国际可再生能源署展望至2050年风能市场发展趋势

发布时间: 2020-03-26 13:30:07   来源:  作者:

  近日,国际可再生能源署(IRENA)发布《风能的未来:部署、投资、技术、并网和社会经济影响》报告,分析预测了未来30年全球风能市场的发展趋势。报告强调了部署风能对实现全球能源转型和气候目标的重要性,预测了到2050年风能的部署、成本、投资、技术等方面的发展趋势,并提出加速风能部署进程需建立全面的政策框架。主要内容如下:

  一、发展风能将为环境和社会发展带来极大效益

  1、风能对于全球能源转型至关重要

  IRENA的分析显示,要实现《巴黎气候协定》既定的气候目标,要求从现在到2050年期间能源相关的碳排放每年需要减少3.5%。加快可再生能源开发利用,结合深度电气化以及提高能效,可实现90%以上的能源相关碳减排量。到2050年,可再生能源在发电结构中占比将达86%,风能和太阳能将引领全球电力行业转型,届时风电将满足1/3以上(35%)的电力需求,成为主要的发电来源,风电的部署将贡献《巴黎气候协定》既定气候目标所需碳减排量的27%(近63亿吨CO2)。

  

 

  图1 不同可再生能源对于降低能源相关碳排放的贡献(单位:10亿吨/每年)

  2、风能产业发展可以带来社会经济效益

  2018年全球风电产业提供了116万个工作岗位,预计到2030年这一数字将攀升至374万人,到2050年该产业的雇员将超过600万人。但这需要全面的政策框架给予支持,特别要关注工业、劳工、金融、教育和技能政策。

  二、未来风能市场趋势

  1、未来30年内需大幅增加风电装机容量,才能实现能源转型

  风能是仅次于水力发电的领先可再生能源技术,截至2018年底,全球风电装机容量已达564 GW。而要实现气候目标,要求到2030年全球陆上风电装机容量要比2018年的水平(542 GW)增加2倍达到1787 GW,到2050年则需要增加到十倍达到5044 GW。对于海上风电,到2030年总装机容量则需要从2018年的23 GW增至228 GW,到2050年则要达到近1000 GW。

  2、风电行业需加速增长才能满足未来30年的大规模增长

  2018年全球陆上风电新增装机容量为45 GW,到2030年陆上风电装机容量年增速将接近150 GW/年,到2050年则将增至200 GW/年。海上风电增速更快,到2050年将从2018年的4.5 GW/年提升至45 GW/年。

  3、以中国为主导的亚洲地区将继续引领全球风电装机容量增长

  2018年,中国超过欧洲成为全球最大陆上风电市场,装机容量占全球约1/3。展望未来,亚洲地区(主要是中国)将继续主导陆上风电行业,到2050年亚洲装机容量将占全球装机总容量的一半以上(其中中国装机容量将超过2000 GW,印度则将超过300 GW),北美和欧洲将分别以23%和10%位列二、三位。亚洲还将主导全球海上风电装机,到2030年装机总量将达到126 GW,到2050年则将达到613 GW,其中中国到2030和2050年分别将达56 GW和382 GW。北美将是另一个新兴海上风电市场,装机容量将从目前的不到1 GW增长至2030年的近23 GW,到2050年则将进一步增至164 GW。

  

 

  图2 到2050年全球陆上风电装机容量分布(单位:GW)

  

 

  图3 到2050年全球海上风电装机容量分布(单位:GW)

  4、规模经济、更具竞争力的供应链和技术进步将继续推进风电成本的下降

  在全球范围内,陆上风电项目的全球加权平均总装机成本在未来30年将继续大幅下降,与2018年的平均1497美元/千瓦相比,到2030年陆上风电平均装机成本将下降至800-1350美元/千瓦,到2050年则将降至650-1000美元/千瓦。对于海上风电项目,全球加权平均总装机成本将在未来几十年内进一步下降,到2030年将达到1700-3200美元/千瓦,到2050年将达到1400-2800美元/千瓦。陆上风电的平准化度电成本(LCOE)已经具有与化石燃料竞争的能力,并且随着装机成本和性能的不断改善将进一步下降。到2030年,陆上风电的LCOE将从2018年的0.06美元/千瓦时下降至0.03-0.05美元/千瓦时,到2050年则将达到0.02-0.03美元/千瓦时。海上风电的LCOE已经在某些欧洲市场具有竞争力(例如在德国和荷兰实行零补贴拍卖,法国实行较低价拍卖),而在其他欧洲市场(尤其是英国)即将进入竞争市场。到2030年,海上风电将在世界其他市场中具备竞争力,其LCOE将从2018年的平均0.13美元/千瓦时降至0.05-0.09美元/千瓦时,到2050年将降至0.03-0.07美元/千瓦时。

  5、风电技术持续进步使得风力涡轮机尺寸逐渐增大,有助于装机容量的增加

  陆上风电的风力涡轮机规模将继续保持增长势头,从2018年的平均2.6 MW增加到2025年的4-5 MW。对于海上风电,目前最大的涡轮机规模约为9.5 MW,预计2025年投产的项目将包括额定功率为12 MW及以上的涡轮机,未来10-20年内将通过技术研发提高到15-20 MW。由于风力涡轮机技术改进以及轮毂高度和叶片直径增加,风机容量因子逐渐增加。就陆上风电场而言,全球加权平均容因子将从2018年的34%上升至2030年的30%-55%,到2050年则将增至32%-58%。海上风电场将取得更大进展,从2018年的平均43%增至2030年的36%-58%,到2050年增至43%-60%。

  6、风力涡轮机基座的发展是加快部署海上风电的关键因素

  浮动式风力涡轮机是一种有可能“改写规则”的技术,可以有效地利用深水域中丰富的风电资源,有助于海上风电市场的快速发展。预计到2030年,全球浮动式海上风电装机容量将达5-30 GW,到2050年浮动式海上风电将占全球海上风电装机容量的5%-15%。

  7、未来几十年加速全球风电装机容量增长需持续扩大风能投资

  到2030年,全球陆上风电年均投资需比2018年(670亿美元/年)增加一倍以上至1460亿美元/年,2030-2050年间则需达到2110亿美元/年。对于海上风电,与2018年的投资水平(194亿美元/年)相比,到2030年全球年均投资需要增加至三倍(610亿美元/年),到2050年则需增加四倍以上达到1000亿美元/年。

  8、需增加风电高比例并网的解决方案方面的研究投入

  风能和太阳能资源的波动性要求电力系统的运行方式发生重大变化,随着电力系统中波动性可再生能源占比的增加,需要采取足够的措施来保持电网的稳定性和可靠性。通过技术解决方案,如运用适当的系统灵活性措施(储能等)和对电网进行扩建和加固,以及改善市场条件和商业模式,有助于在未来电网中提升风电份额。为有效管理大规模波动性可再生能源,必须在能源系统的所有部门灵活利用能源,包括从发电到输配电系统、储能以及日益增加的灵活需求领域(需求侧管理和部门的交叉融合)。要实现整合60%的波动性可再生能源(其中35%来自风电),到2050年对电网和储能方面的投资需要比2018年水平(2970亿美元/年)增加1/4以上,达到3740亿美元/年。

  三、加速风能部署的障碍和政策框架

  1、加速部署风能面临的主要障碍

  加速部署风能将面临多方面障碍,包括:(1)技术障碍,如电网连接和集成的挑战、缺乏基础设施、技术成熟度和性能不足、恶劣的海上环境;(2)经济和市场障碍,如初始资金成本高且投资回收期长、有限的融资渠道、海上风电供应链不成熟、政策变化对收益的影响、碳排放及空气污染排放监管成本不明确;(3)监管、政策及社会障碍,如复杂/过时的监管框架、财政政策支持不足、缺乏相关标准和质量控制措施、缺乏熟练的专业人员、缺乏长期稳定的政策目标和协调良好的政策组合、风力涡轮机部件(如叶片)的运输困难;(4)环境障碍,如对海洋生物和物种的影响、景观影响、雷达干扰、噪声、土地用途、公众反对等。

  2、建立全面的政策框架

  针对上述障碍,报告提出应制定三类政策以建立全面的政策框架,包括:部署政策、融合政策和扶持政策。具体建议如下:

  (1)部署政策。主要包括如下建议:设定长期、明确和稳定的风力发电目标以吸引投资;确保政策的长期稳定;调整政策以适应不断变化的市场状况;可采取可再生能源拍卖制度;促进形成风能项目集群以降低成本;推进成本相对较低的近海项目部署;降低融资成本,不仅要考虑用于降低碳排放的经济高效部署策略,而且还应明确考虑将其作为可再生能源政策的一部分,以减轻可再生能源投资增长带来的障碍;简化审批流程,避免建设周期和交付时间过长,以及市场风险和运营风险;促进和扩大企业对风电项目的采购。

  (2)融合政策。这方面政策主要包括三种类型:系统集成政策,包括:采用系统性方法,将支持技术、市场设计、商业模式和系统运行方面的创新结合起来;支持分布式能源的部署;改善现有基础设施,并建立高压电网或超级电网将电力输送到其他地区以避免对风电的削减;通过先进的天气预报降低风力发电的不确定性。社会融合政策,从风电开发的早期阶段就吸引当地社区参与,并推广社区所有制模式。研发政策,包括建立研发策略和机构;促进竞争环境,降低能源成本,并提供有针对性的公共研发资金支持。

  (3)扶持政策。这方面政策主要包括四种类型:产业政策,包括:提升消费者意识;进行有针对性的公共投资,以支持对风能等可再生能源的使用,并创造更多的就业机会;通过本国风电产业的发展最大程度地创造价值。财政政策,包括:通过碳价和其他措施(包括绿色债券)以实现公平转型;部署可持续的金融计划和方案,以扩大财政来源,促进部门多元化,为中长期的能源转型提供资金。教育和技能政策,支持教育和技能培训,以满足风电产业所需职业和技能要求。劳动力市场与社会和环境保护政策,包括:促进就业服务(人员招聘、员工福利、在职培训等);部署社会保护措施以减轻妇女和其他弱势群体的负担;精心选择风电场地点(人口较少的地区),采用具有夜间照明和带传感器的涡轮转速控制的设备,减少并避免对生物的重大损害;以大多数利益相关者可接受的适当方式处理和管理本地影响。

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