巴西的2050年国家能源计划(NEP 2050)概述了太阳能光伏发电对巴西能源结构的重要性。报告说，太阳能已经成为一种可替代的可再生能源，具有竞争性，可以帮助该国履行减少温室气体的承诺。与风能一样，NEP报告认为，由于其在2050年的时间范围内预期的竞争力增强，太阳能光伏发电将显着扩展。仅考虑集中发电，到2050年太阳能光伏的装机容量应达到27-90 GW，平均产生8-26 GW。这些数字假设到2050年太阳能总装机容量为5–16%，占总能源的4–12%，而DG光伏在混合能源中所占的份额不计。
在Covid-19大流行期间发布的《巴西2050年国家能源计划》(NEP 2050)阐明了该国能源行业的长期战略，同时对历史上这一时刻的不确定性表示关注，在这一时期，公共卫生是未来的关键因素整个经济领域，进而是电力部门。然而，该计划宣称其对未来的展望具有重要意义，并主张其在这一充满挑战的时期内具有指导发展的能力。
矿产和能源部于2020年12月16日发布的NEP 2050，通过研究能源生产和使用中的若干持续变化，探讨了能源行业发展的不同方面。该报告旨在通过对与不同能源政策选择相关的长期影响进行建模和分析来支持决策。它的既定目标是“不是预测未来，而是在非常复杂的互动，丰富的变量和不确定性以及有时具有破坏性的变化的背景下为决策者提供帮助”。
该报告提出了两种可能的情况：第一，“扩张的挑战”，着眼于基础设施和能源供应的扩张，以满足需求的显着增长;第二个是“停滞”，它考察了相对停滞对巴西人均能源需求的影响。该报告认为，“扩展挑战”方案将要求增加和改进当前的程序和政策，并引入创新的解决方案，以促进能源部门的长期扩展。此外，必须稳定地供应电能，同时要满足包括能源安全，足够的投资回报率，人的可得性以及社会和环境责任在内的标准。在“停滞”情况下，分析了人均能耗保持不变的后果。在这种情况下，就没有必要扩大容量来满足需求的增长，重点将转移到其他问题上，例如最适合本国能源结构的问题。
扩展方案允许平均每年2.2%的增长率，并支持以下观点：2050年的消费量可能达到2015年底记录的水平的两倍，自此以来的前十五年，每年的增长速度超过2.5%然后，考虑到平均GDP年增长率为3.1%，人均GDP增长率为2.8%。另一方面，“停滞”情况显示，在同一时间段内，消费增长了10%以上。
尽管长期来看电力行业的发展存在不确定性，但该报告指出，巴西的能源潜力远远超过了这段时期内估计的总能源需求。这就带来了管理资源的挑战，以及该国成为各种不同可再生资源的主要能源生产国所带来的经济影响。
根据NEP报告，到2050年，巴西的能源潜力将达到近2800亿吨油当量/吨。这个数字表示非可再生资源潜力为215亿吨油当量，加上35年 然而，能源需求可能会从3亿吨油当量/年增加到大约6亿吨油当量，在35年内，累计总能源需求量可能接近150亿吨油当量，这说明了巴西的资源潜力与巴西的能源潜力之间存在巨大差距。估计的能源需求(图1)。
资源的最佳利用受技术和经济约束，涉及技术，法律，法规，环境，社会和政府方面。NEP报告指出，这些变量导致存在一些更易于开发的资源，而其他资源则较少。但是，仅最容易获得的资源所占份额超过了该时期累计能源需求总量的60%。难以开采的资源份额总计约为2550亿吨油当量，其中略超过100亿吨油当量来自不可再生资源。可再生资源(其最具挑战性的潜力到2050年将达到2450亿吨油当量)包括可能侵占保护区的水力发电厂(HPP)，离海岸10公里至200英里的海上风电场，和离岸太阳能光伏项目，辐射范围为6.5至6.8 kWh /m²/天。浮动光伏发电的估计技术潜力约为每年4,443 TWh。
易于开采的资源份额总计超过240亿吨油当量，其中110亿吨油当量来自不可再生资源。可再生资源-可能高达130亿个脚趾-包括火力发电厂，生物质，不侵占保护区的HPP，陆上光伏电站和风电场，小型水力发电厂以及离海岸10公里以内的海上风电场。
图一
用电量
该报告在“扩张的挑战”部分中指出，从2015年起，潜力(包括电网服务的消耗，通过自产，通过分布式发电的消耗，所有这些都在不考虑提高能效的情况下估算)将平均每年增长3.5%。到2050年，平均达到约240,000 MW(或略高于2,100 TWh)(图2)。在这一总数中，估计有5%的潜在消耗(平均近11,000兆瓦)将由分布式发电服务，而有7%(或平均16,000兆瓦)将由自产发电服务。据估计，在那个时间段内，能源效率将大大提高，到2050年将达到总需求的17%，或平均略高于40 GW(约360 TWh)。
图二
在“停滞”部分中，由于经济扩张和经济增长的放缓，预计从2015年到2050年，潜在用电量的平均年增长率为1%pa，平均达到100,000 MW以下(或略低于870 TWh)。适度的人口增长。在这一总数中，自发电的份额上升到14%(或平均13,000 MW)，而分布式发电的份额达到7%(平均近6,000 MW)，而到2050年，能源效率将占总需求的10%。(或平均不到10,000 MW)。
在“扩展”方案中，通过集中发电的电力需求平均将达到约172,000 MW，相当于2015年记录的消费量的2.5倍(图3)，并且如果加速扩展的前景可能更大DG的生产，自产，太阳能热能和能源效率都没有实现。在“停滞”情景中，预计集中发电量平均将保持在65,000到70,000 MW之间-大约是2050年总能源需求的2/3，这不仅是因为与这种情景相关的增长较为温和，而且自我生产和危险品相对参与的增加。
图三
电力来源
NEP所考虑的主要可扩展电源是水电，生物质能，风能，太阳能，天然气，煤炭和核能。巴西约有四分之三的电力来自可再生能源，目前是世界上可再生能源比例最高的国家之一。为了长期保持较高的可再生能源份额和较低的碳排放量，水力发电仍将在国家电网沿线电力供应方面发挥至关重要的作用，因为其操作灵活，可将能源存储在水库中的能力报告称，以及与其他可再生资源的协同效应。
NEP报告的水电潜力为176 GW，截至2019年有108 GW的运营和建设中以及68 GW的库存水电潜力。该数字包括巴西电力监管机构ANEEL清单和批准的30兆瓦以下的HPP和水电项目。
除了通过重新装机实现10 GW的潜力外，还可以通过与其他南美国家的能源整合来扩大HPP项目的范围：双边项目10 GW，其他国际项目24 GW，将总潜力提高到198 GW。该数字不包括30兆瓦以下的单个项目，这些项目加起来总计为22吉瓦。
根据该报告，由于面对不断增长的需求以及间歇性可再生能源(例如风能和太阳能)的普及，系统的相对存储容量减少，水力发电厂的运营灵活性已变得越来越重要。这是因为水力发电厂，甚至是上游的水力发电厂，都可以从一定程度的资源管理中受益，这使得满足容量和灵活性要求以及各种辅助服务成为可能。
该报告指出，即使在2050年时间内电力需求大幅增长的情况下，库存的可用水电潜力也将保持相对较小(52 GW)，因此HPP在电力结构中的装机容量份额可能会增加。从2015年的64%下降到2050年的31%，可再生能源的份额也从15%上升到45%。由于生物质能，风能和太阳能的可调度性较低，因此在该时间范围内可能导致功率补充扩展超过60吉瓦。
当模拟没有侵害保护区的HPP项目可用的情况时，与使用所有盘点潜力的情况相反，选定的HPP的增加容量到2050年将下降近30 GW。在这种情况下，有必要扩大其他来源的使用，其他来源在总装机容量中所占的份额应上升到50%以上。这也使得有必要将互补功率提高到67 GW。
在“扩张的挑战”情景中，2050年的电力需求是2015年的三倍。因此，鉴于间歇性可再生能源的相对竞争力更高，预计风能的使用将大大增加。模拟表明，到2050年，风能的装机容量可能达到110-195吉瓦，平均发电量为50-85吉瓦，这表明它在此期间在电力结构中的重要性日益提高：占总装机容量的22-33%，平均占总能量的27–40%。如果考虑到特殊情况，到2050年风电的总装机容量甚至可能超过200吉瓦，例如可再生能源的100%扩张和电动汽车车队的100%–在这些情况下，风电项目可能达到209吉瓦和246吉瓦分别，
另一方面，根据国际可再生能源机构(IRENA)的一项研究，太阳能已成为全球装机容量年增长最显着的能源，这主要是由于近年来价格下跌对技术的影响。正常运行超过30年的项目，巨大的现有技术潜力以及太阳能公园的无温室气体排放运行，都证明了其强大的耐用性。
巴西的地理位置意味着它受到的平均日照量很高，这一事实刺激了该国各地可行的太阳能项目的发展。因此，报告说，通过在6,000-6,200 Wh /m²的照射范围内利用其307 GWp的潜力，太阳能已成为可再生能源的竞争替代品，可以帮助该国履行减少温室气体的承诺。
与风能一样，NEP报告认为，由于其在2050年的时间范围内预期的竞争力增强，太阳能光伏发电将显着扩展。仅考虑集中发电，到2050年太阳能光伏的装机容量应达到27-90 GW，平均产生8-26 GW。这些数字假设到2050年，太阳能总装机容量为5%至16%，占总能源的4%至12%，而DG光伏在混合能源中所占的份额不计(图4)。当太阳能变得更具竞争力时，这种膨胀应该主要发生在时间框架的最后几十年。此外，应注意的是，太阳能光伏发电应弥补水电装机容量扩展的局限性。
图四
此外，如果偏爱风能，则2050年集中式太阳能光伏总装机容量可能会超过100 GW(在分析的情况下，可能存在一些限制因素，以防止2050年风能的总装机容量超过50 GW) )，或者如果传播范围受到限制(例如，直到2019年进行拍卖，例如在分析中的极端情况下)。在这两种情况下，集中式太阳能光伏装机容量应分别达到约95 GW和190 GW。这些数字涉及到2050年集中式太阳能在总装机容量中的18-30%。
由于太阳能光伏的模块化，成本降低和在全社会的普及，到2050年，它应占分布式发电总装机容量的85%以上，即28-50 GW，即总负荷的4-6%。
能源转型：去中心化，去碳化和数字化
该报告还探讨了向低碳经济，能源分散化以及能源生产和使用数字化的能源过渡。在这种情况下，存在激励措施，以更有效地利用能源并减少对碳密集燃料的使用。能源转换过程的电气化以及过程，控制和服务的自动化和数字化也受到刺激，从而可以提高能源效率并扩大不可分派的可再生能源(例如风能和太阳能)的使用。
能源过渡将基于(主要是可再生的)电气化，生物燃料，能源效率(由数字化驱动)和天然气。如果提高电池的竞争力，它们也有望在确保电气系统的可靠性方面发挥关键作用。报告称，氢在能源转型中也起着一定作用，因为一些可再生能源是间歇性的，并且能源的几个最终用途部门不太可能被电力或生物燃料所覆盖。氢气可以通过多种方式生产，但是使用可再生电源通过水电解产生的“绿色氢”被认为是全球最相关的，根据NEP，人们广泛预计巴西将成为该领域的主要参与者。
在脱碳主题上，挑战包括有效利用该国的可再生资源以及整合降低经济中碳强度的新功能，例如有效利用能源，需求响应，智能电池和智能电网。还考虑了生物燃料，交通电气化和智慧城市。NPE报告建议消除目前阻碍低成本环境缓解(尤其是提高能效的那些障碍)的障碍;在有关应对气候变化的国际谈判中评估该国立场的替代方案;设立公共政策监督机构，以消除巴西能源结构的脱碳;设计新产品;并支持能源效率和创新工作。
关于去中心化，该报告提请人们注意分布式能源(DER)，强调分布式太阳能光伏系统，并讨论了越来越多地使用数字化系统，按照工业4.0协议做出自动化，去中心化决策以及区块链去中心化以提高安全性和增强功能的问题。点对点交易的效果。NEP说，技术创新带来的新可能性将极大地扩大电力行业的服务范围和供应。它们还将使服务提供商，生产者和消费者在该行业中发挥越来越积极的作用。在新挑战中，报告强调，DER的涌入将带来更多的参与者，并将要求输电和配电公司在电网的管理和运营中发挥越来越积极的作用。随着能源资源分散化的加剧，参与者之间实时信息交换的需求将越来越大，以便价格信号可以指导资源的使用，从而最大程度地发挥系统效益。另一个明显的挑战是创建市场设计，使价格能够反映电网的局限性和供应不足的时期。有必要建立一个路线图，列出对实时信息交换的期望以及所需市场设计的每个阶段所需的详细程度，以便参与者能够为其后续阶段做准备。还建议将服务分配给不同的参与者，以便分销商可以将精力集中在与能源购买无关的分配服务的薪酬模型中。列出了系统优化的一些技术挑战，这些挑战涉及分销和传输服务提供商之间的集成，以及需要为消费者，生产者和聚合者定义义务，约束，利益和惩罚。
关于能源生产和使用中的数字化，智能电网应允许更好地控制资产及其性能，基于系统运行的数据分析，更好地应对价格波动以及最佳利用新技术(例如分布式发电，需求响应，电力存储和电动汽车)。但是，NEP警告说，不同参与者之间可能会出现协调问题，这可能会影响电力供应的可靠性。另一方面，在消费者可能在系统性能中扮演积极角色的情况下，数字化有助于提高操作的可靠性和效率。在这种情况下，
该报告认为，越来越多的能源生产和使用数字化将带来新的商机，更有效的定价和收费结构，以及对不同消费状况的更充分管理。不断发生的深刻变化使得有必要跟踪智能计量的部署以及物联网，云计算，大数据，数据分析，人工智能和区块链等新技术的可能影响，并警惕诸如此类的新挑战由于需要最大程度地降低网络攻击的脆弱性，信息安全的成本以及集中操作在电气系统完整性中的新作用。
NEP说，数字化有可能建立互连能源系统的新架构，这表明需要建立监管框架和市场设计，以通过对运营商，消费者和生产商的正确激励来充分分配成本和收益。
消费者的角色
NEP 2050强调的另一点是技术进步和新商业模式带来的消费者角色变化。有关消费模式的更多信息应有助于消费者参与，同时为新产品和服务开辟道路。换句话说，与数字化相关的新基础架构，个人消费者喜好的揭示以及更新市场设计和法规的需求应产生新的业务模型并增加参与者的多样性。
NEP警告说，如果该国要优化其能源的利用，则公共政策不仅必须承担能源消耗的增长，还必须承担新的消费者行为。报告中讨论的挑战包括需要提高监管透明度和法律确定性，以及巴西电力系统的复杂性不断升级。
责任编辑：肖舟
