近日，國際能源署（IEA）和經合組織核能署（OECD-NEA）聯合發布《電力成本估算報告2020》，指出低碳發電技術的發電成本正在持續下降，且日益低于傳統化石燃料發電成本。近年來，在許多國家可再生能源平準化發電成本（LCOE）相比于可調度的化石燃料發電已具有較強的競爭力；新建核電站的發電成本保持穩定，但長期運行（LTO）核電站是發電成本最低的低碳發電技術選擇；以目前碳價30美元/噸CO2計算，且碳捕集與封存技術遲遲未取得突破，燃煤發電成本優勢已逐漸不再；基于較低的天然氣價格和在能源轉型中的作用日益明確，燃氣發電成本在不斷下滑，更具市場競爭力。

這是自1981年以來發布的第9版《電力成本估算報告》。這項前瞻性研究基于經合組織和非經合組織24個國家243個發電廠提供的2025年電力機組投產情況進行發電成本估算，包括化石燃料和核電基荷發電，以及一系列可再生能源發電，還首次將儲能技術、氫能、長期運行核電站的電力成本數據納入估算。由于LCOE指標只包括單個發電廠單項發電技術的發電成本、維護成本和燃料成本，并不涉及該項發電技術在整個電力系統中的附加價值，為開展更具體的系統成本比較，國際能源署（IEA）設置了“價值調整后的平準化發電成本”（VALCOE）這一指標，將不同發電技術的系統價值（容量價值、靈活性價值等）和系統成本均納入考量，對選定地區和發電技術進行了估算比較。

一、低碳發電技術成本競爭力越來越強

低碳發電技術平均發電成本正在下降，并且日益低于傳統化石燃料發電成本。如果在有利的氣候條件下大規模部署太陽能光伏發電，其成本競爭力將非常高。此外，統計14個國家陸上風電平均發電成本，顯示其中10個國家到2025年陸上風電將成為LCOE最低的發電技術。與上一版的數據相比，海上風電發電成本大幅下降，五年前其LCOE中位數超過150美元/兆瓦時，而目前則遠低于100美元/兆瓦時。兩種水力發電技術（徑流式和調節式）都可以在合適的地點提供有競爭力的替代電力方案，但成本將極大依賴于建設地點。然而，IEA的VALCOE指標結果顯示，風能和太陽能等間歇性可再生能源的系統價值將隨著其在電力供應中所占份額的增加而降低，因此，需設置合理的并網比例以實現電力系統價值最大化。

新版報告中新建核電站的電力成本估算值低于上一個版本，但地區差異仍然顯著。歸功于學習效應，一些經合組織國家的核電站平均隔夜建設成本反映出下降趨勢。核電到2025年仍將是成本最低的可調度低碳發電技術，只有大型水電可以做出類似的貢獻，但后者高度依賴于自然資源稟賦。與化石燃料發電相比，核電站預計比燃煤電廠成本更低。雖然燃氣-蒸汽聯合循環發電（CCGT）在一些地區具有競爭力，但其LCOE在很大程度上取決于各個地區的天然氣價格和碳排放價格。長期運行核電站的電力成本極具競爭力，不僅是成本最低的低碳發電技術選擇，也是所有發電方式中成本最低的一種。


注：圖中數值按折現率7%計算；箱線圖表示最大值、中位數和最小值；CCGT：燃氣-蒸汽聯合循環發電技術；CCUS：碳捕集、利用和封存技術。

二、發電成本競爭力取決于國家和地方條件

由于有利于可再生能源發電的地址條件不同、燃料成本差異以及技術成熟度有別，所有發電技術的成本都因各國和地區而大相徑庭。此外，一項發電技術在電力系統發電總量中的占比對其價值、負荷因子和平均成本也有影響。雖然在本報告中大多數國家的可再生能源發電技術都有很強競爭力，但數據顯示，在一些國家（如日本、韓國和俄羅斯）的可再生能源成本仍高于化石燃料發電或核能發電。即使在同一國家，不同區域的條件不同也會造成地方一級的發電成本差異。在歐洲，陸上風電和海上風電以及公用事業規模太陽能發電都能夠與天然氣和新建核電相競爭。在美國，燃氣發電受益于預期較低的天然氣價格，但從電廠LCOE中位數來看，陸上風電和公用事業規模光伏是成本最低的發電技術（碳價30美元/噸CO2），比燃氣發電成本更高的是海上風電、新建核電和燃煤發電。在中國和印度，預期間歇性可再生能源LCOE將達到最低，公用事業規模太陽能光伏和陸上風電是成本最低的發電技術，核電也具有一定的競爭力，為兩國目前碳密集型發電結構的轉型提供了有前景的技術選擇方案。


注：圖中數值按折現率7%計算。

三、延長核電站服役年限具有較好的成本效益

相較于投資新建核電站，對現有核電站設施進行大規模翻修，安全延長舊核電站原定服役年限，其發電成本大大降低。即使延壽后核電站利用率有所下降，但在高比例可再生能源系統中，現有核電延壽這一潛在的低碳發電方案，其成本也低于重新投資其他低碳技術。此外，從財政角度來看，核電站服役年限的延長，能大大減少核電站退役基金經費的使用。

四、碳捕集技術雖會提高發電成本，但仍將是較為可行的減排方案

在碳排放成本為30美元/噸CO2的情況下，由于配備CCUS設備的投資成本較高，并且會降低熱效率，因此為燃煤和燃氣電廠配備CCUS比純化石燃料發電更昂貴。但隨著碳排放成本的提高，對于燃煤電廠而言，配備CCUS的發電機組在每噸CO2 50-60美元的價格下具有成本競爭力。對于燃氣發電而言，只有碳價格高于100美元/噸CO2情況下CCUS技術才具有競爭力。而在這么高的碳價下，間歇性可再生能源、水電或核電可能將成為成本最低的發電技術選擇。盡管未來碳價預測具有較大不確定性，但在未來全球碳價超過100美元/噸CO2的情景下，如果需要靈活的低碳發電但缺乏有競爭力的替代發電技術，同時擁有經濟可用的化石燃料資源，CCUS仍可能成為某些低碳發電組合的一種補充。

五、低碳發電技術需與市場相適應

為了增強不同區域和市場之間發電成本的可比性，有必要統一某些假設條件，報告在基礎情景中假設核電、煤電和氣電的容量因子為85%、折現率7%。基于現有技術組合以及市場環境，這些參數可能會因單一市場情況有很大差異。例如隨著可再生能源發電占比日益增加，基荷電廠市場份額會降低。報告因此還估算可調度的基荷發電技術（如氣電、煤電和核電）負荷因子為50%。取決于調度的優先順序不同，不同技術也會受到不同程度的影響。在美國，由于其氣價較低，煤電機組通常最后調度，因此負荷因子也更低。CCGT技術由于投資成本相對較低，且在許多地區可變成本適中，非常適合在不同環境和不同地區發電。而核電機組由于投資成本高，需要具備較高的利用率，核電才具有成本競爭力。

競爭力的一個關鍵決定因素是折現率，折現率反映了投資的機會成本以及各種風險和不確定性，例如與政策法規發展、市場設計、系統開發以及未來投資和燃料成本有關的風險和不確定性。在LCOE計算方法學中，折現率與資本成本相對應。一項技術資本密集程度越高，其 LCOE對折現率變化越敏感。在基荷核電站中，這意味著新建核電站成本尤其取決于折現率。折現率較低（3%）時，反映市場環境穩定，投資保障高，新建核電站的LCOE低于新燃煤電廠和燃氣電廠。如果折現率在7%或10%（這意味著面臨風險較高的經濟環境），新建核電站的成本將超過化石燃料發電廠。

六、系統成本計算對呈現能源整體價值具有重要作用

由于LCOE指標只包括單個發電廠單項發電技術的發電成本、維護成本和燃料成本，并不涉及該項發電技術在整個電力系統中的附加價值。而某一特定類型的可再生能源發電技術與整個能源系統是相互關聯的，并不具有隨時穩定可靠的發電能力。發電量的大小并非受到電力需求的調控，因此降低了發電的價值。電力可靠性保障需要可調度的電力容量，如儲能和需求響應，以確保供應的安全性。此外，間歇性可再生能源發電的潛在快速變化需要進行平衡。為了涵蓋上述不確定因素的影響，并保障低碳電力以低成本的價格滿足市場特定需求，需要進行整個電力系統級的分析。因此，國際能源署開發了VALCOE的系統價值模型，對發電成本進行估算。這種新計算模型是根據電力系統中單項技術對實現整個電力系統安全運行的所有方面的貢獻價值進行調整，其計算結果反映了現有技術在整個電力系統中的價值。結果顯示，太陽能光伏發電機組在單個發電廠產量中顯示出高度相關性，隨著其在電力系統中占比增加，發電價值顯著降低，在系統分析中將考慮這一現象。相比之下，風電產量在每個風力發電廠之間的相關性較小。即使其占比增加，其價值損失也較小。雖然目前可再生能源發電量在整個能源系統中占比較低，相關性對能源市場的影響較小，但隨著可再生能源發電量占比的不斷增加，相關性影響可能會上升。具有高可變成本技術（如高靈活性的開式循環燃氣輪機）的燃氣發電在電力系統中具有更高的系統價值。

VALCOE度量標準提供了一種從單個發電技術出發，考察其在整個電力系統中系統價值的創新方法。其系統價值不僅取決于間歇性可再生能源在整個能源系統中所占的比例，還取決于互補資源的成本，如儲能或移動互聯技術，以及競爭技術的成本。與許多其他假定長期運行成本最優情景模擬未來系統發展的分析方法不同，VALCOE計算場景試圖復制真實的現實世界系統，未來還將不斷進行系統化分析并完善當前的數據結果。評估不同發電技術的系統價值，可以更全面地了解其經濟成本。但為了衡量發電技術對整個社會的全部成本，還需考慮人類健康影響（空氣污染和重大事故）、環境、就業、自然資源可獲得性和供應安全性等因素。

七、儲能在能源系統中變得尤為重要

間歇性可再生能源發電與天氣的相關性，將導致瞬時電力需求與供應之間的不匹配，某些時刻會導致供應過剩，而在其他時候又會導致供應不足。因此，不同電力儲能技術在各種應用和服務中顯得至關重要。儲能可以改善風能和太陽能光伏發電等間歇性可再生能源發電與電力需求的穩定性。在未來的低碳系統中，多種靈活性方案（例如儲能、需求靈活性以及核電、水電等靈活低碳發電）的組合可能將提供成本最低的解決方案。

八、未來氫能的發展潛力在很大程度上取決于制氫成本

自20世紀70年代以來，全球對純氫的需求量增長了三倍多，目前每年需求約為7500萬噸。需求主要來自煉油和合成氨（占純氫需求量的95%左右）。此外，某些工業還使用氫化氣體作為氣體混合物的一部分，目前每年混合氫需求約為4500萬噸，主要用于化學生產和鋼鐵部門。氫的生產成本受到若干因素的影響，最終成本取決于所使用的燃料（天然氣、煤炭或電力）和技術（天然氣制氫和煤制氫中有沒有利用碳捕集與封存技術、不同類型的電解技術等）。目前，天然氣制氫成本在0.7-1.6美元/千克H2之間，配備CCUS的天然氣重整制氫成本高達1.2-2.0美元/千克H2。在石油和化工領域，低碳氫要取代目前的化石燃料制氫，面臨的最大障礙是成本，只有當電價低于20美元/兆瓦時，電解制氫才能與傳統技術競爭；而在鋼鐵生產中，只有當電價非常低（低于10美元/兆瓦時）時，電解制氫才能與傳統方式競爭；對于乘用車，必須降低燃料電池和車載儲氫的成本，以使其在長距離里程（400–500公里）應用上能與電動汽車競爭。