气候变化背景下的电力资产搁浅问题

简介

化石燃料的持续开采使现有资产面临超出“将全球变暖限制在2°C以下”的容量的风险。

能源行业认为，技术解决方案，提高能源效率、使用碳捕获和储存（CCS）、生物能源、自然抵消和从煤炭转向天然气等方法，可减少化石燃料能源生产的碳足迹。不同发展程度的国家刚开始制定煤炭淘汰计划，正在决定他们应该以多快的速度实现经济脱碳。

该文章评估了碳减排技术（如碳捕获和储存、生物能源和煤改气转换）对化石燃料发电厂“搁浅资产”风险的影响，进一步量化计算电力部门能源转型的速度。通过观察有关技术发展的假设差异，调和不同长期能源生产模型的结果差异。

电力搁浅资产计算为现有运行条件下，气候情景中允许的发电量与正在运行的和在途发电厂在基线利用率和寿命下可以产生的发电量（满足本世纪末的2°C目标的能源生产路径条件）之间的差异。正在运行的和在管中的化石燃料发电厂的潜在发电量，这些发电厂在2021年至2100年期间总共可以产生540 PWh电量。

即使行业广泛部署CCS和生物能源，依旧存在267 PWh（2018年全球发电量的十倍）电力搁浅。 技术评估发现煤改气的转换可以减少10-30 PWh的电力搁浅，CCS改造结合生物质共燃，可以减少33-68 PWh电力搁浅。

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图1a，2/3来自燃煤发电厂，1/3来自燃气发电厂，少量来自燃油发电厂；图1b，60%的电力将来自亚洲，20%来自经合组织，20%由中东、非洲、拉丁美洲和改革国家组成。将图1的发电预测与2°C目标一致的情景进行比较，并假设到本世纪末温室气体排放量稳定在450 ppm。

1）燃煤电厂的搁浅风险比其他燃料大。

2）图2：假设四种技术已完全部署（1）CCS;（2）生物能源;（3）太阳能和风能，（4）核能， 最理想实施情况下，技术发展不受模型先决条件的限制，仍旧存在267 PWh搁浅电力，占目前运营和管道中化石燃料工厂未来发电量的50%，下补充图显示了每个IAM部署的所有技术场景中按技术划分的全球发电量。

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1）全球超50%的搁浅发电将位于亚洲，中国和印度将分别面临平均104和37 PWh的搁浅发电量 2）约2/3的滞留与尚未建成但正在建设中的工厂产生的电力有关 3）搁浅发电量在不同的 IAM 之间差异很大

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工厂改造的影响

分析表明，发电厂转换只能在一定程度上减少风险，不能完全消除搁浅发电的风险。在图3中，考虑三种发电厂的转换方式：（1）改变燃料：从煤到天然气;（2）在现有工厂和目前在建的工厂安装CCS，以及（3）在燃煤电厂中使用生物质共燃。

图3a：假设拥有燃气发电厂的国家的燃煤发电厂适合做煤改气，假设其中5%到20%可以转换。5-20%的数字来自美国的经验。

2）图3a:煤制气转换可能在所有模型中平均将搁浅发电量减少10-30 PWh。

3）图3b：适合安装CCS的化石燃料发电厂需满足以下条件：电机组的容量超过100兆瓦，使用时间不到20年，排放量低于1000克二氧化碳/千瓦时，并且位于适合CCS的地质区域40公里范围内，估计出全球约24%的运行和在途的化石燃料发电机组适合CCS改造。由于未来在运行和管道内工厂中安装CCS，搁浅发电量可以减少33-52 PWh。

4）图3c，d：燃煤发电厂（有和没有CCS）可以适应共燃生物质；全球现在已有150多家发电厂使用煤与生物质能共燃，多数位于北欧和美国。

5）考虑现有生物质发电厂已经产生的电力情况，没有CCS的共烧不能超过IAMs中没有CCS的生物质产生的电力。

6）生物质共燃必须等于或低于转换工厂产生的总能量的20%或50%：共燃的生物质不能超过煤的允许量。煤制气转换可以将搁浅发电量减少10-30 PWh，CCS和生物质总量减少33-68 PWh。

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能源需求、替代电力来源、CCS和生物能源供应的影响

1）通过工厂转换增强的快速低碳技术部署可以减轻搁浅的风险。 2）非理想情况假设，在2021年至2050 大多数资产电力资产搁浅情况下，CCS产能仅4 PWh。

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对技术可用性做出的不同假设

将所有已部署技术场景中的搁浅发电量与假设以下四种技术之一不可用或开发不足的场景中的搁浅发电量进行比较：（1）CCS;（2）生物能源;（3）太阳能和风能，（4）核能。假设能源强度以历史速度的1.5倍的速度降低，能源需求较低。

1）图4：CCS和生物能源（主要与CCS相结合）的不可用对搁浅发电量产生重大影响，平均分别增加了69%和45%搁浅概率。

2）CCS可以防止排放物进入大气层，而与CCS耦合的生物能源提供了一种负排放机制

3）相比之下，其他低碳技术（风能、太阳能和核能）以及能源强度的进一步降低，产生了模糊的影响：当风能、太阳能和核能与化石燃料竞争以满足电力需求时，情况可能就是这样。进一步降低能源强度可以减少电力需求，从而降低对化石燃料发电厂的需求。

4）若生物能源未完全部署，GCAM中的搁浅发电量将增加230 PWh。

结果讨论

1）CCS和生物质共烧可减少电力搁浅量与CCS转化率及共烧比率相关，在21世纪迅速和广泛地部署CCS和生物能源，在2°C的目标下，平均267 PWh的发电量也可能面临搁浅

2）本文的分析存在局限性，工厂转换中搁浅发电减少的下限和上限估计存在不确定性，所收集的机组级发电厂数据集涵盖了2018年全球装机容量的88%，可能低估了发电量，从而低估了搁浅发电量。同时还缺少有关发电厂在线年份和退役年份等关键变量的数据。计算值为理想工厂转化情况，导致实际对减少搁浅发电潜力的估计可能被高估

3）搁浅发电的估计依赖于IAM，长期以来，IAM因其处理存在不确定性，不同IAM模型下的结果差异很大。本文通过调和了来自不同模型的发现CCS和生物能源对搁浅发电的影响的方向和数量级的见解。

4）CCS和生物能源在现实情况的发展中存在各类阻力，在所有部署的技术场景中，资产现实部署过程中可能受到政策、环境等多方面因素影响，无法达到完全部署，导致搁浅的风险可能远高于估计。

5）依靠对未来技术部署的乐观预测可能是不明智的

原文链接

https://www.nature.com/articles/s41467-022-28458-7

Lu, Y., Cohen, F., Smith, S. M., & Pfeiffer, A. (2022). Plant conversions and abatement technologies cannot prevent stranding of power plant assets in 2° C scenarios. Nature Communications, 13(1), 1-11.

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