灵活性的力量：通过混合水电解决方案促进能源转型

授权公开披露灵活性的力量 利用混合水电解决方案促进能源转型 技术技术报告报告 灵活性的力量 利用混合水电解决方案促进能源转型 本研究、解释和结论并不代表世界银行、其执行董事会或其所代表的政府的观点。世界银行不对本研究中包含的数据准确性提供保证。本研究中地图上的边界、颜色、面值和其他信息均不反映世界银行对任何领土法律地位的意见，也不表示世界银行对这些边界的认可或接受。本文件不应被视为或被解读为限制或放弃世界银行特权和豁免权的依据，所有这些特权和豁免权均明确保留。 © 2024 March|国际复兴开发银行 / 世界银行西北 H 街 1818 号 | 华盛顿特区 20433 202 -473 - 1000 |www. worldbank. org 权限和权限 这项工作可在知识共享署名 3.0 IGO 许可证下获得 (CC BY 3.0 IGO)http: / / creativecommons. org / licenses / by / 3.0 / igo在Creative Commons Attribution许可下，您可以自由地复制、分发、传输和改编这项作品，包括用于商业目的，但必须遵守以下条件： 归因 - 布鲁内斯、本特、哈比、阿特尔和霍尔格里姆斯多蒂尔 ， 艾琳 ， 2024 年。灵活性的力量 ： 利用混合水电解决方案促进能源转型。 ESMAP 论文。华盛顿特区 ： 世界银行。 翻译—如果此作品的翻译由您进行，请添加以下声明并注明版权：本翻译并非世界银行创作，并不应被视为世界银行的官方翻译。世界银行不对本翻译中的任何内容或错误承担责任。 适应—如果对本作品进行改编，请附上以下声明和版权说明：此内容为世界银行原始作品的改编。改编中的观点和意见仅由改编作品的作者或作者负责，并不代表世界银行的观点。 第三方内容—世界银行不一定拥有作品中所包含内容的每个组成部分。因此，世界银行不保证使用任何第三方拥有的个别组成部分或部分不会侵犯第三方的权利。由于此类侵权而产生的索赔风险完全由您承担。如果您希望重新使用作品的某个组成部分，确定是否需要获得该重新使用的许可并从版权持有人处获得许可的责任在于您。此类组成部分的例子可以包括但不限于表格、图表或图像。 所有关于权利和许可的问题应 addressed to World Bank Publications, The World Bank, 1818 H Street NW, Washington,DC 20433, USA; e-mail:pubrights @ worldbank. org. 生产信用 封面照片:© Thierry Dosogne / GettyImages设计:Sergio Moreno ， 世界银行集团编辑:Fayre Makeig 照片信用 p. X© AndreyPS / iStock - GettyImagesp. xvi © mauvries / Adobe Stock p. xviii © AlpinSolar2024 p.7© Greenkop.9© MarcoMarchi / iStock - GettyImagesp.10© AscentXmedia / GettyImagesp.17© Crovik Media / Shutterstockp.18© maphke / Shutterstockp.20© Multiconsult - Mt. Coffee Liberiap.24© 世界银行 - 大 Dixence 大坝p.28© Bobby Rahe - / unsplash p.30© Reinhold Schrank / GettyImagesp.36© Shannon _ Fagan / GettyImagesp.39© DanielALeifheit / GettyImagesp.40© Yalcin Sonat / Shutterstockp.42© Vixit / Shutterstockp.46© Westend61 / GettyImagesp.48© Volle Auflolesungp.49© KumarNigam / GettyImagesp.51© artpartner images / iStock - GettyImagesp.56© Deborah Lee Rossiter / Shutterstock 目录 缩写 viii关键消息 xiAcknowledgements ix执行摘要 xiii 1. Introduction1混合水电设施2预期受众8 2. 不断发展的电力系统 11集成可变可再生能源11电力系统灵活性的重要作用14 3. 解锁水电混合动力技术 19掌握能源控制22快速响应水电23电力电子和逆变器25 4. 提升储能 27 水库储能27抽水蓄能水电28电化学储存 (电池)29飞轮31压缩空气和液态空气31 能源生产33利用混合操作和控制系统的协同作用37 5. 探索混合动力设施的好处和挑战 43 加强能源安全43利用水电混合动力的好处46与气候 ， 环境和社会的微妙互动50 6. 促进能源服务 57 词汇表 69参考文献 61照片学分 72附件 1 水电 67 BOXES Box 1.1电力系统中水电混合的替代方案5Box 1.2Pinnapuram 综合可再生能源项目6方框 2.1 市场指标13Box 3.1能力20Box 3.2削减作为灵活性提供商22Box 3.3利用变速涡轮机和电力电子设备实现高灵活性24Box 3.4贝丝改善了 vogelgr ü n 的能源控制25Box 3.5Kambarata - 1 水电站28Box 3.6加那利群岛 el Hierro 的风力抽水水电站30Box 3.7可再生混合动力系统 ： 科迪亚克32Box 3.8Dunkelflaute - “黑暗静止 ”36Box 3.9通过混合水电解决方案改变 Kaua 'i 的能源格局39方框 3.10 更灵活的操作可能会导致容量系数降低40Box 4.1龙羊峡混合水电设施45Box 4.2阿尔巴尼亚开创性混合动力设施46Box 4.3印度捆绑可再生能源49Box 4.4结合风能和水力发电的混合动力车的环境和社会考虑因素51Box 4.5结合水电和浮动太阳能光伏的混合动力的环境和社会考虑因素52 Figures 图 1.1 电力系统灵活性的混合系统能源服务2图 1.2 混合水电设施示意图3图 2.1 随着 VRE 份额的增加 ， 对电力系统灵活性的需求12图 2.2 电力系统灵活性指标及其在可靠和弹性电力系统中的意义14图 3.1 能源服务、选定技术、时间尺度和电力系统灵活性之间的关系21图 3.2 天气相关可再生资源的主要特征34图 3.3 水和太阳能资源的季节性说明35图 3.4 全天可再生能源输出可用性示意图38 图 4.1 通过能源服务加强能源安全44图 4.2 可再生能源排放的生命周期温室气体50图 4.3 水电混合动力可以为实现可持续发展目标做出贡献55图 5.1 可再生能源集成指标58图 5.2 价值调整后的电力平准化成本59 TABLES 表 1.1 混合水电系统的目标4表 2.1 按时间刻度划分的 VRE 发电给电力系统带来的典型挑战16 缩写 除非另有说明 ， 否则所有货币均为美元(US $， USD) 。电池储能系统BESS压缩空气储能CAES能源部门管理援助计划ESMAP储能系统ESS公司和可调度可再生能源FDRE浮式太阳能光伏FPV温室气体GHG吉瓦特GW千兆瓦时GWh水电厂HPP国际能源署IEA国际水电协会IHA综合可再生能源项目IREP考阿岛公用事业合作社KIUC液态空气储能LAES平整化的电力成本LCOE兆瓦MW兆瓦时MWh抽水蓄能水电PSH光伏PV河流ROR可持续发展目标SDG太瓦时TWh美国能源部美国 DOE经价值调整的电力平准化成本VALCOE可变可再生能源VREWest Kaua 'i 能源项目WKEP Acknowledgements 这份报告由世界银行能源部门管理援助计划（ESMAP）编制，是一项由Elín Hallgrímsdottir（高级能源专家）领导的任务团队完成的工作。报告由Bente Brunes和Atle Harby（高级水电顾问）执笔。任务团队得到了Chandrasekar Govindarajalu和Fanny Missfeldt-Ringius（ESMAP实践经理）的宝贵指导。 该团队向同行评审专家Mats Johan Rikard Liden、Arthur Kochnakyan和Fanny Kathinka Missfeldt-Ringius（首席能源专家）、Alan David Lee和Bertrand Francois Maurice Mayeur（高级能源专家）表示衷心的感谢，感谢他们提供的宝贵反馈和意见。该团队还向ESMAP通讯团队表示感谢，特别是Lucie Blyth、Marjorie Araya和Heather Austin，感谢他们在整个过程中提供的 invaluable支持。 报告得益于Surbhi Goyal、Zuzana Dobrotkova、Bjarne Børresen、Stanislas Merlet和Stephanie Pinnington提供的见解，并得到了奥地利、冰岛、挪威和瑞士政府的支持融资。 ESMAP 是之间的合作伙伴关系世界银行and over20 个合作伙伴为了帮助低收入和中等收入国家通过可持续能源解决方案减少贫困并促进经济增长，ESMAP的分析和咨询服务完全整合到了世界银行在能源领域的国家融资和政策对话中。通过世界银行，ESMAP致力于加速所需的能源转型，以实现这一目标。可持续发展目标 7确保所有人获得负担得起、可靠、可持续和现代化的能源。它有助于塑造世界银行的战略和项目，以实现这一目标。世界银行气候变化行动计划目标。 关键信息 扩大并维持可变可再生能源（VRE）的高份额需要设施不仅能够发电，还能够提供其他服务。能源服务提高电力系统的可靠性和可靠性。这为探索水力发电混合系统如何利用水力发电的独特能力来利用可变可再生能源（VRE）和储能的互补性和运营协同效应提供了动力，以提供增强电力系统灵活性的能量服务。本报告旨在寻找最具潜力的解决方案，将水力发电混合系统定义为一种集成多种技术并在同一地点或虚拟环境中通过一个联合运行和控制系统进行管理的设施。尽管水力发电混合系统数量不多，但已有多个项目正在筹备中。中国已投入运营两个大型设施，印度则有一个正在建设中。 推进能源转型需要建设能够提供能源服务的水电混合动力。水力发电混合系统通过利用单个技术的潜力以及技术结合后产生的协同效应，增加了电力系统的灵活性，能够提供掌握能源控制、增强能源存储和增加能源生成的能力。 •掌握能源控制通过利用能够迅速平衡来自工厂本身或电力系统中的干扰的技术，每秒每分钟实现稳定平衡。 •储能得到提升通过在需求低或资源充足时利用存储捕捉过剩能源——平衡小时、日、周、季节和年能源的供应与需求。 •能源生产是安全的通过利用互补性及多种可再生能源来源确保能源供应并增加冗余度。 水电混合动力促进可持续资源利用 ， 带来广泛的好处 ： •加强能源安全。能源安全有助于减少国家对供应中断的脆弱性，这可能产生重大的经济和地缘政治后果（Banna等，2023）。 •创建多个收入流。水力发电混合系统利用多种来源产生更多的电能。它们还能提供能源服务（在某些市场中已获得补偿），例如灌溉和供水，并可以创造第三条收入渠道。 •储存能量供以后使用通过使用多余的电力来抽水或优先发电来节省水库的水。 在同一地块上建设混合水电设施并利用相同的电网连接点可能带来额外的好处： •电力传输成本降低作为具有单一注入点的混合水电，在峰值功率输出小于独立电站组合峰值或多余发电量转移到存储