煤炭不再是基本负荷资源,那么为什么要全年运行电厂?

2020年1月15日| 12:12
资料来源:杜克先生(http://www.flickr.com/photos/dippy_duck/)
约瑟夫·丹尼尔
前的贡献者

今天的能源专家越来越多地质疑过去几代人思考电网的方法的有效性,这种方法认为煤炭是全年都需要作为基本负荷的电力资源。“基本负荷资源”是指全年提供源源不断电力的发电机。从最简单的层面来看,能源专家往往分为两个阵营之一:

  • 有些人认为,像煤炭和核能这样的基本负荷资源需要可靠地全年提供恒定数量的电力,因此必须通过额外的激励措施来保护。
  • 那些反对基本负载资源需求概念的人,注意到我们提供电力的方式,应该认识到风能、太阳能和电池等技术的有利经济效益和改进性能。

这篇博客试图说明:

“煤是一种基本负荷资源”的概念是错误的。此外,事实证明,不运行煤电厂作为基本负荷资源可以为客户节省数千万美元。

基本负载的历史

历史上,电力需求被认为是基本负荷、负荷或峰值负荷。

基本负载需求是系统总体上从未(或很少)低于的最低需求水平。峰值负荷直观上是与需求峰值相关的负荷,即只在一天中需求最高的几个小时(每日需求峰值)或一年中需求最高的几天(年度需求峰值)中看到的最高需求水平。肩负荷是介于峰值和基数之间的需求。

峰值、中值和基本负载资源的说明性图形,在这里以时序负载形状和负载持续时间曲线显示。

在公用事业行业的前100年(大约),基本负荷资源的建设和运行是为了满足基本负荷需求,也就是说,它们的建设是为了打开并保持打开,全年都在运行,满足总体上恒定的那部分需求。基本负荷机组的建造期望具有高容量因子,历史上有高的资本成本,但低的运营成本。

值得注意的是,风能和太阳能的资本成本很高,但运营成本很低(几乎为零)。

肩上的单位是用来服务肩上的负荷(也称为“中等优势”,因为他们落在一个优势订单供应曲线的中间部分。肩膀单位或中等效益单位通常是根据中等容量因素的预期建造的。

最后,“峰值机组”或“峰值机组”通常是为满足峰值负荷而建造的。与中等优势资源和基本负载资源相比,峰值资源的资本成本较低,但运营成本较高。

基本负载经济学

传统观点认为,市场价格随负荷而变化,因此基本负荷、中等效益和峰值都有相应的经济意义。这个想法是基本负载单元在一年的所有(或几乎所有)小时内运行是经济的。而峰值机组只在满足峰值负荷时才有经济意义。

供给曲线与负荷持续时间曲线叠加

在上面的图解图中,系统负载(由负载持续时间曲线表示)从未低于20,000 MW,因此我们可以将第一批价值20 GW的资源视为按价值顺序排列时真正的基本负载资源。接下来,你有一部分肩膀资源,它们位于功绩顺序的中间,即“中等功绩”资源。最后,你拥有最昂贵的资源,大概只有在需求达到顶峰时才需要。

批发市场刚形成时,继续将燃煤电厂作为基本负荷资源运行在经济上是有意义的,因为市场出清价格通常高于燃煤电厂的生产成本,而没有像美国政府制定的那样的碳价格RGGICA AB32

这些单位是早期的功绩订单线,下降到供应曲线的左侧。因此,如果它全年最大限度地运行,它的主人实际上可能会赚钱。这种情况已经改变。

衡量这种变化的一个指标是暗差。暗价差是衡量煤炭生产成本(主要由煤炭燃料价格决定)与市场出清价格之间的差额。天然气生产成本(主要由天然气燃料价格决定)和市场价格之间的差异被称为“火花价差”。正暗价差(或火花价差)表明,具有相应燃料来源的发电厂在批发能源市场上产生净收益可以支付固定成本和也许甚至赚取利润。也许吧。

不断变化的市场状况减少了暗差,在一些市场,暗差在持续一段时间内为负。美国能源情报署为PJM收集了这些数据,发现虽然火花蔓延一直勉强为正,但黑暗蔓延一直为正好几天,好几周都是阴性

PJM的Spark和Dark Spreads表明,煤炭的经济可行性已经下滑了一段时间。环评数据

许多因素都有影响导致了市场价格的下降和持平.不断增加的天然气产能加上相对较低的天然气价格,推动了这一不断变化的市场动态,同时需求持平(得益于能源效率),以及越来越多地采用风能和太阳能等零边际成本资源。如下图所示,这些因素综合在一起,使以前作为基本负荷具有经济效益的发电厂变成了仅在有限时间内具有经济效益的机组。

在这个示例中,一个生产成本为26美元/兆瓦时的发电厂全年都在运行,它将在春季和秋季亏损。也许它可以在夏天弥补这些损失,但如果它的主人把它关掉会更好吗?源UCS

这里的想法是重新检查过去的假设,即基本负荷工厂全年满负荷运行,如果它们不总是盈利的话。业务的盈利能力可以而且应该在有用和有意义的时期进行评估。监管审查不需要接受一年中部分时间亏损的业务。由于发电厂可以增加或减少,发电厂所有者可以在长期亏损的情况下经营发电厂,使其在一年中赚钱。例如,一个发电厂可能在夏季赚钱,并满负荷运行。在市场价格低于单位生产成本的几个月里,单位所有者以经济或实物最低产量运行单位并不罕见。这有助于减少损失,但不能完全避免市场损失。

循环及季节性运作

值得注意的是,一些发电厂已经对不断变化的市场动态做出了反应。燃煤电厂的运行有两个新趋势:循环运行和季节性运行

骑自行车

循环是一个技术术语,用来描述发电厂的运行,包括在一天(或一周)内提高或降低发电厂的输出,以应对不断变化的市场价格。虽然循环煤电厂可以增加维护成本在美国,这是中西部燃煤电厂采取的战略的一部分。

根据所收集的数据能源信息署(EIA)在美国,西南电力池(MISO正西部的RTO,从北达科他州到俄克拉荷马州,并蔓延到新墨西哥州、德克萨斯州和路易斯安那州的一小部分地区)的燃煤电厂每天都在循环运行。这一说法得到了数据的明确支持,这些数据显示煤电厂在一天中每小时的产量变化。

数据显示,煤炭在一年中和一天中都有循环。

单靠循环并不能证明发电厂在经济运行。煤电厂可以骑车,但根据市场价格,可能再多的骑车也不能帮助煤电厂实现经济效益。然而,许多不进行循环的煤电厂业主表示,循环煤电厂在操作上是不可能的,因为它们是“基本负荷”资源。但是煤电厂循环的存在证明了煤电厂可以循环。我们应该问的问题是,你的煤电厂有什么“特殊”之处,以至于它不能循环?

季节性业务

为了应对市场环境的变化,燃煤电厂运营商还有第二个趋势。这些工厂主节省客户的钱转向季节性作业,减少作业

这一策略已被多个州的燃煤电厂业主采用。的马丁·莱克和蒙蒂塞洛Luminant在德克萨斯州拥有的煤电厂在2015年开始季节性运营。的吉本斯河2017年,同样位于德克萨斯州的一家由德克萨斯州市政电力局(Texas Municipal Power Agency)和成员公用事业公司拥有的燃煤电厂也紧随其后。2018年,Cleco和SWEPCO加入了这一趋势,当时这两家公司宣布,他们在路易斯安那州的Dolet Hills设施将切换到季节性运营。埃克塞尔能源公司(Xcel Energy)也开始探索在运营燃煤电厂不再具有经济意义的月份实行“煤炭假期”的方案。

当多莱特山(Dolet Hill)燃煤电厂的所有者转向季节性运营时,他们选择只在需求(和电价)最高的6月至9月这四个月间运营。公用事业公司自己的估计也表明了这一点是否能为客户节省8500万美元到2020年底。当Xcel公司为他们的工厂做出改变时,他们宣布此举将会每年为客户节省3000万美元,每年为客户节省约500万吨

这个问题只会在未来得到重视

似乎几乎每个月都有报告显示,公用事业公司可以以低于煤炭船队运营成本的价格建造风能或太阳能。因此,即使这个问题现在不适用于燃煤电厂,但在不久的将来很可能会适用于它。公用事业公司需要在工厂调度、公用事业资源计划和燃料成本回收请求等过程中不断评估这个问题。一些实用程序会做得很糟糕假设他们的煤电厂将会全年耗尽,无限期地持续下去。但这种想法必须停止。