的選擇，這期間，英國將增加13吉瓦的陸上風(fēng)電容量。

在同一時(shí)間段，該國還將增加20吉瓦光伏發(fā)電容量。但基于該國貧瘠的太陽能資源，意味著到2040年，光伏發(fā)電為該國新能源發(fā)電容量增長所作出的貢獻(xiàn)率僅為8%，盡管到2030年左右，光伏發(fā)電就即將成為最具經(jīng)濟(jì)性的發(fā)電類型。

在德國，到2030年風(fēng)電和光伏發(fā)電在整個(gè)電力系統(tǒng)中的占比將達(dá)到47%，到2040年將達(dá)到61%。2017~2040年，德國的光伏和風(fēng)電裝機(jī)容量將增長超過127吉瓦。其中，光伏裝機(jī)容量增加108吉瓦。增長的首要因素是小規(guī)模的光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展，當(dāng)然，這也受到高昂的零售價(jià)格和屋頂資源的限制。

同時(shí)，風(fēng)電容量的增長僅為18吉瓦。這樣的小幅增長是受到電力需求下降以及光伏的大規(guī)模應(yīng)用的沖擊，到2040年，德國風(fēng)電總裝機(jī)將達(dá)到80吉瓦，并穩(wěn)定在該區(qū)域范圍內(nèi)。

2040年，德國仍將保持50吉瓦化石能源發(fā)電能力，目前，德國現(xiàn)有化石能源發(fā)電總?cè)萘?1吉瓦。

在北歐市場（挪威、瑞士、丹麥及芬蘭），到2030年風(fēng)電和光伏發(fā)電占比將達(dá)到15%，到2040年回落至11%。2017~2040年期間，基于該地區(qū)良好的水電資源利用，風(fēng)電和太陽能發(fā)電能力將保持穩(wěn)定。2017年，水電在該地區(qū)的總?cè)萘窟_(dá)到51吉瓦，在整個(gè)電力系統(tǒng)中的占比超過一半，并滿足2/3的電力需求。這也將導(dǎo)致北歐地區(qū)光伏發(fā)電容量僅增加6吉瓦，離岸風(fēng)電容量僅增加2吉瓦，陸上風(fēng)電容量回縮6吉瓦，當(dāng)然，這樣的下降也是由于老舊風(fēng)電場達(dá)到其運(yùn)行年限而沒有被及時(shí)重建。

英國

據(jù)彭博新能源財(cái)經(jīng)《新能源展望》預(yù)測，基于迅速下降的新能源發(fā)電成本，英國能源系統(tǒng)中新能源的占比將持續(xù)增加。到2026年，英國新能源占比將超過整個(gè)能源系統(tǒng)占比的一半以上，到2040年，該國新能源發(fā)電量將超過63%。其中，低成本的風(fēng)電、光伏發(fā)電資源將在2030年占比達(dá)到40%，到2040年達(dá)到50%，新能源將逐步滿足英國的電力需求。

2017年，風(fēng)電和光伏發(fā)電僅滿足該國25%的電力需求。到2040年，這些可再生資源將滿足超過49%的電力需求，同時(shí)，根據(jù)增加的頻率，風(fēng)電和太陽能將逐漸滿足所有電力需求。到2030年，該國的棄風(fēng)棄光率僅為1%，但到了2040年，當(dāng)750小時(shí)滿負(fù)荷輸出滿足電力需求，棄風(fēng)棄光率將提升至3%（該數(shù)據(jù)不包括電網(wǎng)或其他限制，并且有可能會達(dá)到更高的數(shù)值）。

這一情況將成就儲能技術(shù)的爆發(fā)，這也將更好地滿足靈活性的需求，比如電動汽車充換電以及工業(yè)生產(chǎn)過程，將更好地利用有可能被棄掉的可再生能源。同時(shí)，電網(wǎng)互聯(lián)工程將發(fā)揮更大的作用，來支持電力電能的輸出。

基于風(fēng)電和光伏發(fā)電所具有的波動性，其他柔性資源也需要加大或減少出力，來達(dá)到電力供需的瞬時(shí)平衡。根據(jù)模型測算，2017年英國電力系統(tǒng)波動率中上升最大幅度達(dá)到10吉瓦/小時(shí)，下降最大波動率達(dá)到11吉瓦/小時(shí)，這要求該國1/3的氣電機(jī)組啟動或關(guān)停1小時(shí)來平抑波動。

到了2040年，這樣的波動將達(dá)到上升幅度21吉瓦以及下降幅度25吉瓦，這就要求該國20%~25%的發(fā)電機(jī)組全部關(guān)停或啟動1小時(shí)。這將助力儲能、需求響應(yīng)、氣電等具備快速啟停性資源迅猛發(fā)展，來滿足瞬時(shí)快速上升的電力需求。有可能會出現(xiàn)的需求極值將會對該國電力系統(tǒng)造成壓力，并使傳統(tǒng)的發(fā)電機(jī)組效率更低，需求響應(yīng)和儲能技術(shù)有助于減輕這些影響。

最快在2030年，風(fēng)電和光伏發(fā)電將滿足以周為計(jì)算周期內(nèi)的每一天的電力需求，這也意味著類似于核能等“基荷電源”將沒有發(fā)電空間，新能源將滿足全天甚至數(shù)周的電力需求。基于英國風(fēng)電資源特性，最高風(fēng)電和光伏發(fā)電輸出集中在冬季，同時(shí)，夏季的電力需求較低，這意味著全年內(nèi)，風(fēng)電和太陽能發(fā)電的份額保持相對穩(wěn)定。

到2040年，當(dāng)風(fēng)電和太陽能發(fā)電輸出達(dá)到最大，可以滿足該國所有的電力需求，但當(dāng)某些時(shí)刻新能源不能滿足以小時(shí)為記的電力需求，就需要儲能技術(shù)來輔助電力供應(yīng)。隨著時(shí)間的遞進(jìn)，多變的可再生能源逐漸接近于滿足全年的用電需求。但從最高電力輸出月可以滿足近70%的電力需求來看，仍需要其他類型的資源來助力可再生能源達(dá)到滿足全部電力需求的目標(biāo)。

由于英國可能出現(xiàn)的長時(shí)間多云天氣，有很長時(shí)間可能出現(xiàn)無風(fēng)電和太陽能發(fā)電出力的情況。這樣的情況多發(fā)生在夏天，風(fēng)電出力表現(xiàn)為最低。盡管如此，我們?nèi)钥善诖?040年，在無風(fēng)/太陽能的天氣下，新能源發(fā)電仍可滿足80%/72%的電力需求。這也導(dǎo)致了到2040年后備電源的需求量和2017年保有量持平。屆時(shí)，將由70吉瓦分布式電源（儲能、需求響應(yīng)及電網(wǎng)互聯(lián)工程）來滿足低風(fēng)電及低太陽能發(fā)電出力時(shí)的峰值需求。

同時(shí)，在英國，后備電源的需求將越來越少，在無風(fēng)及無太陽能期間后備電源的平均利用率將從2017年的50%下降至2040年的29%。這也將損害現(xiàn)有發(fā)電裝機(jī)的經(jīng)濟(jì)性，主要包括循環(huán)氣電機(jī)組。

電儲能技術(shù)和靈活的需求響應(yīng)可以很好地解決可再生能源帶來的短期波動性問題，例如在一天內(nèi)將能源從一個(gè)小時(shí)轉(zhuǎn)移到另一個(gè)小時(shí)；甚至在一周內(nèi)將能源從一天轉(zhuǎn)換到另一天。但電儲能技術(shù)仍將無法完全承擔(dān)后備電源的功能，當(dāng)無風(fēng)/太陽能持續(xù)數(shù)周甚至數(shù)月，電儲能技術(shù)無法滿足電力需求。要解決這個(gè)長期性電力缺口問題，仍需要分布式以及靈活資源來調(diào)節(jié)。目前，僅有抽水蓄能、電網(wǎng)互聯(lián)以及氣電機(jī)組在實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性的前提下滿足長期電力缺口問題，其他技術(shù)比如大型水庫儲能，則仍需要在減少成本上持續(xù)推進(jìn)。同時(shí)，儲能技術(shù)可以滿足短期內(nèi)風(fēng)電和太陽能發(fā)電對系統(tǒng)所提出的靈活性需求。盡管如此，目前季節(jié)間的儲能技術(shù)仍十分有限。

德國

根據(jù)彭博新能源財(cái)經(jīng)《新能源展望》預(yù)測，基于持續(xù)下降的成本因素，德國能源系統(tǒng)中的可再生能源占比仍持續(xù)增長。到2022年，可再生能源將占到整個(gè)德國電力容量的一半以上，到2040年，可再生能源發(fā)電占比將達(dá)到74%。這其中，低成本的風(fēng)電和太陽能發(fā)電占比將在2030年達(dá)到49%，可再生能源發(fā)電將逐步滿足該國電力需求。

2017年，可再生能源（風(fēng)能和太陽能）不足以滿足超過37%的每小時(shí)電力需求。到2040年，這些資源將滿足該國半年內(nèi)超過71%的每小時(shí)電力需求，并且隨著時(shí)間推移，風(fēng)電和太陽能發(fā)電量將逐步超越該國所有電力需求。在2030年，棄風(fēng)棄光率達(dá)到3%，到2040年提升至16%，2300小時(shí)的發(fā)電輸出將超過電力需求，相當(dāng)于全年利用小時(shí)的1/4（該數(shù)據(jù)不包括電網(wǎng)及其他限制，有可能會更高）。這一情況將助力電儲能技術(shù)的發(fā)展，還包括需求響應(yīng)，以及電動汽車充換電等靈活需求的發(fā)展，來支持可再生能源的更廣泛使用。同時(shí)，電網(wǎng)互聯(lián)也將承擔(dān)更為重要的角色，來支持電力的出口。

正如風(fēng)能和太陽能發(fā)電的波動性，其他靈活性資源也將需要上下波動調(diào)節(jié)出力以達(dá)到系統(tǒng)平衡。同時(shí)，在需求側(cè)也存在波動。根據(jù)模型測算，在2017年最大波動曲線率表現(xiàn)為上升階段13吉瓦/小時(shí)，以及下降階段11吉瓦/小時(shí)。這意味著近半數(shù)的德國氣電機(jī)組啟停1小時(shí)。到2040年，波動最大上升曲線為38吉瓦，最大下降曲線為34吉瓦，相當(dāng)于近40%的德國分布式發(fā)電機(jī)組啟停1小時(shí)。

這對于具有快速啟停特性的資源來說是發(fā)展的良機(jī)，如儲能、需求響應(yīng)，以及天然氣機(jī)組，以支持所需的系統(tǒng)平衡。極端的波動率可能會對系統(tǒng)造成壓力，并使常規(guī)發(fā)電機(jī)的運(yùn)行效率降低；靈活的需求響應(yīng)和儲存可能有助于減輕這些影響。

最早到2030年，風(fēng)電和太陽能發(fā)電可以滿足該國一天內(nèi)任何小時(shí)的電力需求，但這完全仰仗于基荷電源的持續(xù)穩(wěn)定輸出，同時(shí)對于“基荷電源”技術(shù)提出更多的挑戰(zhàn)。

目前在德國，最高的風(fēng)電和太陽能發(fā)電輸出持續(xù)于冬季，屆時(shí)風(fēng)力將達(dá)到最大。隨著太陽能發(fā)電的持續(xù)發(fā)展，這一現(xiàn)狀將被改變。到2040年，夏季的新能源發(fā)電輸出能力將和冬天持平。

可以預(yù)見，到2040年，當(dāng)風(fēng)電和太陽能發(fā)電輸出達(dá)到最大，將超過整體的電力需求。盡管風(fēng)電和太陽能發(fā)電輸出與每小時(shí)的電力需求并不匹配，但其將在以周為單位的時(shí)間周期內(nèi)，提供充足的電力以滿足用電需求。同時(shí)，也需要儲能和靈活的需求響應(yīng)來輔助以達(dá)到供需平衡。隨著時(shí)間的推移，新能源發(fā)電將逐步達(dá)到年供需平均。風(fēng)電、太陽能發(fā)電月度最大輸出值將滿足78%電力需求。但仍需其他類型的發(fā)電資源配合以達(dá)到天、周，甚至月度平衡。

相對來說，在德國，多云天氣可以持續(xù)很多天，偶爾也會有幾個(gè)小時(shí)幾乎沒有風(fēng)力和太陽能發(fā)電的狀況出現(xiàn)。這樣的情況最常見于秋季和冬季，低風(fēng)速也將出現(xiàn)于冬季，陽光也不像在夏季那樣充足。盡管這樣，到了2040年，我們?nèi)钥梢云诖跊]有風(fēng)力和太陽能的整周時(shí)間內(nèi)，風(fēng)電和太陽能發(fā)電仍可滿足85%和63%的電力需求。同時(shí)，2040年后備電源的需求量和2017年持平，來輔助風(fēng)電和太陽能發(fā)電。

到2040年，德國需要97吉瓦的分布式能源來平衡電力的峰值需求。但這些后備電源的需求量將逐步下降，平均利用率將從2017年的51%下滑至2040年的27%，這一情況也將逐步損害現(xiàn)有電源的經(jīng)濟(jì)性，包括煤電和氣電。

未來的德國能源體系以新能源為主，同時(shí)必須輔之以具有靈活性的資源。儲能技術(shù)和需求響應(yīng)能夠很好地解決可再生能源帶來的短期波動問題，例如將能源從此小時(shí)轉(zhuǎn)移到彼小時(shí)，或從某一天轉(zhuǎn)移至另一天。到2040，德國有了大量的太陽能發(fā)電能力，這為日用儲能向日夜轉(zhuǎn)換儲能的發(fā)展提供機(jī)會。

然而，這些技術(shù)不能很好地適用于在風(fēng)能和太陽能發(fā)電不足以滿足需求的情況下，提供數(shù)周和數(shù)月的能源儲備。為了滿足這些較長期的需求缺口，需要可調(diào)度的，理想的是具有靈活性的資源。目前，只有抽水蓄能、電網(wǎng)互聯(lián)和氣電能夠在滿足經(jīng)濟(jì)性的前提下進(jìn)行。諸如氫存儲之類的其它技術(shù)仍將需要顯著的降低成本。

盡管在德國，風(fēng)電和太陽能發(fā)電的占比達(dá)到60%，季節(jié)儲能的需求并不大。短期儲能和其他資源發(fā)電將為系統(tǒng)平衡提供充足的靈活性。

北歐地區(qū)

在這份報(bào)告中所述北歐地區(qū)，包括丹麥、芬蘭、挪威和瑞士。彭博新能源財(cái)經(jīng)《新能源展望》中預(yù)測，北歐地區(qū)能源系統(tǒng)主要以水電為主、風(fēng)電和太陽能發(fā)電為輔。

和歐洲其他國家不同，北歐地區(qū)并未見到風(fēng)電、太陽能發(fā)電由于成本下降而爆發(fā)式增長。包括水電的可再生能源已經(jīng)占據(jù)了北歐電力供應(yīng)3/4的份額。到2040年，近78%的電力供應(yīng)仍將以可再生能源為主導(dǎo)，其中水電獨(dú)大，占比67%。

最早到2030年，低成本的風(fēng)電和太陽能發(fā)電資源將占比15%，但是到2040年，由于機(jī)組退役或補(bǔ)貼不足，該占比將回落至11%。

2017年，風(fēng)電和太陽能發(fā)電在滿足電力需求中的小時(shí)需求占比17%，到2030年將提升至24%。到2040年，這些資源占比將回落至2017年水平，以及在2030年，甚至2040年，單純的風(fēng)電和太陽能發(fā)電仍將無法滿足全部電力需求。

由于風(fēng)電和太陽能發(fā)電輸出超過需求而導(dǎo)致的棄風(fēng)棄光問題，將不會成為北歐地區(qū)的能源問題。同時(shí)，作為一個(gè)風(fēng)電、太陽能發(fā)電滲透率較低的地區(qū)，北歐的系統(tǒng)波動性也不會有所增加。

根據(jù)模型測算，2017年系統(tǒng)波動率上升曲線為8吉瓦/小時(shí)，下降曲線為6吉瓦/小時(shí)。這意味著北歐地區(qū)1/6的水電機(jī)組關(guān)停一小時(shí)。到2040年，最大上升曲線為5吉瓦，以及最大下降曲線3吉瓦，較目前水平下降37%~50%。盡管大量的水電資源非常適合處理北歐的系統(tǒng)波動需求，然而當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)波動，在遠(yuǎn)離水電站的區(qū)域或者偶然出現(xiàn)的線路擁塞情況下，仍然需要本地靈活性資源進(jìn)行調(diào)劑。

和其他歐洲電力系統(tǒng)不同，盡管風(fēng)電和太陽能發(fā)電持續(xù)增長，但北歐市場保持相對穩(wěn)定。風(fēng)電和太陽能發(fā)電能力的增加相對較小，不會對現(xiàn)有發(fā)電機(jī)組的總體結(jié)構(gòu)和運(yùn)行產(chǎn)生重大影響。基于水電的占比，78%的可再生能源（其中風(fēng)電和太陽能發(fā)電占比11%）不會產(chǎn)生系統(tǒng)波動性以及“棄風(fēng)棄光”的情況，基荷電源將保持穩(wěn)定的占比。

北歐地區(qū)的水文循環(huán)情況大致是，在冬季水的流入量最低，大部分水被凍結(jié)；春季和夏季，雪融化時(shí)，水流入量最高。相對在冬季電力需求高的時(shí)候，風(fēng)力發(fā)電更高，夏天則較低。盡管分析的是北歐電力市場，但實(shí)際上，主要的水電資源還是存在與挪威和瑞士。這些資源使整個(gè)區(qū)域既能實(shí)現(xiàn)深度脫碳，又能引進(jìn)可變的風(fēng)能和太陽能發(fā)電資源，而不會遭遇系統(tǒng)靈活性挑戰(zhàn)。

北歐的地域和資源優(yōu)勢，使得其可以利用廉價(jià)的風(fēng)電和太陽能發(fā)電，減少了對其他類型的容量和資源的利用——包括儲能技術(shù)（這其中假定北歐國家之間有很強(qiáng)的電網(wǎng)互聯(lián)關(guān)系）。事實(shí)分析表明，該地區(qū)有足夠的靈活的水電資源來處理風(fēng)電和太陽能發(fā)電的多變性，這為加強(qiáng)與英國和德國等其他歐洲國家的電網(wǎng)互聯(lián)提供了機(jī)會，以便北歐水電能夠?yàn)轱L(fēng)電和太陽能發(fā)電可能達(dá)到更高滲透率的市場提供更多的靈活性選擇。