英国电力系统和加速电气化（推荐）
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ERR能研微讯团队可再生能源团队负责人：Maggie、Evelyn
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气候变化委员会一直被要求就英国的净零目标向政府提供建议。
净零排放目标可能需要加速供热和运输的电气化。为达到现有的“气候变化法案”目标-到2050年将温室气体排放量减少80％，可能需要电动汽车和供暖技术的部署，而净零目标则可能需要更快地部署电动汽车和供暖技术。加速电气化可能涉及：
●到2025年，电动和插电式混合动力汽车和货车将达到900万辆，到2035年将增加到3700万辆;
●到2025年，热泵高达200万台，到2035年将增加到1500万台。
气候变化委员会委托Vivid Economics调查加速运输和供热电气化的影响。加速电气化将对电力系统产生一定影响。在此背景下，气候变化委员会要求提出评估加速电气化的可行性的建议。具体来说，我们调查以下项目的可行性：
●以可控的成本适应加速电气化;
●对配电网进行必要的增援;
●部署必要的发电容量;
●提供适应加速电气化所需的响应水平。
表1 集中模式与加速情景模式的特征
表2 建模情景下最大潜力和需求响应
表3 建模情景下储能与互联容量
表4 建模情景下的储热
供热和运输的加速电气化大大增加了电力需求
通过研究我们发现，通过立即和持续的努力，实现加速电气化是可行的。但是，目前的政策尚不足以推动必要的变革。此次研究的主要发现如下：
●虽然快速部署电动汽车和混合热泵以及新的可再生能源将需要新的投资，但它们可以共同降低每千瓦时的电力成本。
●虽然需要新的配电网络投资，但它不会超过每千瓦时电力成本的4％。
●英国拥有充足的陆上风电、海上风电和太阳能光伏资源，过去的建设速度足以提供更大范围和脱碳的电力系统。
●支持加速电气化所需的电动汽车的需求响应和智能充电在技术上是可行的。
●为了最大限度地降低配电网络强化的成本和风险，投资需要面向未来。目前的价格控制框架未涵盖所需的十年时间范围。
●为了以目前的建设速度提供必要的低碳发电，需要持续建设新的陆上风电、海上风电和太阳能光伏发电。如果对陆上风能和太阳能光伏发电的限制继续存在，则需要在新的海上风电建设方面取得重大进展。
●需要进行大规模的政策改革和市场设计，以实现更灵活的电力系统。
通过立即和持续的努力，实现加速电气化是可行的。
虽然快速部署电动汽车和混合热泵以及新的可再生能源将需要新的投资，但它们可以共同降低每千瓦时的电力成本。
●加速部署电动汽车和供暖技术不太可能增加每千瓦时电力成本。如果使用可再生能源来满足新的需求，电力成本则可能会降低。
●电动汽车和混合动力热泵具有固有的灵活性。电动汽车可以改变其充电需求，而混合热泵可以在电力需求期间高峰期间切换到燃气模式。因此，这些技术对电力需求的峰值贡献很小。
●为将风能和太阳能的限制降至极低水平，并最大限度地降低电力成本，需要灵活的电力系统。进一步部署灵活资源不会大幅降低成本。
●在得到有效利用的前提下，混合式热泵可以节省几乎与电热泵一样的碳，但对电力成本的影响则要小得多。
●集群（在某些地区更快地采用电动汽车和混合热泵）将对配电网络产生重要影响，但对电力成本的总体影响将很小。
需要新的装机来满足新的需求
装机结构因情景而异
电动汽车和混合热泵的快速使用可以降低电力成本
电动汽车和混合热泵的快速使用可以降低电力成本
电动汽车可能会大幅增加峰值需求，而混合动力热泵可能会产生有限的影响
虽然需要新的配电网络投资，但它不会超过每千瓦时电力成本的4％。
●人们对现有配电网络的利用知之甚少。如果配电网络接近充分利用（网络容量没有“净空”），电力需求的增加可能会显着增加新增配电网的数量和成本。在进行正确的配电网络投资之前，需要有关配电网利用率的准确信息。
●可能需要新增大量的配电网建设，以适应电动汽车和混合热泵的快速采用。
●总体而言，电动汽车和混合热泵的快速增长可能会使配电网的总支出在2035年增加500亿英镑，即每年18亿英镑。但是，这项投资仅占电力系统总成本的4％。
●新增地下配电网络线路的高成本约占新增配电网络成本的三分之二。架空线和变压器的成本占其余部分。
●灵活的资源可以大幅降低必要的新增配电网成本。到2035年，大约20GW的电池存储和9GW的需求响应可以将配电网络的成本降低近10％。原则上，提供“车辆-电网”服务的电动汽车可以提供部分或全部必要的电池存储。
●通过放宽当前的“P2/6”网络安全标准可以进一步降低成本。该标准要求网络资产配备一定程度的冗余，以最大限度地降低所有配电网用户的供电中断风险;但是，这种冗余的成本可能高于它所赋予的增强安全性的价值。
●一系列额外措施，包括改变电压水平、分离网络线路和智能电压控制等，可进一步减少对新增配电网的需求。
●电动汽车和热泵的集群可能会在短期内增加配电网成本，但长期内不会大幅增加成本。
●大多数配电网的新增将发生在半农村配电网中，在这些配电网的新增建设中，很少会带来破坏。然而，城市配电网的新增则可能会造成一定程度的破坏。 随着加速电气化，大多数城市配电网可能需要升级，而大部分升级将发生在地下线路中。
英国拥有充足的陆上风电、海上风电和太阳能光伏资源，过去的建设速度足以提供更大范围和脱碳的电力系统。
●为适应电动汽车和混合热泵的快速发展，需要大量新增可再生能源发电容量。截止到2035年期间，需要新增陆上风电最高可达35吉瓦，海上风电最高45吉瓦和太阳能光伏发电最高54吉瓦。2035到2050年期间可能需要进一步部署。
●到2050年，英国陆上风电、海上风电和太阳能光伏资源足以提供更大范围和脱碳的电力系统。然而，陆上风电资源对公众的可接受性非常敏感，而针对海上风力资源进行实际准确的估算则需要进一步开展工作。
●过去的建造速度足以提供更大范围的和脱碳的电力系统。
●虽然大量备用容量对电力成本的影响很小，但在交付过程中可能具有较大的挑战性。灵活的资源是可以满足适当备用容量要求的高效且经济性的解决方案。
支持加速电气化所需的电动车辆的需求响应和智能充电在技术上是可行的。
支持加速电气化所需的电动汽车的需求响应和智能充电在技术上是可行的。
●需求响应的长期潜力很大。分析表明，高达53％的住宅用电需求、32％的商业用电需求和22％的工业用电需求是可移的。
●智能充电可以显著降低峰值电力需求。对驾驶模式的分析表明，隔夜充电可以满足大部分充电需求，能够最大限度地减少在晚上高峰期充电的需要。
然而，目前的政策不足以推动必要的变革。
为了最大限度地降低配电网络强化的成本和风险，投资需要面向未来。目前的价格控制框架未涵盖所需的十年时间范围。
●随着供热和运输的电气化，现在到2035年期间电力需求可能增长，并有超越的趋势。足以满足近期需求增长的投资可能不足以适应长期的电气化。
●新增配电网是一项重大投资，且具有一定的破坏性。此外，过大的网络基础设施的成本非常低。因此，通过过度调整网络基础设施来进行面向未来的投资是一种非常低效的非绝佳选择。
●电动汽车和热泵的不确定性是准确预测电网投资需求的主要挑战。英国的配电网监管框架（“RIIO”框架）应该具有足够的灵活性，以便配电网运营商能够应对未来出现的新配电网，即使在单一的价格控制期内也是如此。
●储能和需求响应可以减少对配电网络增强的需求。 RIIO价格控制框架应继续激励配电网运营商减少总支出（TOTEX）并尽可能利用这些可能的解决方案。
为了以目前的建设速度提供必要的低碳发电，需要持续建设新的陆上风电、海上风电和太阳能光伏发电。如果对陆上风能和太阳能光伏发电的限制继续存在，则需要在新的海上风电建设方面取得重大进展。
●虽然政策正在推动新的海上风电，但陆上风电的规划限制正在限制新部署的潜力，而缺乏CfD拍卖会给陆上风电和太阳能光伏发电带来风险。2017年的新光伏容量低于1吉瓦，比2015年的峰值低约80％。
●为了支持陆上风能和太阳能交付，需要放宽对陆上风电的规划限制，并为陆上风能和太阳能光伏发电提供进入市场途径。
●为了提供必要的投资，政府需要围绕所需的容量来预测期望，并解决部署可再生能源剩余市场的失败问题。目前尚不清楚这种规模的新产能是否可以通过商业投资来实现，并且可能需要持续的CfD拍卖计划。
●如果对陆上风能和太阳能光伏发电的限制继续存在，新的海上风电需要迅速增加到每年5吉瓦左右，几乎是2017年峰值的三倍。供应链需要大幅增加才能实现这些产量。
需要进行大规模的政策改革和市场设计，以实现更灵活的电力系统。
●目前的市场安排不足以提供大规模的储能和需求响应。Ofgem、BEIS和国家电网正致力于确保储能和需求响应提供商可以因其提供的价值而获得奖励，并消除他们参与电力系统的障碍。这些目标需要在20世纪20年代初期实现，以支持必要的投资。
●与此同时，需要消费者和态度的转变来支持需求响应。消费者需要接受从固定使用电网到根据实时电价使用电网，并采用新技术和商业模式来改变他们的电力需求，以符合他们的价值。
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