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2019冠狀病毒病和低碳電力: 對未來的借鑒

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帶電力線和變壓器的配電站。(照片來源:Yelantsew/Freepik.com)

2019冠狀病毒病大流行改變了全球電力系統(tǒng)的運(yùn)行方式,也讓人們看到了未來以低碳能源為主的電力結(jié)構(gòu)。尤其是核電,其表現(xiàn)顯示,它能夠支持向有彈性的清潔能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型,且遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止于2019冠狀病毒病大流行后的復(fù)蘇階段。

在2019冠狀病毒病大流行暴發(fā)期間,經(jīng)濟(jì)和社會活動受到限制,導(dǎo)致許多國家的電力需求出現(xiàn)前所未有的持續(xù)下降,在幾個月的時間內(nèi),相對于2019年的水平,下降幅度達(dá)到約10%或更多,從而為發(fā)電廠和系統(tǒng)運(yùn)營商造成了具有挑戰(zhàn)性的狀況(圖1)。國際能源機(jī)構(gòu)最近發(fā)布的“可持續(xù)復(fù)蘇報告”預(yù)計(jì),2020年全年全球用電量將減少5%,預(yù)計(jì)僅美國就將創(chuàng)記錄地下降5.7%。今天的國際能源機(jī)構(gòu)清潔能源轉(zhuǎn)型峰會將討論可持續(xù)經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇,原子能機(jī)構(gòu)總干事拉斐爾·馬里亞諾·格羅西將參加會議。?

圖1.選定轄區(qū)2020年電力需求相對于2019年的每周變化(3月15日至6月6日)。例如,瑞典沒有采取封鎖措施,導(dǎo)致3月15日至4月5日期間的電力需求較2019年同期有所增加。而法國實(shí)施的封鎖措施導(dǎo)致整個期間(3月15日至6月6日)的電力需求平均減少14%。(圖表:Harim Jung)

說明:印度、韓國和美國報告的發(fā)電量變化。

與核電和可再生能源相比,化石燃料發(fā)電的運(yùn)行成本相對較高,加上電力市場的簡單定價機(jī)制,使化石燃料發(fā)電受到了嚴(yán)重沖擊。相比之下,在這些特殊情況下,低碳電力占了上風(fēng),由于輸電系統(tǒng)運(yùn)營商有義務(wù)優(yōu)先于其他發(fā)電廠的電力調(diào)配可再生電力,以及由于有利的天氣條件,可再生電力的貢獻(xiàn)在一些國家上升。

核能發(fā)電也被證明具有彈性、可靠性和適應(yīng)性。核工業(yè)迅速采取特別措施應(yīng)對疫情,避免了因2019冠狀病毒病大流行對職工隊(duì)伍或供應(yīng)鏈造成的影響而關(guān)閉電站。核電廠也很快適應(yīng)了已變化的市場狀況。例如,EDF能源公司就通過斷續(xù)削減其Sizewell B機(jī)組的發(fā)電量響應(yīng)了英國電網(wǎng)運(yùn)營商的需求,并一直為用戶提供了成本效益高且安全可靠的電力服務(wù)。

盡管核工業(yè)在疫情期間表現(xiàn)良好,但面對需求的大幅減少,許多發(fā)電廠仍需顯著削減其總產(chǎn)量,如法國、瑞典、烏克蘭、英國和較小程度上德國的發(fā)電廠(圖2)。截至3月底,法國電力需求的下降已經(jīng)導(dǎo)致法國電力公司第一季度收入下降了1%,核電產(chǎn)量比前一年下降了9%以上。同樣,俄羅斯國家原子能公司在4月和5月經(jīng)歷了一次嚴(yán)重的需求萎縮,導(dǎo)致今年前五個月的收入下降了11%。

圖2.與3月8日至14日的一周(在大多數(shù)封鎖之前)相比,選定轄區(qū)內(nèi)低碳發(fā)電量的每周變化(3月15日至6月6日)。(圖表:Harim Jung)

說明:其他可再生電力主要包括水電和生物質(zhì)能等可調(diào)度能源。

總體而言,低碳技術(shù)的競爭力和彈性已使核電、太陽能和風(fēng)能在許多國家的市場份額自封鎖開始以來有所提高(圖3)。疫情期間,韓國的核能發(fā)電份額提高了近九個百分點(diǎn),而在英國,核電對在兩個月內(nèi)幾乎消除了煤炭發(fā)電的過程中發(fā)揮了重大作用。美國能源情報署的 短期能源展望 認(rèn)為,與2019年相比,2020年全年核能發(fā)電的份額將增加超過一個百分點(diǎn)。在 中國,電力生產(chǎn)在2020年1月至2月期間同比下降8%以上:煤電下降近9%,水電下降近12%。核電被證實(shí)更具有彈性,只減少了2%。過去幾個月中,清潔能源份額增加在減少溫室氣體和其他空氣污染物排放方面帶來的益處已在全世界得到了充分的展示。

圖3.自封鎖開始以來,核能、太陽能和風(fēng)能發(fā)電市場份額的變化。(圖表:Harim Jung)

說明:與2020年1月1日至封鎖開始期間相比,在電力生產(chǎn)結(jié)構(gòu)中的份額變化。

今后的挑戰(zhàn)

盡管清潔能源系統(tǒng)在危機(jī)中表現(xiàn)突出,包括現(xiàn)有核電廠有能力在需要時提供有競爭力、可靠和低碳的電力服務(wù),但依然存在短期和長期挑戰(zhàn)。

在短期內(nèi),電力需求的銳減加速了電價在最近從經(jīng)濟(jì)上本已不可持續(xù)的水平的下跌,尤其是在歐洲(圖4)。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)普爾的 年中最新數(shù)據(jù),歐洲電價大幅下跌不僅是由于2019冠狀病毒病疫情封鎖措施,也是由于冬季異常溫暖以及可再生能源在天然氣價格和二氧化碳排放配額降低背景下供應(yīng)增加而導(dǎo)致的電力需求銳減。如此低的電價進(jìn)一步惡化了包括核電廠在內(nèi)的許多發(fā)電廠所面臨的嚴(yán)峻環(huán)境。這些可能阻礙清潔能源轉(zhuǎn)型所需的投資,對實(shí)現(xiàn)氣候目標(biāo)具有長期不利影響。

對于核電而言,維持和延長現(xiàn)有核電廠的運(yùn)行對于支持和加速向低碳能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型至關(guān)重要。在有利的投資環(huán)境下,可以以每兆瓦小時30美元至40美元的平均成本實(shí)現(xiàn)10年至20年的延壽,使之成為最具成本效益的低碳方案之一,同時還能保持可調(diào)度容量,并降低清潔能源轉(zhuǎn)型的總體成本。國際能源機(jī)構(gòu)的 可持續(xù)復(fù)蘇報告 指出,如果不進(jìn)行延壽,發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體40%的核電廠可能會在十年內(nèi)退役,每年將增加約800億美元的電費(fèi)。國際能源機(jī)構(gòu)指出,核電廠維持和延壽計(jì)劃有可能創(chuàng)造大量的經(jīng)濟(jì)活動和就業(yè),從而對復(fù)蘇措施形成支持。

對靈活性的需要

新的核電項(xiàng)目可以提供類似的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益,但如果沒有強(qiáng)有力的政策支持和更為實(shí)質(zhì)性的電力市場改革,包括不改善可靠性、靈活性和其他服務(wù)的回報框架,則新項(xiàng)目的融資將更具挑戰(zhàn)性。從中長期來看,未來能源系統(tǒng)將日益呈現(xiàn)的一個特點(diǎn)是需要在電力生產(chǎn)和系統(tǒng)運(yùn)行方面具有靈活性,這一趨勢已因這次危機(jī)而加速。?

圖4.對2019年與2020年封鎖開始前后選定轄區(qū)電價的平均影響比較。(圖表:Harim Jung)

展望未來,雖然發(fā)電廠和系統(tǒng)運(yùn)營商成功應(yīng)對了危機(jī),但所觀察到的化石燃料發(fā)電量的下降使人們注意到,在進(jìn)一步的能源轉(zhuǎn)型過程中,可能出現(xiàn)更多的電網(wǎng)穩(wěn)定性挑戰(zhàn)。重型旋轉(zhuǎn)式蒸汽和燃?xì)廨啓C(jī)為電力系統(tǒng)提供機(jī)械慣性,從而保持電力系統(tǒng)的平衡。用可變可再生能源替代這些裝機(jī)容量可能會導(dǎo)致更大的不穩(wěn)定性、更差的電力質(zhì)量和更高的停電發(fā)生率。 ?大型核電廠同其他技術(shù)相結(jié)合,可以填補(bǔ)這一角色,減輕完全去碳化電力系統(tǒng)發(fā)生供電中斷的風(fēng)險。?

2019冠狀病毒病所帶來的挑戰(zhàn)也使人們注意到,需要確保未來能源系統(tǒng)具有內(nèi)在彈性,以應(yīng)對更廣泛的外部沖擊,包括氣候變化預(yù)計(jì)會帶來的更多變和更極端的天氣模式。

核電在危機(jī)期間的表現(xiàn)及時提醒人們:核電在建立一個更可持續(xù)和可靠的低碳能源系統(tǒng)方面正在做出貢獻(xiàn)且具有未來潛力。

電力需求、發(fā)電量和價格的數(shù)據(jù)來源: 歐洲電力傳輸系統(tǒng)運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)(歐洲)、烏克蘭國家電力公司(烏克蘭)、電力系統(tǒng)運(yùn)營公司(印度)、韓國電力交易所(韓國)、全國電力調(diào)度中心(巴西)、獨(dú)立電力系統(tǒng)運(yùn)營商(加拿大安大略?。?、能源情報署(美國)。數(shù)據(jù)覆蓋1月1日至5月/6月。

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