​美国碳中和之光伏报告01:光伏发展情景

来源:何继江发布时间:2021-10-09 13:40:44

导言:

2021年9月8日,美国能源部发布了有关太阳能的研究报告《Solar Futures Study》


该研究报告是由能效和可再生能源办公室编制的,概述了太阳能如何帮助美国电网脱碳,并帮助实现政府实现关于到2035年电力部门净零排放的目标。该报告中的太阳能包括了光伏和光热发电技术,光伏占绝大部分,CSP即光热发电占比极少。


研究显示,2050年美国电力系统脱碳需要1600吉瓦的光伏。

2050年整个能源系统的脱碳或将需要3000GW的光伏装机量。

清华大学能源转型与社会发展研究中心“每人一千瓦光伏”课题组组织翻译该报告并连载,为行业提供研究资讯。

本报告版权属原作者所有,如需引用,请以英文原文报告为准。

https://www.energy.gov/sites/default/files/2021-09/Solar%20Futures%20Study.pdf

美国能源局能效和可再生能源办公室网址: energy.gov/eere/solar/

美国太阳能发展情景(第二章)

编译人:吕姝秀 清华大学能源转型研究中心每人一千瓦光伏课题组成员,通威股份光伏技术中心的硕士研究生实习生项目成员

《US Solar Future Study》研究报告中主要从“清洁能源部署”、“减排”、“储能、传输和负载灵活性”、“成本和收益”四个方面分析描述了太阳能未来的发展情景。

研究基于三个核心情景(表1 - 1),所有情景均使用NREL的区域能源部署系统(ReEDS)模型实现。”Reference”(参考)表示,假设持续、适度的技术成本降低的情况下太阳能部署和电网脱碳方案,但方案没有设置减排目标。在两种脱碳情景下,ReEDS 模型到 2035 年消除 95% 的电网排放,到 2050 年消除 100% 的排放(相对于 2005 年的水平)。


表1-1 太阳能发展情景定义

注:1、Reference(参考):可适度降低新能源与存储技术的成本,不具备需求灵活性。2、Decarb(脱碳):可大幅度降低新能源与存储技术的成本,但不具备需求灵活性。3、Decarb+E(脱碳+高度电气化): 可大幅度降低新能源与存储技术的成本,需求灵活性增强。

假定这两种脱碳方案都比太阳能(光伏和CSP)以及其他可再生能源(生物能源、地热、水力发电、陆上和海上风能)和储存(电池和抽水蓄能水电)技术的参考方案更好地预测成本的降低。这些成本降低会影响预计的脱碳成本和个别技术的部署轨迹,但不会影响脱碳轨迹,而脱碳轨迹是由排放限制决定的。

两种脱碳方案之间的关键区别与电力需求有关。在“脱碳(Decarb)”方案中,使用标准的未来电力需求预测。“脱碳+高电气化(Decarb+E)”方案更进一步,包括大规模的建筑和交通电气化,这意味着电力需求的显著增加,电网在美国能源系统脱碳中的作用扩大。

一、清洁能源部署

到2020年,并网的太阳能发电装机总规模约为80GW,约占美国电力需求的3%。到2035年,脱碳方案预计累计部署太阳能发电760 - 1000 GW,满足37% - 42%的电力需求(图1 - 2)。到2050年,预计累计部署太阳能发电1,050 - 1570 GW,满足44%-45%的电力需求。我们估计,大约80%-90%的产能来自公用事业规模的太阳能,其余来自较小规模的分布式太阳能。

在Decarb+E方案中,累计部署的太阳能发电装机容量大约是整个现有电网容量的1.4倍。


图1-2 太阳能发展情景下的太阳能部署计划

 


图1-3 Decarb+E情景下,2020年、2035年和2050年的电网混合和能源流动

图1-3 在Decarb+E设想情景下将2020年、2035年美国电网的发电组合与2050年的电网组合进行比较。图中显示了脱碳的两种关键机制: 电网脱碳和高电气化。2035年,在Decarb+E(脱碳+高度电气化)情景下,碳排放化石燃料流量显著减少。

电气化的影响可以从电网的总体增长中得到说明:在Decarb+E情景下,电力需求从2020年到2035年将增长约30%,部分原因是基于燃料的建筑负荷、汽车和一些工业流程的电气化。

2050年电力需求增加了40%,主要是由于交通的持续电气化。2050年,在Decarb+E方案中,所有的发电都是由零碳资源来满足的,主要是太阳能(45%)和风能(44%),还有核能(4%)、水电(4%),燃烧涡轮机运行的零碳合成燃料,如氢(2%),生物能源和地热(1%)。

二、减排


图1-4 相对于2005年,2035年和2050年的电网排放和减少的电网排放情景

图1-4 显示了相对于2005年,各方案对减少电网排放(即燃烧碳排放的化石燃料发电所产生的排放)的影响。即使在参考情景中,电网排放也会下降,这反映了清洁能源技术成本不断降低的影响。Decarb方案设想到2035年电网排放减少95%,到2050年电网排放减少100%。在Decarb+E情景下,相对于2005年的水平,到2035年和2050年电网排放分别减少约105%和155%。这些额外减少的排放反映了在Decarb+E方案中电气化的影响。Decarb+E 中的零碳电网不仅减轻了当今电网的排放,还减轻了以前以燃料为基础的终端用途的排放,尤其是在运输方面。

三、储能、传输和负载灵活性


图1-5 在太阳能发展情景下,计划部署的储能(左)、传输(中)和负载灵活性(右)

除了清洁能源发电技术的扩展之外,太阳能未来的愿景还依赖于四种策略的大幅扩展来管理可变太阳能输出。第一个是允许太阳能系统根据可变的太阳能分布进行发电,当电网无法吸收该输出时减少太阳能。减少使用太阳能可能是整合太阳能的一种成本效益高的方式,特别是在近期。积极管理或计划削减可以提供有价值的电网服务,并使额外的太阳能部署成为可能。其他三种方法是时间转移太阳能输出,空间转移太阳能输出,或转移需求,以更好地利用太阳能输出。这三种方法分别可以通过储能、输电和需求灵活性来实现,根据太阳能未来的愿景(图1-5),预计这三种方法都将大幅提高。

输电线路将电力从发电机输送到负荷中心,有时长达数百英里。扩大电力传输范围使电网更加灵活,并使太阳能整合成为可能。通过扩大传输,一个地方的丰富太阳能可以转移到满足地理偏远地区的需求。此外,输电扩展可以将电网扩展到地理上与负荷中心隔离的太阳能丰富的地区。与参考方案相比,Decarb+E方案将使现有的美国传输网络扩大90%。

负载灵活性是指某些负载随时间或空间变化的固有能力。负载灵活性是一个很大程度上未被利用的电网资源。在Decarb+E方案中,负载灵活性是有效集成太阳能的关键因素。到2050年,负载灵活性可提供80-120 GW的容量,并将脱碳的边际电力系统成本降低约10%。

四、成本和收益


图1 - 6 核心情景下2035年(顶部)和2050年(底部)的电力边际系统成本估计和驱动因素

在所有情况下,在清洁发电、储存和传输、运营和维护以及这些资产的燃料(如适用)方面的资本投资都会产生成本。这些成本影响电力成本。图1-6显示了 2035 年和 2050 年核心情景的全国平均边际系统电力成本,以及影响相关情景成本的四个因素——技术成本、排放政策、电气化和需求侧灵活性。在2035年,尽管在Decarb情景下采用了排放上限,但Decarb情景下的电力系统边际成本仍与参考情景非常相似,是因为技术进步和排放限制的抵消影响,在Decarb+E情景中,需求灵活性抵消了更高的电气化驱动成本,因此2035年的电力成本略低于其他两个情景的成本。换句话说,太阳能和其他清洁技术的进步与灵活需求的结合,将大幅(95%)减少电网排放,而边际电力成本少量增加或不增加。

*注:本文为翻译文

译者总结:

1. 研究报告主要从“清洁能源部署”、“减排”、“储能、传输和负载灵活性”、“成本和收益”四个方面分析描述了太阳能未来的发展情景。

2. 在两种脱碳情景下,ReEDS 模型预计到 2035 年消除 95% 的电网排放,到 2050 年消除 100% 的排放(相对于 2005 年的水平)。

3. 到2020年,以交流(AC)为基础的太阳能发电约为80GW,约占美国电力需求的3%。到2035年,脱碳方案预计累计部署760 - 1000 GW,满足37% - 42%的电力需求(图1 - 2)。到2050年,预计累计部署1,050 - 1570 GW,满足44%-45%的电力需求。

4. 大约80%-90%的产能来自公用事业规模的太阳能,其余来自较小规模的分布式太阳能。

5. 在Decarb+E方案中,累计部署的太阳能容量大约是整个现有电网容量的1.4倍。

6. 在Decarb+E情景下,电力需求从2020年到2035年将增长约30%,2050年电力需求增加了40%,部分原因是基于燃料的建筑负荷、汽车和一些工业流程的电气化。

7. 2050年,在Decarb+E方案中,所有的发电都是由零碳资源来满足的,主要是太阳能(45%)和风能(44%),还有核能(4%)、水电(4%),燃烧涡轮机运行的零碳合成燃料,如氢(2%),生物能源和地热(1%)。

8. 在Decarb+E情景下,相对于2005年的水平,到2035年和2050年电网排放分别减少约105%和155%。这些额外减少的排放反映了在Decarb+E方案中电气化的影响。

9. 在Decarb+E方案中,负载灵活性是有效集成太阳能的关键因素。到2050年,负载灵活性可提供80-120 GW的容量,并将脱碳的边际电力系统成本降低约10%。

10. 太阳能和其他清洁技术的进步与灵活需求的结合,将大幅(95%)减少电网排放,而边际电力成本少量增加或不增加。

责任编辑:qypsolarbe
索比光伏网&碳索光伏版权声明:

本站标注来源为“索比光伏网”、“碳索光伏"、"索比咨询”的内容,均属www.solarbe.com合法享有版权或已获授权的内容。未经书面许可,任何单位或个人不得以转载、复制、传播等方式使用。

经授权使用者,请严格在授权范围内使用,并在显著位置标注来源,未经允许不得修改内容。违规者将依据《著作权法》追究法律责任,本站保留进一步追偿权利。谢谢支持与配合!

推荐新闻
最高超173%!美国敲定印度、印尼和老挝光伏双反终裁税率来源:TaiyangNews 发布时间:2026-09-21 09:01:40

美国商务部已对印度、印尼和老挝出口的晶体硅光伏电池及组件作出反倾销(AD)与反补贴(CVD)终裁,认定存在倾销行为并获得可抵消补贴。终裁税率差异显著:印度AD税率为123.04%、CVD税率为126.09%;印尼AD税率为94.36%、CVD税率介于73.2%至173.7%;老挝AD税率为65.43%、CVD税率在82.03%至153.67%之间。该调查始于2025年7月美国光伏制造与贸易联盟(AASMT)提出的“Solar IV”申诉,是继针对中国(Solar I)及柬埔寨等四国(Solar III)系列双反行动后的延续。目前措施尚未生效,须待美国国际贸易委员会(ITC)于2026年10月14日作出产业损害终裁;若结果为肯定性,商务部将于11月2日签发税令。与此同时,美方正将调查范围扩展至埃塞俄比亚等地,并同步推进多晶硅进口限制及对韩国光伏产品的新增双反申请。(199字)

SEG在美国开启HJT组件生产来源:光伏情报处 发布时间:2026-09-20 09:28:02

美国光伏制造商SEG Solar于2026年9月15日在休斯顿大都会区的汤姆博尔一号工厂成功下线首批异质结(HJT)光伏组件,正式开启HJT高效组件的规模化商业生产。此举使该公司在北美的HJT组件总产能达6吉瓦,并推动其美国本土总产能将于2027年提升至10.6吉瓦。HJT技术凭借优异的双面发电能力、更低温度系数和更小衰减率,可显著提升电站全生命周期发电量与经济性。新工厂采用全流程数字化管理、AI视觉质检及智能排产系统,保障高可靠性与高效率。SEG还规划2028年建成本土光伏电池片产线,实现从硅锭到组件的全产业链垂直整合,以强化供应链自主性,加速HJT技术在美国市场的普及应用。(199字)

规模扩大2倍!ARRAY 启用美国新支架工厂来源:TaiyangNews 发布时间:2026-09-20 09:11:04

ARRAY Technologies在美国新墨西哥州阿尔伯克基启用一座投资超5000万美元、占地21.6万平方英尺的新制造工厂,规模约为原址的三倍。该工厂将实现部分此前外购零部件的自主生产,强化本土供应链,并支持生产、组装、设计、工程及客户服务等环节,创造约300个就业岗位。项目获多项公共资金支持,包括新墨西哥州及地方LEDA基金共300万美元,并符合美国《通胀削减法案》第45X条税收抵免资格。工厂已获LEED认证,具备产能扩展能力。当前公司未交付订单达25亿美元,其中OmniTrack等新产品占2026年Q2订单半数。此外,ARRAY计划以2.03亿美元收购AWM公司,拓展至系统平衡部件(BOS)领域,切入储能与数据中心市场。

美国两大光伏储能协会宣布合并!来源:TaiyangNews 发布时间:2026-09-20 09:07:46

美国太阳能工业协会(SEIA)与社区太阳能准入联盟(CCSA)宣布将于2026年10月初完成合并,整合双方团队、资源及政策倡导职能,在SEIA框架下统一运营。此次合并已获双方董事会批准,旨在构建覆盖公用事业规模、工商业、户用及社区光伏与储能全细分领域的全国性行业代表机构。SEIA此前主要服务前三大市场,而CCSA专注推动社区太阳能发展;合并后将强化对分布式能源的政策支持能力。新实体将成为美国唯一全面代表光伏与储能行业的国家级协会,致力于提升能源可及性、可负担性与电网可靠性。数据显示,2026年第二季度美国光伏新增装机11.4GW(DC),储能新增20.2GWh,二者合计占当期电网新增装机的70%。(199字)

美国密尔沃基4.6MW垃圾填埋场光伏扩建项目投运来源:wedoany 发布时间:2026-09-17 10:04:31

美国威斯康星州密尔沃基市于9月15日正式投运一处位于已封场垃圾填埋场(米切尔国际机场附近,1600 E College Avenue)的4.6MWac光伏扩建项目。该项目将场址总装机容量由原有的约2.2MW提升至约6.85MW,成为该市当前规模最大的太阳能设施。扩建由公用事业公司We Energies持有,SunVest负责设计与建设,依托州级“Renewable Pathway Program”获批实施。鉴于场地毗邻机场及空中国民警卫队设施,且需保护填埋场封盖层,工程采用配重式非穿透支架系统,避免地下施工。项目投运后,全市实现100%可再生电力供应的市政建筑增至80座,并与Caledonia等其他光伏项目协同,支撑公共建筑绿电采购。该扩建被列为密尔沃基市2026年气候行动关键新能源举措,体现了封场土地再利用、集中式光伏开发与市政低碳化深度融合的实践路径。(199字)

涵盖风光储,Invenergy与HASI达成2.7GW美国可再生能源合作来源:TaiyangNews 发布时间:2026-09-16 08:55:03

美国可再生能源开发商Invenergy与绿色基础设施投资公司HASI达成战略股权合作,共同推进总装机2.7GW的风光储一体化项目组合。该组合覆盖亚利桑那、新墨西哥、得克萨斯等7个州的10个项目,横跨6大电力市场,其中超850MW已并网运营,其余项目预计于2027年第一季度前全部投运。所有项目均配有与企业、公用事业及公共部门等投资级购电方签署的长期购电协议(PPA)。HASI将在各项目达到商业运营阶段时提供资金支持,而Invenergy保留多数股权及项目控制权,并持续负责开发、建设与运营管理。此次合作旨在助力Invenergy实现资本循环与长期增长,亦契合HASI依托绿色债券融资扩大清洁能源资产布局的战略方向。

美国二季度光伏新增11.4GW同比飙升45%:一场与税收抵免到期赛跑的"抢装"来源:国际能源小数据 发布时间:2026-09-15 09:13:22

美国2026年第二季度光伏新增装机达11.4GW(直流侧),同比增长45%,创同期历史新高,上半年累计新增19.2GW,占全美新增发电容量的45%。此轮增长主要由公用事业规模项目拉动(二季度新增9.6GW,同比增61%),而户用光伏则同比下降12%。驱动因素在于政策窗口期:特朗普政府计划自2026年7月4日起逐步取消可再生能源税收抵免(ITC/PTC),“安全港”条款促使开发商集中抢并网或抢开工以锁定补贴资格,形成“抢装潮”。尽管许可审批、电网扩容等挑战持续存在,但Lazard研究指出光伏仍是美国成本最低的电力来源,行业正加速从“政策驱动”转向“市场驱动”,二季度数据标志着旧补贴周期的尾声与新发展阶段的开启。(199字)

抢装潮促进美国 Q2 光伏装机激增 45%,截至9月本土组件产能超75GW来源:TaiyangNews 发布时间:2026-09-15 09:06:28

本文介绍了2026年第二季度美国光伏市场因“安全港”截止日期(7月4日)引发的抢装潮,推动当季新增装机达11.4GW,同比增45%、环比增43%,其中地面电站贡献9.6GW(同比增61%),主要为锁定第48E/45Y税收抵免。同期分布式光伏表现疲软,户用装机仅995MW(五年最低),同比下降12%,主因2025年第25D条款终止及商业模式转型受阻;工商业和社区光伏则呈温和增减。尽管短期项目储备达216–240GW,但审批延误、并网困难、政策不确定性及新贸易措施(如15%关税、最低进口价格、逆变器管制)正加剧供应链压力。截至2026年9月,美国已投运光伏组件产能升至75.3GW,电池产能10.6GW。长期来看,行业预期仅小幅上调,2026–2031年年均新增装机预计维持在约44GW。(199字)

美国商务部最终对来自印度、印度尼西亚和老挝的太阳能进口征收高额关税来源:路透社 发布时间:2026-09-14 08:52:30

美国商务部最终裁定,对来自印度、印度尼西亚和老挝的太阳能电池及组件征收高额反倾销与反补贴关税,认定这些国家生产商存在倾销行为并获得不公平政府补贴。具体税率方面,三国反倾销税率分别为123.04%、94.36%和65.43%;反补贴税率则分别为126.09%、73.2%–173.7%和82.03%–153.67%。该调查由美国太阳能制造与贸易联盟发起,成员包括First Solar、韩华Qcells等本土企业。联盟称此举旨在维护公平竞争环境。下一步,美国国际贸易委员会将于10月14日裁定进口是否对国内产业造成实质性损害;若认定成立,商务部预计11月发布最终征税命令。此案延续了自2012年针对中国太阳能产品启动的长期贸易争端,反映了美国为遏制产能转移、保护本土制造业所采取的持续性贸易措施。(199字)

中能创太阳布发明专利在美国授权办登,硬核创新通过全球最严苛市场认证来源:中能创光电科技 发布时间:2026-09-11 09:05:04

中能创太阳布(Cando Solar Cloth)获美国发明专利授权,突破全球最严苛知识产权审查。该轻量化可卷曲太阳能技术减重10倍、卷绕寿命超10000次,卫星太阳翼成本降90%。作为轻刚®系列延伸,已布局中、美、欧、日专利170+项,加速柔性光伏全球化落地。

京能国际北京平谷峪口镇燕谷0.7MW分布式光伏项目成功备案来源:京能国际 发布时间:2026-09-10 09:31:07

京能国际北京平谷峪口镇燕谷0.7MW分布式光伏项目于9月8日完成备案,采用“自发自用、余电上网”模式,年发电约70万千瓦时,年减碳636吨,助力首都能源结构优化与“双碳”目标实现。