我们在上一篇文章中介绍了Agora Energiewende关于低碳发电技术成本比较的案例研究，基本结论是：主要依据德国和英国的公开电力数据，在独立发电成本方面，太阳能光伏和风电要 显著优于应用CCS技术的火电和以英国HPC为代表的核电。比较不同低碳发电技术的成本，除了对独立发电成本比较，还须考察在一个电力系统中（将备用负 荷、电网接入等重要因素考虑在内），不同发电技术的成本差异。Agora案例研究报告的第二部分回答了这个问题，本文将在这里着重介绍电力系统成本比较。

在第一个选项（核能和天然气）中，有两个可供分派的发电技术，即在中高负载时使用天然气。与之相反，在第二个选项中需要在风能和太阳能光伏之中解决发电分 派问题。由于这些发电厂无法保证在每个时间点都保持充足的发电量，因此在第二个选项中需要更多的备用电力来确保电力的安全供应。联合循环燃气发电厂 （CCGT）用于中等负载，而开放循环燃气涡轮发电厂（OCGT）用于高负载。

发电系统成本分析:纳入考虑的两种能源系统

对两种不同的能源系统组合的年度成本进行比较需要涵盖提供充足能量（MWh）的成本和在任何时刻提供充足电力（MW）的成本。因此，此处列入考虑的每个系 统需要遵循标准为1GW的真实德国负载曲线，即最小负载0.6GW，最大负载1.4GW，平均负载1GW。第一个系统组合包括可再生能源（陆上风电和太阳 能光伏）和天然气（CCGT和OCGT）。第二个系统组合包括核能和天然气（CCGT）。两个系统的设计特点为 50 %的电力分别由可再生能源或核能提供。剩余的50%电力由天然气发电厂提供。因为在两个系统中，相同的电量都是从天然气发电厂产生，发电所产生的碳排放可 以被认为是相同的[1]；因此，未来天然气和碳价格的成本对两个系统产生的影响应该是一致的，也就是说，该评估对这些价格的变化并不敏感。 此处的分析内容仅限于发电成本和备用电力成本。电网扩张的成本并不在考虑范围内，因为其十分依赖于特定情况下基础设施的状况。它对成本可能产生的影响将在本文最后一部分进行讨论。

图1: 两种系统组合下每小时能源生产比较

图1显示了两个能源替代系统在一周内产能的样本。在这两个系统中，天然气发电厂承担了可再生能源或核能未覆盖的剩余负载。左图中，天然气发电厂平衡了剩余负载的变化，而在右图中，天然气发电厂弥补了电力需求的变化。 报告分析的基础是德国的历史负载曲线，以及由Fraunhofer IWES进行的陆上风电和太阳能光伏发电的详细模型[2]。

发电系统成本分析:装机容量和年发电量

纳入考虑的两个系统都使用了不同的发电厂来保证安全覆盖电力需求。第一个系统的装机容量为陆上风电和太阳能光伏发电各占1.25GW。风能满负载小时数为 2497，而太阳能光伏为1016，可再生能源的总发电量为4391GWh，其中69GWh需要被削减。在第二个系统中，核能的装机容量约为0.5GW， 略低于基准年的最小负载。由于需要定期维护，核电厂每年运转仅7500小时。因此实际装机容量必须超过0.5GW，达到0.584GW，这使得核能每年发 电量达到4380GWh。 为了平衡剩余负载，两个系统都使用了天然气发电。天然气需要的发电量由两个系统的最大小时剩余负载技术得出。如下图（左图）所示，天然气所需装机量在可再生能源系统中为1.48GW，而在核能系统中为0.9GW，足够覆盖整个高峰负载。 可再生能源和天然气的总装机容量达到了3.98GW。核能和天然气的总装机容量为1.48GW。两个系统拥有同样的分派发电能力（1.48GW），以确保 在任何时间点上平衡电能的消耗和产生。总体上，可再生能源和天然气系统的装机容量比核能和天然气的装机容量高出1.7倍。

图2: 电力装机和电力生产年度比较

图2（右图）比较了两个系统的年发电量。两个系统每年都产生了8760GWh电量，其中50%由天然气发电厂提供。 在可再生能源和天然气系统中，风能提供了35%的年发电量，而太阳能光伏发电占到了14%。大约49% 的电量由天然气CCGT提供，而1%的电量由OCGT提供。OCGT每年的利用率只有289小时。在总可变电力中超出负载需要削减的部分为69GW，占到 总电量的0.8%。核能和天然气系统年发电量的50%来自核能，剩余电力来自CCGT。 综合来看，第一个系统中的风能和太阳能发电量等同于第二个系统中核能的发电量。两个系统中天然气发电量相同。

发电系统成本分析：发电系统年度成本

报告分析的最后部分是评估两个系统每年的系统成本，包括能源生产和安全供应的成本。 如图3所示，在可再生能源和天然气的系统中，陆上风电（1.75亿欧元，€2013，下同）和太阳能光伏（0.93亿欧元）占到年度系统成本的40%。而 根据图2，其发电量占到了年发电量的50%。这包括了对可再生能源削减部分（69GW）的入网款项，与目前德国法律相一致。加上天然气CCGT（3.83 亿欧元）和OCGT（0.28亿欧元），该系统最终的年度成本为6.79亿欧元。

图3: 两个系统年成本比较

核能和天然气系统的年度系统成本预计为，核能部分4.91亿欧元，天然气CCGT部分，为3.66亿欧元，总计8.57亿欧元。 在高度依赖可再生能源的系统中，天然气发电厂的成本中有很大一部分是为了提供备用电力而产生的额外成本。与核能系统相比，产生同样电力所需成本高出了 0.45亿欧元。这种成本差异反映了对天然气附加安全备用电力的需求。然而在剩余50%的电力中，可再生能源发电要比和核能发电便宜2.33亿欧元。因此 抵消了之前天然气发电多出的0.45亿欧元成本。总体而言，基于目前的可再生能源成本，可再生能源系统要比核能系统成本要低20%左右。 通过Agora的这份报告[3]，我们看到风电和太阳能光伏发电不仅从发电技术本身来说，其电价成本水平要低于核电；而且考虑发电系统后的成本比较也显示出风电和太阳能光伏发电的明显成本优势。

尾注：

[1]系统成本分析中并未包括CCS发电选项，Agora认为2020年前，欧洲尚不会有规模化CCS商业实践。

[2]Cost Optimal Expansion of Renewables in Germany: A comparison of strategies for expanding wind and solar power in Germany, Consentec, Fraunhofer IWES, 2013, Agora Energiewende, Summary for decision-makers,http://www.agora-energiewende.org/service/publikationen/publikation/pub-action/show/pub-title/cost-optimal-expansion-of-renewables-in-germanysummary-for-decision-makers/

[3]报告原文下载地址：Comparing the Cost of Low-Carbon Technologies: What is the Cheapest Option?http://www.agora-energiewende.de/fileadmin/Projekte/2014/low-carbon-technologies/Agora_Analysis_Decarbonisationtechnologies_web_final.pdf

作者：赵昂 、喻天晔  /  校对：林佳乔