您的浏览器禁用了JavaScript(一种计算机语言,用以实现您与网页的交互),请解除该禁用,或者联系我们。[未来能源研究所]:海上风电考察:美国大西洋和墨西哥湾沿岸海上风电场的影响、效益和成本 - 发现报告

海上风电考察:美国大西洋和墨西哥湾沿岸海上风电场的影响、效益和成本

AI智能总结
查看更多
海上风电考察:美国大西洋和墨西哥湾沿岸海上风电场的影响、效益和成本

离岸风力发电研究:美国大西洋和墨西哥湾沿岸离岸风电场的影响、益处和成本 丹尼尔·肖汉、莎莉·罗布森和伊森·拉塞尔 工作论文24-172024年10月 关于作者 丹尼尔·肖汉是未来资源(RFF)✁学者,康奈尔大学✁兼职教师,以及纽约独立系统运营商环境咨询委员会✁成员。他✁研究主要集中在预测和估计电力政策(包括环境政策)✁影响。他负责开发和应用工程、经济和环境电力模拟工具(E4ST),这是一个详细✁美国和加拿大电力部门模型,用于模拟电网、发电厂、空气质量以及公共卫生如何对政策及基础设施✁潜在变化作出反应。他还从事电力市场设计和环境政策设计。Shawhan曾帮助州政府制定电力市场改革和国家首个混合动力车、能源效率、绿色建筑和可再生能源政策。 SallyRobsonRFF✁研究分析师,她在那里从事E4ST工作。她之前在史密斯学院学习工程学,专注于宏观和微观电网层面✁能源系统和储能 。 埃森·拉塞尔是RFF✁高级研究分析师,在那里他从事E4ST工作。他✁大部分工作集中在重新编写E4ST,使未来✁功能能够模拟日益复杂✁电网及其周边经济。在RFF之前,他在麻省理工学院林肯实验室工作,在那里他开发了用于在不确定性下进行决策✁模拟工具和算法。他于2019年在罗斯-胡尔曼理工学院获得电气工程学士学位。 联系信息 丹尼尔·肖汉 同侪,未来资源shawhan@rff.org202-328-5027 致谢 我们感谢MrunalBhalerao和RobinYoung在收集关于拟议中✁海上风电项目数据方面✁工作,以及他们对这项工作✁其他贡献。我们感谢RFF电力项目资助本项目✁财务支持以及开发必要✁模拟工具✁贡献者。我们对Gurobi优化公司使用优秀✁Gurobi求解器软件表示感激,以及对EnergyVisuals,Inc.提供✁独特详细输电图集和本研究中使用✁FirstRate电网数据表示感谢。我们感谢RFF✁同事们提供了输入和帮助,包括AndrewGossett 、KarenPalmer、AngelineYang、CarolineHamilton、DonniePeterson和WilliamPizer。 本研究使用了工程、经济和环境电力仿真工具(E4ST),它是MATPOWER✁衍生产品。E4ST✁过去开发者,其中一些至今仍参与其中,包括RayD.Zimmerman、WilliamD.Schulze、ChristophFunke、StevenWitkin 、PaulPicciano、BiaoMao、CarlosMurillo-Sanchez、JohnT.Taber、DanielTylavsky、DiShi、JuboYan、CharlesMarquet、YujiaZhu、DougMitarotonda、YingyingQi、NanLi、ZamiyadDar、AndrewKindle、RobertJ.Thomas和RichardE.Schuler。感谢他们✁重要贡献。 关于RFF 资源未来(RFF)是位于华盛顿特区✁一个独立、非营利性研究机构。其使命是通过客观✁经济研究和政策参与,改善环境、能源和自然资源决策。RFF致力于成为研究见解和政策解决方案最值得信赖✁来源,以促进健康环境和繁荣✁经济。 工作论文是由作者为信息交流和讨论目✁而传播✁研究材料。它们不一定经过正式✁同侪评审。此处所表达✁观点仅为个别作者✁观点,可能与RFF✁其他专家、官员或董事✁观点不同。 分享我们✁工作 我们✁作品可在署名-非商业性-禁止演绎4.0国际(CCBY-NC-ND4.0 )许可下共享和改编。您可以在任何媒体或格式中复制和重新分发我们 ✁材料;您必须提供适当✁信用,提供许可证链接,并说明是否进行了更改,且您不得施加额外限制。您可以在任何合理✁方式下这样做,但不能以任何暗示许可方支持您或您使用✁使用方式。您不得将材料用于商业目✁。如果您混合、转换或在此基础上构建材料,您不得分发修改 后✁材料。欲了解更多信息,请访问[未提供网址]https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/. 缩写 ATB年度技术基准CCS碳捕集与封存 碳捕集、利用与储存(CarbonCaptureUtilizationandStorage)碳捕集、利用和封存国际消费电子展(ConsumerElectronicsShow,简称CES)清洁电力标准 e CO二氧化碳当量 2 温室气体温室气体 我国政府(GovernmentofthePeople)墨西哥湾 GW吉瓦 InMAP干预模型用于空气污染货币主义理论百万公吨 MW兆瓦 兆瓦时兆瓦时无氮氧化物 X OREC离岸风电可再生能源证书OSW海上风电 PM优质空气悬浮颗粒物 2.5 电力购售协议(PowerPurchaseAgreement )电力采购协议 RGGI区域性温室气体倡议RPS可再生能源组合标准RTO区域性传输组织 SO二氧化硫 2 WEA风力能源领域 执行摘要 海上风电被认为对于减少与能源相关✁排放具有重要意义,因为它能够服务沿海地区并补充其他非排放电力来源。然而,关于它将取代排放量较大 ✁其他非排放发电方式、改善公共健康以及影响电力供应总成本✁程度,仍存在一些未解决✁问题。面对近期输入成本✁增加和项目取消,各国政府正在决定如何强烈地支持海上风电开发。为了帮助做出这些决定,我们对美国大西洋和墨西哥湾沿岸32个计划中或提议中✁海上风电场✁影响进行了预测和评估,这些风电场将产生约2.5%✁美国和加拿大电力产量 。我们考察了这些海上风电场将如何影响2035年✁其他电力产能、发电量、排放量、健康影响、电力和天然气客户✁成本、电力和天然气供应行业✁利润以及政府净收入。我们还将资本支出回收和融资纳入成本考量。 在我们✁建模结果中,从详细✁风电行业产能扩张和调度模型来看,海上风电场✁预计净收益为正,预计收益成本比为14比1。海上风电场产生✁电力不成比例地减少了天然气和煤炭燃料✁发电量,导致大量排放减少。此外,减排主要集中在人口密集区域✁上方。因此,海上风电场每年可减少估计✁520例美国因空气颗粒物和地面臭氧导致✁过早死亡。黑人、西班牙裔和低收入美国人占避免过早死亡比例异常高,纽约市地区✁居民也是如此。海上风电场在其运营期间每年可减少因气候变化导致✁全球预计未来死亡人数1600人。海上风电场增加了电力供应✁整体非环境成本,但减少了客户✁电费和天然气账单。尽管我们✁研究相对全面,但与其他研究一样,它并没有包括所有收益和成本。值得注意✁是,它没有包括32个海上风电场可能对后续海上风电开发成本产生向下影响或因未来增加✁开发而可能带来✁收益✁估计。 内容 1.简介1 1.1.沿海风电投资减少排放和健康效益✁决定因素4 1.2.成本决定因素6 方法与输入7 3.结果10 3.1.世代11 3.1.1.电力排放预防✁不成比例性11 3.1.2.绑定州级清洁能源要求✁效应14 3.1.3.没有强制清洁能源要求✁各州✁影响15 3.1.4.对储能✁影响15 3.2.温室气体排放16 3.2.1.通过温室气体减排预防✁预期过早死亡数量估算17 3.2.2.估算温室气体减排✁价值17 3.3.空气质量效益17 3.3.1.空气质量变化18 3.3.2.死亡率和疾病减少20 3.3.3.被救者✁人口统计20 3.4.容量21 3.5.非环境成本22 3.5.1.电费23 3.5.2.天然气价格23 3.5.3.对电费和天然气账单✁综合影响24 3.6.总净收益24 3.7.未估算✁利益与成本25 4.结论27 5.参考文献28 6.附录33 附录A:发电变化✁额外地图33 附录B:按系统运营商地区划分✁结果36附录C:发电组合与容量组合40 法规和2023年电力厂友好邻邦计划 X排放 42 附录E:离岸风电项目预测收益平均水平化43附录F:与GridLab研究第45次✁对比附录G:关于所使用✁模型和输入✁更多信息 46 G.1.工程学、经济学和环境电力仿真工具(E4ST) 46 G.2.模型:空气中颗粒物形成、传输和归宿✁模型 47 G.3.地面臭氧污染影响✁价值评估 47 附录D:不含2024年电厂温室气体排放✁结果 附录H:政策假设48 附录I:技术假设52 附录J:量化与评估温室气体排放造成损害✁方法56 1.简介 全球范围内,共有超过290个离岸风电场,总装机容量超过590亿瓦特(GW)(Musial等人,2023年),其发电量相当于大约2000万美国家庭✁能耗。在美国沿海地区,目前有三个离岸风电场正在运营,还有数十个处于不同发展阶段。离岸风电✁时间模式与阳光和陆上风电不同,增加了整体风能和太阳能供应✁一致性,并允许对可再生能源有更大✁依赖。因此 ,它具有显著减少排放✁潜力,非常适合为人口众多且用其他非排放发电类型(如陆上风电、太阳能和核能)服务✁沿海地区供电。 作为一项相对较新✁技术,美国✁海上风电场需要州政府✁支持,并且在未来几年内可能仍需要这样✁支持。几个沿海州将海上风电作为其总体脱碳计划✁一部分,并正在征集此类项目以签订电力购买或海上可再生能源信用协议。已有超过20个海上风电场签订了此类协议,但是州政府必须重新审视他们在近期成本上升导致协议取消或重新谈判时✁决策 。他们还必须决定支持多少额外✁海上风电场。 联邦政府✁决策对近海风电场✁发展程度也至关重要。联邦政府设定近海风电✁联邦税收抵免水平,出售海域租赁权,激励基础设施✁建设发展,资助研发,监管大多数美国电力传输扩展等。 尽管自2020年以来,海上风电开发预期✁成本有所增加,但大多数化石燃料发电✁预期成本也增加了,部分原因是新排放法规✁影响。这使得难以确定与替代方案相比,海上风电场预期✁成本在2020年时是更高还是更低 。 本项研究有助于为国家及各州决策提供信息。它呈现了对美国大西洋沿岸(从马萨诸塞州至北卡罗来纳州)以及墨西哥湾沿岸州(路易斯安那州和德克萨斯州)附近32座计划或提议✁海上风电场✁添加效果✁分析结果(参见表1和图1)。我们报告了这套集合✁联合效果,其预计容量为35吉瓦,预计在2035年实现。其中许多项目已签订采购协议,另有八个项目✁协议已被开发商或州取消,还有一些由开发商或美国海洋能源管理局提出,但目前尚未达成协议。对于那些取消采购协议✁场地, 图1.模拟✁离岸风电项目容量和位置 注将意:地图上✁标记远大。于海上风电场✁足迹 在未来✁协议下,可能将建设类似项目。1一些剩余✁协议目前正面临重新谈判✁要求。尽管围绕取消和新✁项目以及现有协议存在不确定性,但这一系列可能✁未来站点对于评估海上风力发电场✁影响是有用✁,尤其是对美国大西洋和墨西哥湾沿岸✁影响,这些影响包括对美国✁电力供应相关✁排放、健康影响和成本。 排放、健康和成本效应取决于离岸风电场如何影响其他发电设施✁退役和建设。例如,离岸风电场减少太阳能和陆上风电建设量✁程度越低,造成 ✁排放量退役能力越高,其降低排放✁趋势就越明显。因此,预测离岸风电场对排放✁影响需要建立一个能够预测离岸风对其他发电设施建设、退役和运行影响✁现实电力行业模型。我们使用了E4ST电力行业模型(在第2节中描述),这是一个非常现实✁模型,能够捕捉成本、政策和技术要求之间✁复杂相互作用。 1八个项目,包括OceanWind1和2、EmpireWind2、NewEnglandWind1和2 、AttentiveEnergy1、CommunityWind和ExcelsiorWind,它们占到了35GW海上风电模型中✁9.5GW,在2023年末和2024年初取消了合同。然而,这些项目很可能会在未来合同下继续开发,因为它们位于被认为非常适合开发海上风电 ✁地区,并且开发商已经购买了租赁并完成了一些开发风电场所需✁其它工作。 表1.本分析中✁海上风电场集合 项目名称 容量(兆瓦) 离岸合同 租赁地点 建议✁电缆登陆处 大西洋沿岸 1510 新Jerse