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《德国VDE的研究发现蓄电池动车组比氢能源动车组购买和运行成本低35%》

  • 来源专题：可再生能源
  • 编译者： pengh
  • 发布时间：2020-11-23

  • 一项针对蓄电池电力动车组（BEMU）和氢能源电力动车组（HEMU）替代柴油动车组的成本效益研究表明，与等量的氢燃料电池相比，蓄电池电力动车组的购买和运行成本可节省多达5900万欧元（35％）。
    此外，在30年的工作寿命中，能源成本和燃料蓄电池的多次更换意味着氢动力列车的使用成本也要高于其替换的柴油动力列车。
    该报告由德国政府资助的电气、电子和信息技术（VDE）电气标准与研究协会发布，并委托其为负责地区运营招标的德国16个联邦州政府提供建议。
    但是，该研究假设仅使用通过可再生能源发电电解产生的“绿色”氢气。实际上，在某些情况下，会使用价格更便宜的所谓的“灰氢”，它是化学和石油工业的副产品。
    该研究还假设氢比电贵，因为首先需要电来产生氢。但事实可能并非如此，因为与大多数地区白天列车运行所用的电相比，由于需求低得多，夜间生产氢气所用的电可能会便宜得多。
    这项研究是使用以北莱茵-威斯特法伦州迪伦（Düren）为中心的区域网络作为案例研究进行的，计算还综合考虑了诸如能源使用、列车速度和时刻等因素。
    目前，除了迪伦站附近铁路网络，周边网络还没有实现电气化，但是该研究对2026年该网络的计划状况进行了分析建模，未来从该镇辐射出的三条线路中的两条将实现电气化。
    该报告还发现，常规运行采用蓄电池电力动车组的情况正在迅速增加，目前3120万公里的德国铁路已完全为蓄电池电力动车组运行签约或招标。相比之下，氢动力列车仅占520万公里，仅限于下萨克森州和黑森州的两份合同，这两份合同均使用阿尔斯通iLINT列车。
    德国已承诺到2050年取消柴油动力列车，预计从2025年起不再订购柴油动车组。但是，仍有2.329亿公里的路程是柴油动车组在运行服务。

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相关报告

  • 《美国科学家发现更为优质的蓄粪池掩蔽物》
    • 来源专题：农业科技前沿与政策咨询快报
    • 编译者：田儒雅
    • 发布时间：2017-11-28
    • 粪便是有用的肥料，将其中有价值的氮、磷和钾转化到土壤中，可助力庄稼生长。但是，粪便处理也是饲养家畜时必须面对的现实问题。其气味令人厌恶，同时也存在气体排放、养分流失、可能造成水污染等问题。家畜无时无刻不在产出粪便，转移粪便需要把握好时机。因此，把粪便转移到农田应根据植物营养需要、土壤潮湿程度和温度等条件计算好时间。 那么农民该如何解决时效性等问题呢？城市的下水道和水处理系统负责解决人类的排泄物，农场的蓄粪池可以储存粪便直到时机成熟，这解决了时效性和粪便转移的问题。但是蓄粪池的气味问题怎么解决呢？除了气味不方便处理之外，粪便排出的气体还会造成大气污染和气候变化，甲烷、一氧化二氮、氨气和硫化氢就是例子。 美国科学家布赖恩·多尔蒂（Brian Dougherty）和他的同事们研究了很多方法来减少这些负面影响，生物炭覆盖是目前可行的一种方式。生物炭是一种植物物质，它是稻草、木质物残体或是玉米秸秆等，在低氧至无氧的环境下加热到高温，产出的一种黑色富含碳的类似于木炭的物质。生物炭就像海绵，里面有着大量孔隙空间结构。它的外表也许看起来很小，但是里面空间却很大。几盎司（1盎司约等于0.028千克——编者注）生物炭的内部空间就能和一个足球场一样大，所以它有很大的潜在空间容纳水和营养物质。除了隐藏的存贮能力，生物炭的表面往往具有化学物质负载能力，这样生物炭就能吸附并保存氮、磷、钾离子、金属和其他复合物。生物炭还可以漂浮，这一属性意味着它可以在水表面收集气体。 为了证明生物炭的养分吸附能力，科学家研究了两种不同营养水平的液态肥料，还研究了在不同温度下制作的两种生物炭。实验证明生物炭多少有点易变，在不同温度下会呈现出不同的特性。研究还发现，生物炭从肥料营养成分高度集中的地方汲取的营养最多。这是因为，生物炭会汲取它可以汲取的一切，所以接触的养分越多，它的汲取潜力也就越大。 为了探索生物炭能否解决蓄粪池的气体排放问题，科学家们还测量了每个粪桶顶端的氨。氨和硫酸盐是肥料气体排放的主要来源。实验证明，经过冷却处理的生物炭吸附效果最好，能将氨气减少72%～80%。但是由于它能更好地漂浮而且往往能防水，因此它在吸收并吸附营养方面比加热过的生物炭效果要差。 同时，掩蔽物的研究没能避开一个明显的问题，即生物炭或是秸秆能更好地改善气味散发吗？人类的鼻子自然知道答案，因此多尔蒂招聘了一组裁判。尽管天气会有所干扰，在12周的实验中低温和雨水影响了气味的强度。然而，3个不同品种的生物炭都被证明可以减轻液体牛粪的气味散发，而秸秆覆盖却没有什么效果。 生物炭价格目前比秸秆的高，但是科学家们认为，生物炭可以得到更好的经济回报：剩余的农场和林场废弃物可以用来现场制作生物炭，这一过程产生的能量可以在天气寒冷的几个月里用于烧水和房间供暖。如果使用复杂设备还可以将它用来发电、生产燃料和其他副产品。生物炭用于肥料后还可以撒在需要的农田上，剩余的可以作为高价值肥料产品出售。 此外生物炭还有巨大的环境效益。“只要能防止气体逃离蓄粪池就是好东西，”多尔蒂说道，“生物炭用于土壤（尤其是贫瘠的土壤），能产生很大的作用。制作生物炭还可以帮助降低大气中二氧化碳的水平。它可以将作物成长时吸收的一部分二氧化碳以非常稳定的碳形式最终保留在土壤中。整个过程会带来很多好处。” 多尔蒂表示：“下一步工作非常重要，包括研究生物炭各种特性的利弊，通过进一步开展实验以确定合适的生物炭制作温度、颗粒大小、酸碱度和浮力属性。” （编译 田儒雅）
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  • 《IEA和OECD-NEA联合发布电力成本估算报告》
    • 来源专题：能源情报网信息监测服务平台
    • 编译者：guokm
    • 发布时间：2021-04-11
    • 2020年12月10日，国际能源署（IEA）和经合组织核能署（OECD-NEA）联合发布《电力成本估算报告2020》，指出低碳发电技术的发电成本正在持续下降，且日益低于传统化石燃料发电成本。近年来，在许多国家可再生能源平准化发电成本（LCOE）相比于可调度的化石燃料发电已具有较强的竞争力；新建核电站的发电成本保持稳定，但长期运行（LTO）核电站是发电成本最低的低碳发电技术选择；以目前碳价30美元/吨CO2计算，且碳捕集与封存技术迟迟未取得突破，燃煤发电成本优势已逐渐不再；基于较低的天然气价格和在能源转型中的作用日益明确，燃气发电成本在不断下滑，更具市场竞争力。 这是自1981年以来发布的第9版《电力成本估算报告》。这项前瞻性研究基于经合组织和非经合组织24个国家243个发电厂提供的2025年电力机组投产情况进行发电成本估算，包括化石燃料和核电基荷发电，以及一系列可再生能源发电，还首次将储能技术、氢能、长期运行核电站的电力成本数据纳入估算。由于LCOE指标只包括单个发电厂单项发电技术的发电成本、维护成本和燃料成本，并不涉及该项发电技术在整个电力系统中的附加价值，为开展更具体的系统成本比较，国际能源署（IEA）设置了“价值调整后的平准化发电成本”（VALCOE）这一指标，将不同发电技术的系统价值（容量价值、灵活性价值等）和系统成本均纳入考量，对选定地区和发电技术进行了估算比较。 一、低碳发电技术成本竞争力越来越强 低碳发电技术平均发电成本正在下降，并且日益低于传统化石燃料发电成本。如果在有利的气候条件下大规模部署太阳能光伏发电，其成本竞争力将非常高。此外，统计14个国家陆上风电平均发电成本，显示其中10个国家到2025年陆上风电将成为LCOE最低的发电技术。与上一版的数据相比，海上风电发电成本大幅下降，五年前其LCOE中位数超过150美元/兆瓦时，而目前则远低于100美元/兆瓦时。两种水力发电技术（径流式和调节式）都可以在合适的地点提供有竞争力的替代电力方案，但成本将极大依赖于建设地点。然而，IEA的VALCOE指标结果显示，风能和太阳能等间歇性可再生能源的系统价值将随着其在电力供应中所占份额的增加而降低，因此，需设置合理的并网比例以实现电力系统价值最大化。 新版报告中新建核电站的电力成本估算值低于上一个版本，但地区差异仍然显著。归功于学习效应，一些经合组织国家的核电站平均隔夜建设成本反映出下降趋势。核电到2025年仍将是成本最低的可调度低碳发电技术，只有大型水电可以做出类似的贡献，但后者高度依赖于自然资源禀赋。与化石燃料发电相比，核电站预计比燃煤电厂成本更低。虽然燃气-蒸汽联合循环发电（CCGT）在一些地区具有竞争力，但其LCOE在很大程度上取决于各个地区的天然气价格和碳排放价格。长期运行核电站的电力成本极具竞争力，不仅是成本最低的低碳发电技术选择，也是所有发电方式中成本最低的一种。 图1 不同技术平准化发电成本区间（单位：美元/兆瓦时） 注：图中数值按折现率7%计算；箱线图表示最大值、中位数和最小值；CCGT：燃气-蒸汽联合循环发电技术；CCUS：碳捕集、利用和封存技术。 二、发电成本竞争力取决于国家和地方条件 由于有利于可再生能源发电的地址条件不同、燃料成本差异以及技术成熟度有别，所有发电技术的成本都因各国和地区而大相径庭。此外，一项发电技术在电力系统发电总量中的占比对其价值、负荷因子和平均成本也有影响。虽然在本报告中大多数国家的可再生能源发电技术都有很强竞争力，但数据显示，在一些国家（如日本、韩国和俄罗斯）的可再生能源成本仍高于化石燃料发电或核能发电。即使在同一国家，不同区域的条件不同也会造成地方一级的发电成本差异。在欧洲，陆上风电和海上风电以及公用事业规模太阳能发电都能够与天然气和新建核电相竞争。在美国，燃气发电受益于预期较低的天然气价格，但从电厂LCOE中位数来看，陆上风电和公用事业规模光伏是成本最低的发电技术（碳价30美元/吨CO2），比燃气发电成本更高的是海上风电、新建核电和燃煤发电。在中国和印度，预期间歇性可再生能源LCOE将达到最低，公用事业规模太阳能光伏和陆上风电是成本最低的发电技术，核电也具有一定的竞争力，为两国目前碳密集型发电结构的转型提供了有前景的技术选择方案。 图2 主要地区不同发电技术平准化发电成本中位数比较（单位：美元/兆瓦时） 注：图中数值按折现率7%计算。 三、延长核电站服役年限具有较好的成本效益 相较于投资新建核电站，对现有核电站设施进行大规模翻修，安全延长旧核电站原定服役年限，其发电成本大大降低。即使延寿后核电站利用率有所下降，但在高比例可再生能源系统中，现有核电延寿这一潜在的低碳发电方案，其成本也低于重新投资其他低碳技术。此外，从财政角度来看，核电站服役年限的延长，能大大减少核电站退役基金经费的使用。 四、碳捕集技术虽会提高发电成本，但仍将是较为可行的减排方案 在碳排放成本为30美元/吨CO2的情况下，由于配备CCUS设备的投资成本较高，并且会降低热效率，因此为燃煤和燃气电厂配备CCUS比纯化石燃料发电更昂贵。但随着碳排放成本的提高，对于燃煤电厂而言，配备CCUS的发电机组在每吨CO2 50-60美元的价格下具有成本竞争力。对于燃气发电而言，只有碳价格高于100美元/吨CO2情况下CCUS技术才具有竞争力。而在这么高的碳价下，间歇性可再生能源、水电或核电可能将成为成本最低的发电技术选择。尽管未来碳价预测具有较大不确定性，但在未来全球碳价超过100美元/吨CO2的情景下，如果需要灵活的低碳发电但缺乏有竞争力的替代发电技术，同时拥有经济可用的化石燃料资源，CCUS仍可能成为某些低碳发电组合的一种补充。 五、低碳发电技术需与市场相适应 为了增强不同区域和市场之间发电成本的可比性，有必要统一某些假设条件，报告在基础情景中假设核电、煤电和气电的容量因子为85%、折现率7%。基于现有技术组合以及市场环境，这些参数可能会因单一市场情况有很大差异。例如随着可再生能源发电占比日益增加，基荷电厂市场份额会降低。报告因此还估算可调度的基荷发电技术（如气电、煤电和核电）负荷因子为50%。取决于调度的优先顺序不同，不同技术也会受到不同程度的影响。在美国，由于其气价较低，煤电机组通常最后调度，因此负荷因子也更低。CCGT技术由于投资成本相对较低，且在许多地区可变成本适中，非常适合在不同环境和不同地区发电。而核电机组由于投资成本高，需要具备较高的利用率，核电才具有成本竞争力。 竞争力的一个关键决定因素是折现率，折现率反映了投资的机会成本以及各种风险和不确定性，例如与政策法规发展、市场设计、系统开发以及未来投资和燃料成本有关的风险和不确定性。在LCOE计算方法学中，折现率与资本成本相对应。一项技术资本密集程度越高，其 LCOE对折现率变化越敏感。在基荷核电站中，这意味着新建核电站成本尤其取决于折现率。折现率较低（3%）时，反映市场环境稳定，投资保障高，新建核电站的LCOE低于新燃煤电厂和燃气电厂。如果折现率在7%或10%（这意味着面临风险较高的经济环境），新建核电站的成本将超过化石燃料发电厂。 六、系统成本计算对呈现能源整体价值具有重要作用 由于LCOE指标只包括单个发电厂单项发电技术的发电成本、维护成本和燃料成本，并不涉及该项发电技术在整个电力系统中的附加价值。而某一特定类型的可再生能源发电技术与整个能源系统是相互关联的，并不具有随时稳定可靠的发电能力。发电量的大小并非受到电力需求的调控，因此降低了发电的价值。电力可靠性保障需要可调度的电力容量，如储能和需求响应，以确保供应的安全性。此外，间歇性可再生能源发电的潜在快速变化需要进行平衡。为了涵盖上述不确定因素的影响，并保障低碳电力以低成本的价格满足市场特定需求，需要进行整个电力系统级的分析。因此，国际能源署开发了VALCOE的系统价值模型，对发电成本进行估算。这种新计算模型是根据电力系统中单项技术对实现整个电力系统安全运行的所有方面的贡献价值进行调整，其计算结果反映了现有技术在整个电力系统中的价值。结果显示，太阳能光伏发电机组在单个发电厂产量中显示出高度相关性，随着其在电力系统中占比增加，发电价值显著降低，在系统分析中将考虑这一现象。相比之下，风电产量在每个风力发电厂之间的相关性较小。即使其占比增加，其价值损失也较小。虽然目前可再生能源发电量在整个能源系统中占比较低，相关性对能源市场的影响较小，但随着可再生能源发电量占比的不断增加，相关性影响可能会上升。具有高可变成本技术（如高灵活性的开式循环燃气轮机）的燃气发电在电力系统中具有更高的系统价值。 VALCOE度量标准提供了一种从单个发电技术出发，考察其在整个电力系统中系统价值的创新方法。其系统价值不仅取决于间歇性可再生能源在整个能源系统中所占的比例，还取决于互补资源的成本，如储能或移动互联技术，以及竞争技术的成本。与许多其他假定长期运行成本最优情景模拟未来系统发展的分析方法不同，VALCOE计算场景试图复制真实的现实世界系统，未来还将不断进行系统化分析并完善当前的数据结果。评估不同发电技术的系统价值，可以更全面地了解其经济成本。但为了衡量发电技术对整个社会的全部成本，还需考虑人类健康影响（空气污染和重大事故）、环境、就业、自然资源可获得性和供应安全性等因素。 七、储能在能源系统中变得尤为重要 间歇性可再生能源发电与天气的相关性，将导致瞬时电力需求与供应之间的不匹配，某些时刻会导致供应过剩，而在其他时候又会导致供应不足。因此，不同电力储能技术在各种应用和服务中显得至关重要。储能可以改善风能和太阳能光伏发电等间歇性可再生能源发电与电力需求的稳定性。在未来的低碳系统中，多种灵活性方案（例如储能、需求灵活性以及核电、水电等灵活低碳发电）的组合可能将提供成本最低的解决方案。 八、未来氢能的发展潜力在很大程度上取决于制氢成本 自20世纪70年代以来，全球对纯氢的需求量增长了三倍多，目前每年需求约为7500万吨。需求主要来自炼油和合成氨（占纯氢需求量的95%左右）。此外，某些工业还使用氢化气体作为气体混合物的一部分，目前每年混合氢需求约为4500万吨，主要用于化学生产和钢铁部门。氢的生产成本受到若干因素的影响，最终成本取决于所使用的燃料（天然气、煤炭或电力）和技术（天然气制氢和煤制氢中有没有利用碳捕集与封存技术、不同类型的电解技术等）。目前，天然气制氢成本在0.7-1.6美元/千克H2之间，配备CCUS的天然气重整制氢成本高达1.2-2.0美元/千克H2。在石油和化工领域，低碳氢要取代目前的化石燃料制氢，面临的最大障碍是成本，只有当电价低于20美元/兆瓦时，电解制氢才能与传统技术竞争；而在钢铁生产中，只有当电价非常低（低于10美元/兆瓦时）时，电解制氢才能与传统方式竞争；对于乘用车，必须降低燃料电池和车载储氢的成本，以使其在长距离里程（400–500公里）应用上能与电动汽车竞争。
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