需求增长中的美国环保署电厂规则

《电力线路》是一个时事通讯系列,回顾电力行业的重要事件,包括电网可靠性、传输问题以及新兴技术和商业模式。《电力线》将突出该行业的技术、地方和通常深奥的故事与华盛顿特区举行的气候和能源高级别公共政策对话之间的联系和相关性

4月2日,美国环境保护署(EPA)宣布了一项关于化石燃料发电厂温室气体排放的最终规定。该规则为现有的燃煤电厂制定了严格的减排标准,但明显比最初的规则提案后退了一步,取消了对现有燃气电厂的要求。

自最初提出该规则以来,由于工业扩张和人工智能驱动的数据中心投资在全国范围内出现了预期的需求增长,电力行业经历了范式转变。随着需求增长,发电储备利润率下降,新发电的互联队列严重积压,环境保护署的规定对美国电力行业的稳定性和该行业联邦政策制定的整体一致性提出了重大问题。

简要回顾美国环境保护署的最终规则美国环境保护署的最终规则侧重于美国燃煤电厂船队。美国约有225家运营中的燃煤电厂,年发电量为675太瓦时,占2023年总发电量的16%,占电力行业温室气体排放量的50%以上。

对于这些发电厂,美国环保署给出了几种选择。那些承诺到2032年退休的汽车不受新的排放要求限制;承诺到2039年退役的工厂到2032年应减少16%的排放量;否则,该规则要求工厂到2032年实施碳捕获和封存(CCS)技术,捕获至少90%的排放。

考虑到CCS技术的商业不成熟性、高昂的成本以及CCS基础设施(如油井和二氧化碳管道)复杂的许可要求,很难想象许多电厂业主会认为对这种技术的投资具有吸引力。即使45Q税收抵免提供每吨碳封存85美元,在能源部最近的碳管理报告中,燃煤电厂的CCS仍被视为碳管理的“长期”(2030年后)机会。因此,如果这一规则得以实施,预计到2039年,大部分煤炭船队将实际上消失,可能只剩下零星的CCS运营电厂。这意味着最高188千兆瓦峰值有效容量的退役。

最终规则没有影响现有的燃气电厂,但新的基荷联合循环电厂也将通过CCS获得90%的温室气体捕获率。这将极大地改变计划建设燃气电厂的公用事业公司的投资前景,以应对激增的需求增长,尤其是在美国东南部。美国环保署估计,遵守这一标准会使新工厂的平准化成本增加62%,尽管电力公司可能会选择建设多个工厂,并以低容量系数运行每个工厂,从而避免CCS要求。无论是哪种情况,该规定都大大提高了新燃气发电能力的成本。

需求增长背景下的EPA规则考虑到美国电力需求激增的背景,一个主要问题是EPA规则对电力部门同时满足这一需求增长和回填退役煤炭车队的能力的影响,同时保持可靠性和可负担性。EPA承认这个问题,并考虑到这一挑战降低了规则的要求:燃煤电厂的合规日期推迟了两年,对现有燃气机队的要求被取消,并引入了新的基于可靠性的截止日期延长选项。尽管如此,未来十年左右电厂退役和需求增长的综合规模表明了在减排的同时满足不断增长的负荷的挑战。

在需求方面,北美电力可靠性公司(NERC)的2023年长期资源充足性报告提供了一个有用的起点;它预计未来10年美国的峰值电力需求将增长78千兆瓦。其他来源的数据点显示了类似或更快的增长率。德克萨斯州电网运营商ERCOT最近发布了一份长期需求预测,显示到2030年需求将增长62 GW。大西洋中部13个州的电网运营商PJM预计,到2034年,夏季需求增长峰值将达到25 GW。考虑到这些数字,从各方面来看,NERC的预测将在其2024年报告中大幅上调。

将潜在的煤炭退役量(188千兆瓦)和NERC的峰值需求增长预测(78千兆瓦)结合在一起,美国预计未来十年的峰值有效新产能部署需求将远远超过250千兆瓦。

建设新的能力问题是,这一要求能得到满足吗?Lawrence Berkeley国家实验室(LBNL)列出的项目提供了一个有希望的数据点,有1,570 GW的发电容量需要互联。客观地说,位于佐治亚州的全新沃格特尔4号核反应堆的发电能力只有1.3吉瓦;从更长远的角度来看,今天美国所有运营中的发电厂的总容量约为1,280 GW。

但这些引人注目的庞大数字需要细致入微的解读。首先,风能和太阳能项目占总容量的1,452 GW,这些资源的有效容量值远低于铭牌容量值,风能和太阳能分别约为38%和30%。按照电网运营商在其资源规划模型中的相同方式降低这些铭牌容量,仅留下149吉瓦的风能和326吉瓦的太阳能。

从积极的方面来看,LBNL的数据显示了一种混合趋势,例如在一个项目点将太阳能电池阵列与电池存储配对,这提高了给定项目的有效容量值。超过1,000 GW的电池存储容量处于互联队列中。作为一种本身不发电但可以随时转移电力的资源,它们可以抑制造成可靠性风险的需求高峰期,并减少对新发电的总体需求。

另一个关键的解释性说明是,互联互通队列中的大多数项目永远不会建成。从2000年到2018年,提交到互联互通队列的项目中只有19%建成,LBNL的数据表明这一趋势正在恶化。这些请求代表了开发人员正在寻找的潜在项目;提交互联请求并进入队列只是研究给定站点可行性的一个初步步骤。一个项目的建设需要许多额外的步骤,例如获得承购协议、从第三方贷款机构获得债务融资,以及通过地方、州和联邦各级的许可流程。再次缩小这一完成率的数字,美国在未来几年可能仅建成26吉瓦的风能和62吉瓦的太阳能有效容量。

输电的作用这些互连队列相对于大约250 GW的综合发电需求的缩小估计为令人担忧的资源充足性和可靠性状况奠定了基础。PJM和MISO等电网运营商已经敲响了警钟,因为工程和电力流动的物理现实给这一挑战增加了额外的复杂性。

大多数即将退役的燃煤产能位于中西部和东海岸的需求中心附近。潜在风能和太阳能容量的替代容量通常位于输电系统接入受限且远离需求中心的地点。为了实现这一目标,需要一个大幅扩张的输电网络,这一结果主要是由成本分配的艰难政治决定的。尽管存在成本和许可方面的挑战,但在应对负荷增长挑战方面,扩大输电容量将发挥与新一代本身同样重要的作用。扩大输电能力不仅提高了联网项目的速度和完成率,还改善了区域间转移,这实际上增加了现有发电资源的价值。

对全行业战略的需求美国环保局的规定无疑给电力行业带来了额外的压力,因为电力行业试图满足激增的需求,降低碳排放强度,并保持家庭和企业在全球市场中寻求优势的可承受价格。

如果积极采取其他政策手段,未来10年燃煤电厂数量的迅速减少是可以控制的。这些既定的优先事项包括扩大区域和区域间输电系统、部署需求侧和电网增强技术、改善气电协调和中游投资以及大规模核电扩张计划。不幸的是,考虑到联邦一级涉及的广泛管辖范围,包括核管理委员会、联邦能源管理委员会、能源部和其他具有许可权限的机构,更不用说州和地区电网运营商一级的复杂政策组合,这一途径的可行性尚不确定。

可以肯定的是,电力行业在美国经济中的中心地位日益提高,在实现美国在关键行业的战略雄心方面发挥着越来越大的作用。现在是电力部门制定政策的战略视角和方法的时候了。

Cy McGeady是华盛顿战略和国际研究中心能源安全和气候变化项目的研究员

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