基于需求的定价稳定了未来的电力市场

电力和天然气实践 基于需求的定价稳定了未来的电力市场 可再生能源的发展可能导致电力的可变供应-任何供过于求都可以用来加速能源转型。释放这种潜力需要所有相关人员的行动。 作者：MatthijsdeKempenaer、RobJagt、KenSomers和GodartvanGendt ©GettyImages 2024年2月 作为紧迫性为了使全球脱碳率上升，各国正在努力减少温室气体排放，主要是通过能源使用的广泛电气化。1太阳能光伏（PV）和风能等可再生能源可以帮助满足这一需求，同时减少对化石燃料的依赖。 然而，这些类型的可再生能源的间歇性会导致电力供应的变化，出现供过于求和供过于求的情况。 Thisshiftfromdispatchablepower,whichexactlymeetdemand,istransformingthedynamicthatgovernmentpowermarkets.Toreimagineamarketthatwasdesignedforacomefuelsystem,several 可以选择更新市场设计并平衡安全性，可负担性和可持续性-正如最近的文章“四个主题塑造了暴风雨的欧洲电力市场的未来”所讨论的那样。2 可再生能源装机容量的大规模建设带来了新的挑战和机遇 。有时，产生的电力将比消耗的电力多得多，通常被称为“免费电力”。3寻找使用方法，而不是减少可用功率，可以帮助加速向更广泛的电气化过渡，有助于实现 跨部门的净零目标。4利用这个 供过于求可能导致潜在的数十亿欧元供应机会。一些商业模式已经捕捉到了这一价值，但其他商业模式可能需要供应商、承购商、电网运营商和政策制定者的行动。 本文着眼于跨电力、热力和氢气的灵活需求选择的优序 ，以比较不同技术的商业案例，这些技术可以使用供过于求的 来自可再生能源发电的电力，探索各个部门的支付意愿 （参见侧栏，“在电力市场中使用绩效订单”）。绘图 本文以荷兰为例，评估了可再生能源供过于求带来的挑战和机遇，并提出了利益相关者可以采取的可能解决方案，以从可再生能源的灵活生产模式中释放这种未开发的价值 。 挑战：可再生能源容量增长带来的供需不匹配 在许多地区，可再生能源可能成为未来十年的主要电力来源，这可能导致能源供应系统的更多可变性。5 1全球能源视角2023，麦肯锡，2023年10月18日。 2MarkusSchülde，XavierVeillard和AlexanderWeiss，“塑造暴风雨欧洲电力市场未来的四个主题”，麦肯锡，2023年1月27日。 3彼得·弗雷泽，“更多的是一件好事-过剩的可再生能源是早期脱碳的机会吗？”IEA，2019年10月9日。 4可调度的电力是由可以根据需求调整其输出的源产生的（例如，可以打开和关闭水闸的水力发电）。不可调度的功率由外部因素（例如，在太阳能光伏发电 的情况下，太阳的强度）决定。当非可调度源产生超过需求时，这通常会减少（例如，作为热量耗散）。 在电力市场中使用功绩顺序 在电力市场中，择优顺序通常是指电力生产者的边际成本顺序，由此可以确定在一定千兆瓦需求下的电力价格，在这种情况下，我们创建一个择优顺序来确定哪个用例最 有利的商业案例来使用多余的电力。否则，这个命令有助于回答这个问题，“谁能为多余的电力支付最多的费用？” 5全球能源视角，2023年。 尽管这对于实现减少电力系统排放的全球目标至关重要 ，但如果没有事先考虑，它可能会导致电力每小时供应和需求的严重不匹配。到2030年，欧盟的可再生能源峰值容量 可能超过320吉瓦（GW）的平均需求三到四倍，导致电力严重供过于求。6 另一方面，需求在几天和几周内保持不变，与320吉瓦的平均值相比波动不超过50％。7在荷兰，根据目前对海上和陆上风能和太阳能光伏建设的预期，到2030年，可再生能源可以满足大约半年的基本电力需求（图表1） 。 荷兰并不是唯一一个供应高于或低于电力需求的国家。世界各国正在增加可变的，不可调度的可再生能源。8随着这些资源的增加，它们成为电力的主要来源，供过于求的时间可能会增加。 为了说明这一共同的挑战，麦肯锡比较了三种根本不同的可再生能源系统：澳大利亚新南威尔士州（NSW）电网，太阳能渗透率高；加拿大魁北克系统，依靠水电；和荷兰的风能主导系统（图表2）。 6Ibid. 7Ibid. 8Ibid. 附件1 在某一年，可再生能源的供应可能不足和过剩，随着时间的推移，供应过剩预计会增加。 2030年可再生电力供应，荷兰建模案例(说明性)GW 60可再生电力供应 说明性电力需求 50 供过于求:低电价的大型可再生能源供应提供了灵活的机会(例如， 以低价转换为电力的混合动力锅炉) 40 30 20 10 供应不足:在可再生能源供应不足的时刻需要化石燃料备份 0 注：负电价发生是根据价格低于零的日前市场计算的。 全年(月) 1年份之间气象条件的差异可能导致年份之间的供过于求差异高达约40％。基于2030年和3个天气年的预期可再生能源建设的可再生能源产量。太阳能，陆上和海上风电容量假设分别为30GW，8GW，17GW。来源：ENTSO-E透明平台；欧盟科学中心-PVGIS；NASA-MER2RA 麦肯锡公司 附件2 随着间歇性可再生能源成为主导，全球电力系统将越来越多地出现供过于求。 每年的部分间歇性可再生能源提供全部或超过基本电力需求%(范围) 水电 显性- 加拿大 太阳能发电 显性-显性- 澳大利亚 风力发电 70 65 荷兰 55 45 40 30 15 10 10 555 5 5 5 5 5 10 25 30 35 45 50 55 20232025203020352040 1指示性的。确定供过于求的时期是基于选定市场的预期每小时基量需求，太阳能光伏的预期可再生能源输出以及陆上/海上风电输出。需求排除了来自灵活来源的预期需求，如电池和电解槽。小时供应基于历史天气模式和预期的可再生能源建设。可再生能源供过于求的时期是基于多个天气年的平均值。 来源：AEMO；加拿大能源监管机构；麦肯锡能源解决方案 麦肯锡公司 到2030年，澳大利亚部分地区的太阳能光伏供应可能会出现明显的高峰，因为它成为主要的电力来源，满足或超过基荷需求（还不能重定向到其他用例）大约三分之一的时间。9在加拿大的部分地区，该系统利用可调度的水电，这意味着系统中电力供过于求的时期有限。10 在全球范围内，电力系统目前管理这些可变供应概况的能力仍然有限。随着大多数行业需求 在稳定状态下运行，变化很小，行业在很大程度上遵循基本负荷需求概况，这是由资产优化和时间- 使用电网的电力成本。1与此同时，消费者在任何时候都会继续使用电力，因为他们没有明确的动机去做其他事情。1未来，工业和消费者都可能将其基本不灵活的基本负荷从化石燃料转移到电力，以满足其供暖需求。1反过来，这将增加对电力的需求，加剧不灵活的问题。 随着向电力的转变，工业，消费者和第三方提供商可能会在需求方面采取管理措施。示例范围从家庭中的智能电子锅炉到超市中的商业冰柜，在价格低廉时过冷，或者使用热质量的系统 9“国家电力市场，数据仪表板”，澳大利亚能源市场运营商，2023年11月11日。 10“省和地区能源概况-魁北克”，加拿大能源监管机构，2023年11月11日。 11“2023年全球能源视角：工业电气化展望”，麦肯锡，2024年1月16日。 12JunDong等，“促进考虑政策激励和电力零售商行为的动态定价实施：基于前景理论的演化博弈模型”，《能源政策》，第167卷，2022年8月。 13“2023年全球能源前景：工业电气化展望”，2024年1月。 流程，以转移需求。1尽管这些措施目前具有很高的利润 ，并且是减少供需不匹配的重要杠杆，但它们目前的广泛性不足以完全解决系统中的可变性，如电价的大幅波动所表现的那样。15 为了加速能源转型，并使新建可再生能源的商业案例可行，需要解决这种供需不匹配的问题。有两个挑战需要解决。首先，如果客户的灵活性无法与供过于求相匹配 ，那么削减的电力份额可能会进一步增加，从而减少出售的电量。 其次，在当前的市场情况下，如果电力供应超过需求，电价可能会大幅下降，这将放大价格随时间的变化-在供过于求的时刻价格较低，而在供过于求的时刻价格较高。 机会：电力供过于求的潜在替代用途 可再生能源供过于求的电力可以在高供应的时刻灵活消耗 。例如，可再生能源的供过于求可以进入生产绿色氢气的电解槽，这是另一种低碳解决方案，旨在取代灰色氢气。16 替代用例可以通过在基本负载使用之上的额外电气化来加速过渡，但也具有经济价值。这种电力供过于求提供的价值因应用而异，例如热量，电力和氢气。为了使用实际案例研究来证明这一点，麦肯锡研究了荷兰 tocomparethebusinesscasefordifferentflexibleuptaketechnologies(Exhibit3).Themeritorderofthesetechnologies,frommosteconomicallyviabletoleast,isasfollows: —使电力需求与高可再生能源供应时刻保持一致。这是最 可行的选择，因为它可以节省购买高成本的电力而无需进行大量投资。一个例子是在阳光最充足的下午为电动汽车充电，而不是在电价高的早上或晚上高峰。商业案例很有吸引力，因为电子成本会显著变化，同时只需要一个小的软件更新 andnocapitalinvestment.IntheNetherlands,althoughthisisanappealoption,itspotentialimpactislimitedastheexpectedtotalload 可以在2030年左右移动的电力可以限制在1到2GW之间，而该系统在高峰时段可能面临50GW的电力供过于求。17 —利用供过于求的电力进行混合供暖和储热。与含二氧化碳税的天然气加热相比，这个属于主要天然气消费者的用例具有巨大的潜力-这是 因为需要相对较低的投资，并且它提供了高转换效率 （例如在电力供过于求的时刻运行电子锅炉或热泵 ，以及在供过于求的时刻运行天然气锅炉）。1此外，由于一些国家的热量需求很大，可以从直接加热和储热中解锁的总灵活容量非常 很大，在荷兰的情况下可能高达20吉瓦。19 14“丹佛斯智能商店ADC展示了迈向零净超市的旅程，”丹佛斯。 15“天前价格”，ENTSO-E透明平台，2023年11月；J.Clark，“美国潮湿气候下的节能超市供暖，通风和空调”，国家可再生能源实验室，2015年。 16在评估这些方案的商业案例时，该分析假设相同的成本基本面适用于所有方案-例如，天然气价格假设和电力供过于求的总成本-指出补贴或绿色溢价可以改善商业案例。 17全球能源视角2023年。 18BadshaHaque和SamLamboo，《荷兰制造业的能源效率选择》，TNO和PBL荷兰环境评估机构，2023年8月31日。 19全球能源视角2023年。 附件3 从热量到动力再到绿色氢气，灵活性选项都有明显的优点。 2030年削减电子的价值-成本观点，荷兰的模拟案例， €/MWh 持续4-8小时的可用容量，²GW 持续100小时的可用容量，²GW 不同持续时间功率的影响加热氢气 1–2 ~2 ~3 7–9 5–7 >2 >2 >2 12–16 6–8 8–12 多余电子总成本的指示范围。 100 80 60 40 20 0 –20 负载转移功率 混合供暖-天然气和热泵(<100°C) 蓄热(<100°C) 混合加热-天然气和电阻加热(>100°C) 储热 (100- 500°C) 通过HVDC 导出电缆到挪威和抽水蓄能 电力存储(电池和LDES)9 原料用氢气 氢能源（占电力需求的5%） 氢气用作热量（覆盖20％的热量需求