新一代 - 到2035年建立清洁的欧洲电力系统

出版日期 2022年6月22日 新一代 到2035年建立清洁的欧洲电力系统 余烬对电力系统路径的建模表明，到2035年，清洁电力系统应成为本世纪中叶净零大陆能源规划的核心。 关于 本研究探讨了欧洲清洁能源系统的成本最低的途径，符合《巴黎协定》的气候目标（1.5摄氏度） 。 详细的、逐个国家、每小时的电力系统建模证实了到2035年欧洲电力部门几乎完全脱碳的可行性，同时扩大电力供应。关键指标被量化，以便对进展进行基准测试，同时考虑一系列不确定性。至关重要的是，评估竞争路线的成本，包括根据当前计划开发电力系统的成本。 本报告总结了欧洲三种模拟途径的结果1电力行业。的规定的政策通路是符合国家政策2直到2035年。其他两个途径技术驱动的和系统变更–旨在最大限度地降低成本，同时保持在与《巴黎协定》气候目标兼容的碳预算范围内。 后两种途径扩大了清洁电气化，但它们对可用技术的假设和社会变革带来的节能水平有所不同。 第一作者 克里斯Rosslowe博士 其他作者 伊丽莎白·克雷莫纳（Ember）和TomosHarrison（Ember）。 造型 在Artelys的支持下进行的研究：克里斯托弗·安德烈（项目总监）， LucHumberset（项目经理），SixtineDunglas和ThomasRidremont（建模和分析）。使用ArtelysCrystalSuperGrid工具进行建模。 同行评议者 感谢专家同行评审员：LéaHayez和AndrzejCeglarz（可再生能源电网倡议），JörgMühlenhoff（CANEurope），ClaireMaraval（ReClaimFinance），ArturPatulea和PieterdePous（E3G），TomBrown教授（柏林工业大学），ChristianRedl和AlexanderDusolt（AgoraEnergiewende），KeithAllott和MollyWalsh（欧洲气候基金会），BramClaeys（监管援助项目）。 1本研究中使用术语“欧洲”来指代电力系统建模中包含的国家/地区：EU27+英国+挪威+瑞士+西巴尔干六国（AL、BA、KX、ME、MK、RS）。土耳其和乌克兰不包括在内。 2在2021年10月结束 内容 前言我 介绍1 场景定义5 规定的政策途径6技术驱动的途径7制度变迁路径8敏感场景10 结果14的概述 发电16 发电能力和利用19互连28 氢储存和32 系统成本和投资37 主要发现50 清洁能源是低于50既定政策化石燃料的消耗半这十年54风能和太阳能部署62要高出风能和太阳能成为72支柱 增加灵活性77是至关重要的 一个干净的系统是可靠和弹性86有限的空间新98化石燃料的能力 一个更小的和更清洁的可分派舰队102 基准测试109 发电110 风能和太阳能114能力 限制117缩写120术语表121 确认 文档设计和布局天后创意. 免责声明 据我们所知，本报告中的信息是完整和正确的，但如果您发现错误，请发送电子邮件info@ember-climate.org.本报告根据知识共享相同方式共享署名许可（CCBY-SA4.0）发布。我们积极鼓励您分享和改编报告，但您必须注明作者和标题，并且您必须分享您在同一许可下创建的任何材料。 前言 欧洲的发电的新愿景 在欧洲结束化石时代的理由从未如此之多。对化石燃料的持续依赖危及气候，损害公众健康，破坏 欧洲能源的主权和可负担性。电力部门的转型将是建立应对这些挑战的新能源系统的核心。风能和太阳能是电力生产脱碳的关键工具，而且数量丰富且价格低廉。此外，电气化可以在整个经济中减少化石燃料，这意味着扩大的清洁能源系统应被视为更广泛脱碳的关键推动力 。在此背景下，本研究探讨了欧洲符合《巴黎协定》气候目标（1.5C ）的清洁能源成本最低的途径。 越来越多的证据表明，发达经济体的电力系统可以而且应该在2030年代实现脱碳。国际能源署兼容1.5摄氏度的全球能源情景强烈建议发达经济体到2035年实现这一里程碑。因此，七国集团承诺到2035年实现“主要脱碳”电力部门的目标。 建模的清洁能源路径为未来的电力系统提出了乐观的愿景，需要政府、制造商、系统运营商和消费者采取协调行动才能实现。 2 结果表明，除了逐步淘汰化石能源对气候和健康的好处外，采取早期行动还可以在未来几十年节省数十亿的成本。到2035年实现清洁能源系统应该是到本世纪中叶实现净零大陆的可靠计划的核心。要使这一愿景成为现实，需要在本十年内大幅增加对风能和太阳能以及关键灵活性技术的投资，超出现有计划。这种动员将巩固欧盟作为气候领导者的地位，并促进欧洲经济。因此，建设一个更清洁、更大的电力系统所需的前期投资可以被视为对未来欧洲人生活质量和繁荣的首付。 现在是欧洲抓住更清洁、更便宜的能源机会的时候了。 克里斯Rosslowe博士 高级能源与气候数据分析师 2035年清洁能源 9清洁能源,70–80风能和太阳能 清洁电源为零 碳排放强度90%低于2020 不到5%的气体的产生仍有增无减 的欧洲 电力供应增加了超过50%欧洲的绿色氢需求满足 建筑安全与韧性 更灵活的电力系统提供安全供应风能和太阳能提高国内能源 促进绿色经济 €530-1.01万亿保存在避免化石燃料成本 €300-7500亿额外的经济投资 2030-亮点>85清洁能源,55–65风能和太阳能 到2035年互连翻一番的项目到位 逐步淘汰煤炭发电(<1%) 欧洲的总化石燃料的消耗减半 2025-亮点66%清洁能源,29%风能和太阳能 2025年后每年150千瓦新的风能和太阳能 2025年之后没有新的基本负载气体 从今天开始 到2035年将清洁能源系统置于欧洲向净零经济转型计划的中心 =风能和太阳能=其他清洁=化石 执行概要 在2035年欧洲清洁电力系统 到2035年，欧洲可以实现清洁电力系统; 无需超出规定计划的额外费用，也不会影响供应安全。在成本最低的途径中，风能和太阳能在这十年中迅速扩大规模，为扩展的电力系统提供了骨干。这使得更高的电气化程度，到2030年可以将欧洲的化石燃料消耗量减半。升级系统并将风能和太阳能产能增长翻两番需要额外的前期投资3000亿至7500亿欧元。 到2035年，避免化石燃料消耗将为欧洲节省约1万亿欧元，对气候、健康和能源安全产生多重好处。 该分析表明，到2035年，欧洲可以实现扩展和（~95%）清洁电力系统，而无需超出既定计划的额外费用。.电力系统中风能和太阳能的较大前期资本成本被避免的碳成本以及与新的核能和化石产能相关的避免成本所抵消。选择清洁能源路径不会造成成本损失，即使同时扩大电力供应以实现进一步电气化也是如此。 如果能够充分发挥电气化和节能的潜力，到2030年，欧洲的化石燃料消费量可能会下降50%. 在欧盟层面，这比REPowerEU计划减少了更多，尽管不是以减少化石天然气为目标。尽管如此，在减少对化石燃料的依赖成为气候的当务之急之际 ，它将大大改善欧洲的能源主权。经济和安全。 由此产生的化石燃料节省-主要通过电气化实现-可以节省欧洲至少€530-1.01万亿年到2035年。这个数字很可能 鉴于化石燃料价格居高不下，低估可能会持续下去。清洁和扩展的电力系统是更广泛的能源部门脱碳的关键推动力，以及随之而来的巨大潜在成本节约。 建立一个更大、更清洁、更便宜的电力系统 在成本最低的途径中，风能和太阳能是到2035年扩大电力供应的支柱。到2035年，这些技术将扩大到提供70-80%的发电量。为了实现这一目标，与过去十年相比，到2025年，风能和太阳能产能的年增长率必须翻两番;这是到2035年实现清洁能源部门的核心挑战。在2025-2035年期间，综合部署率应达到每年100-165吉瓦，而2010-2020年期间的年增长率为24吉瓦。有加速的迹象，2021年新增装机达到创纪录的36GW，但部署挑战很大。应对这一挑战需要缩短许可时间，并确保供应链和制造能力。在成本最低的路径中，欧洲的风力发电机队翻了两番到2035年达到800吉瓦，太阳能将扩大5-9倍，达到800-1400吉瓦。 到2035年，既定政策将仅提供所需风能和太阳能容量的45-65%。欧盟委员会此前制定的2030年目标 作为Fit-for-55套餐的一部分也不足。然而，REpowerEU计划中最近加强的提案对于缩小既定的雄心与此处提出的2035年清洁能源路径之间的差距大有帮助。虽然这令人鼓舞，但在将这一更高的雄心转化为欧洲和国家政策以及在实地部署基础设施方面仍然存在重大挑战。 尽管降低了整体能源系统成本，到2035年，建立一个以风能和太阳能为主导的清洁电力系统将需要比现有计划高出3000亿至7500亿欧元的额外前期投资。而 需要更大的前期投资，成本节约迅速实现（如上所述）。额外的投资需求以风能和太阳能为主，这需要 到2035年，比现有计划高出4600亿至7200亿欧元。这些额外的资本要求被避免对新核电容量的投资（1700亿欧元 到2035年）和有增无减的煤炭和天然气（到2035年达到1000亿欧元）。还需要进一步投资基础设施以提高系统灵活性，例如到2035年将互连翻一番，增加清洁的可调度电源，以及 部署电解槽机队供应绿色氢气。成本节约很快实现，为这些额外的前期投资提供了强有力的理由。 到2030年，煤炭必须逐步淘汰，到2035年，未减排天然气必须减少到发电量的<5%，以使欧洲的电力系统适应《巴黎协定》。对有增无减的化石产能（特别是基载天然气发电站）的计划投资目前高于清洁能源的需求 到2035年。虽然传统天然气车队在2035年之前保持平衡作用，但目前的能源计划估计提供了60吉瓦的超额基本负荷天然气资产。相反，建模显示除了2025年的预期之外，不需要调试新的基本负荷（未减少）天然气工厂。 图我:在三种建模情景中，2020-2035年间按技术划分的发电量。 通往更灵活、更可靠的电力系统的各种途径 以风能和太阳能为主的清洁和扩展的电力系统对极端天气事件具有可靠性和弹性。颗粒模型显示，到2035年，欧洲可以在不影响可靠性的情况下运行95%的清洁电力系统，并且风能和太阳能的天气依赖性，间歇性不会对电网的弹性构成威胁，即使面对不利的气候条件 。 通过各种技术组合提高系统灵活性是经济高效地整合风能和太阳能的关键，同时保持电力系统满足不断增长的需求的能力。随着电力供应转变为以风能和太阳能为主的电源，需要并行系统转型，以满足其独特的灵活性需求，并有效集成 新型电力需求。最大化系统灵活性可减少对热（气）容量的依赖。增强系统灵活性可确保在可以部署足够的风能和太阳能的情况下逐步淘汰化石资产，而不会影响系统可靠性。 充分利用需求灵活性，实现未来电力系统的经济高效运行。如果需求方的灵活性（如智能充电电动汽车和灵活的加热），电气化带来了挑战，但也带来了机遇。 泵）和电池存储，包括电动汽车携带的电池存储，可以激活。这对于太阳能的整合尤其重要，因为将需求转移几个小时可以促进需求与日照时间的一致性。这些灵活性服务还支持调峰，这是支持电网弹性和管理需求高峰增长的关键工具。 三种关键技术成为清洁能源系统灵活性的基石，在一系列时间尺度上保持系统平衡：电解槽、互连和清洁可调度发电。 到2035年，风能和太阳能产量经常超过需求，届时电解槽将过剩供应转化为绿色氢气。到2035年，电解槽机群将增长到200-400吉瓦，并提供14-27吨绿色氢，足以满足大部分估计的欧洲国内需求，同时最大限度地提高可再生能源输出的价值。REPowerEU计划大致使欧盟27国在2030年之前走上正轨，目标是超过65吉瓦的电解槽产能和1000万吨的氢气生产。如果绿色氢改为进口或离网生产，则发现~100吉瓦的较小车队 到2035年仍将为清洁能源系统提供足够的灵活性。 交换了水路当供需不匹配是地理上的时，实现系统平衡。欧洲电网成本最低的路径是，到