美国的热电发电(如天然气、煤炭、石油、核能)占该国用水量的 41%,即每天 5000 亿升(1300 亿加仑/天 [Bgal/天])。这些用水需求大部分来自冷却系统,用于在水流之间传递热量。许多较旧的热电厂使用直流冷却,其中水一次性通过主冷凝器以去除废热。1 也有蒸发冷却方案,虽然消耗大量水,但所需的取水量远少于直流冷却系统。由于许多地区(例如加利福尼亚州)的现行法规,现在正在淘汰采用直流冷却方案的设施。2,3 可再生能源使用的水量要少得多。发电厂的主要水源是淡水地表水,但有些发电厂利用当地的机会,如市政饮用水、市政废水、地下水、海水和现场回收水。
目前,能源系统主要由两个基本独立、价值数万亿美元的载体系统主导——电力和化石燃料。在美国,目前大约 40% 的能源通过电力传输,60% 通过燃料传输。燃料是具有高能量密度的化学能源载体,通过管道、卡车、铁路或轮船运输,如今几乎完全基于化石燃料,例如天然气或原油。这些系统利用数百万英里的管道、重要的石化制造基地,并为全球用户网络提供服务,包括车辆、工业流程和建筑供暖。从更远的角度来看,天然气是美国最大的电力能源,在该国所有能源中仅次于石油。虽然关于电力和化学能源载体在脱碳经济中的相对作用仍存在许多疑问,但有两点似乎很清楚:(1)化石燃料作为能源和载体的使用将减少,尽管可能不会降至零;(2)使用可再生能源生产的“人造”化学能源载体(如氢气)的使用将增加。在考虑人造化学能源载体的潜力(例如使用氢气代替天然气)时,必须详细说明能源和载体之间的区别。天然气既是能源的来源,也是能源的载体。相比之下,氢气需要能源(例如可再生能源,如风能)来制造氢气,然后可以将其用作能源载体。
执行摘要 2021 年 3 月 29 日,拜登政府宣布了一项国家目标,即到 2030 年部署 30 吉瓦 (GW) 的海上风电容量(白宫 2021a)。在确定 30 吉瓦目标的同时,美国能源部能源效率和可再生能源办公室下属的风能技术办公室与国家可再生能源实验室合作,分析 30 吉瓦海上风电对决策者感兴趣的指标的影响。这项分析是在政府更广泛的气候目标的背景下进行的,即到 2035 年实现无碳电网,并考虑到 2050 年通过其他终端使用部门的电气化进一步实现脱碳;它没有明确模拟政府的 2050 年净零经济目标。我们的分析独立于政府制定目标的工作 它旨在说明实现该目标的潜在影响。
ALI Q. AL-SHETWI1、MA HANNAN2、(IEEE 高级会员)、MAJID A. ABDULLAH3、(IEEE 会员)、MSA RAHMAN2、PIN JERN KER4、(IEEE 会员)、AMMAR A. ALKAHTANI2、(IEEE 会员)、TM INDRA MAHLIA5 和 KM MUTTAQI6、(IEEE 高级会员)1 法赫德·本·苏丹大学电气工程系,塔布克 47721,沙特阿拉伯 2 国家能源大学电力工程系,加影 43000,马来西亚 3 哈夫尔·巴廷大学哈夫尔·巴廷社区学院,哈法尔·巴廷 39524,沙特阿拉伯 4 国家能源大学可持续能源研究所,加影 43000,马来西亚 5 悉尼科技大学信息、系统与建模学院,澳大利亚新南威尔士州 Ultimo 2007 6 澳大利亚新南威尔士州伍伦贡大学电气、计算机与电信工程学院 2522
致谢 我们想感谢整个存储未来研究团队以及美国能源部 (DOE) 战略分析办公室同事对本文做出的贡献。这些贡献者包括国家可再生能源实验室 (NREL) 的 Chad Augustine、Ben Sigrin、Kevin McCabe 和 Ashreeta Prasanna 以及 DOE 的 Kara Podkaminer。我们还要感谢其他 NREL 员工的反馈和贡献,包括 Chad Hunter、Evan Reznicek、Michael Penev、Greg Stark、Vignesh Ramasamy、David Feldman 和 Trieu Mai。我们还要感谢技术审查委员会的意见,包括 Doug Arent (NREL/主席)、Paul Albertus、Ines Azevedo、Ryan Wiser、Susan Babinec、Aaron Bloom、Chris Namovicz、Arvind Jaggi、Keith Parks、Kiran Kumaraswamy、Granger Morgan、Cara Marcy、Vincent Sprenkle、Oliver Schmidt、David Rosner、John Gavan 和 Howard Gruenspecht。最后,来自 DOE 的各位技术专家也提出了其他想法和建议,包括 Paul Spitsen、Kathryn Jackson、Neha Rustagi、Marc Melaina、Andrew Dawson、Adria Brooks、Sam Baldwin 和 Sarah Garman。
即使全球电气化率从 2010 年的 83% 上升到 2017 年的 89%,撒哈拉以南非洲地区仍有约 5.73 亿人无法获得足够的电力。可持续发展目标 (SDG) 7 呼吁采取行动,到 2030 年“确保人人都能获得负担得起、可靠、可持续的现代能源”。据估计,到 2030 年,实现撒哈拉以南非洲地区普遍用电需要每年投资 300 至 550 亿美元。电力供应,特别是在农村和偏远地区,本质上是一项挑战,而且需要大量资源。虽然大型互联电网旨在利用规模经济、配电效率和成本最优的发电站,但它们也需要大量的前期投资。在将需求未经证实且消费密度低的农村和偏远地区连接到集中式电网时,这些投资很难证明其合理性。这些地区最适合使用微电网等分散式系统。世界银行已将微电网定义为“为偏远地区少数用户提供电力或为城镇数十万用户提供电力的发电和配电系统。它们可以完全独立于主电网,也可以与主电网相连,但可以有意将自己与电网隔离(“孤岛”)。”
摘要 要可靠地实现美国电力部门的深度脱碳,候选政策必须在一系列可能的未来需求、化石燃料价格以及新风能和太阳能发电能力价格轨迹中表现稳健。使用 NREL ReEDS 模型的修改版本,该模型涵盖了不同需求、燃料价格和技术成本轨迹的情景,我们发现一些最近提出的政策可以在 2035 年前实现 80% 或更多的脱碳(相对于 2005 年的排放量),但许多政策都做不到。两项稳健成功的政策是可交易绩效标准 (TPS) 和混合清洁电力标准 (CES),后者具有 100% 清洁目标、部分天然气发电信用和 40 美元/公吨二氧化碳替代合规支付 (ACP) 支持。这两项政策的成本效益几乎与排放当量效率政策一样高。40 美元的碳税几乎实现了稳健的 80% 门槛,并且在大多数情况下推动了深度脱碳。 90% CES(不计入部分抵免)无法实现 2035 年的强劲脱碳,因为它不需要将煤炭从系统中淘汰。简单地延长即将到期的可再生能源税收抵免,在大多数情况下无法实现显著的脱碳,依赖绿色倾向州的雄心壮志也无法实现。关键词:清洁电力标准、碳税、可再生税收抵免、气候目标 JEL 代码:H23、Q48、Q54、Q58 致谢:我们感谢 Matt Kotchen 提供的有益评论。
观点 本报告是两部分系列报告的第一部分,代表了国家可再生能源实验室 (NREL) 与泰米尔纳德邦发电配电有限公司 (TANGEDCO) 和泰米尔纳德邦输电有限公司 (TANTRANSCO) 在电力行业规划方面长达一年的合作。这份《2020-2030 年泰米尔纳德邦电力行业路径》报告概述了 NREL 与 TANGEDCO 电力行业规划部门合作开发州电力系统模型并评估系统演变的多种情景,考虑到资源限制、技术成本和电力行业政策。由 TANGEDCO 领导层、开发商、监管者和来自泰米尔纳德邦电力行业社区的研究人员组成的广泛利益相关者小组帮助指导了研究的主要目标并向研究团队提供了技术反馈。这项工作的成果包括到 2030 年电力行业增长的多种路径和泰米尔纳德邦电力系统的强大模型,可用于持续分析新政策、法规或系统变化的影响。本系列的第二份报告将以批量系统分析为基础,重点关注该州快速转型的配电网络。该报告将概述 NREL 和 TANGEDCO 配电公司开发的框架,以快速准确地分析将可再生能源 (RE) 整合到泰米尔纳德邦配电系统的影响。这些研究共同帮助泰米尔纳德邦为快速转型的电力系统做好准备。
该指标将跟踪具有明确任务的行业机构的重建情况。关键里程碑包括 (a) 适应新的 ESI 机构组织结构(已实现);(ii) 建立索马里兰能源监管委员会和 FGS 国家电力局(已实现);(iii) 颁布 FGS 电力法/法案(已实现);(iv) 颁发发电、输电和配电业务许可证。