​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
解除扣押!美国海关放行一企业光伏电池来源:索比光伏网 发布时间:2026-11-02 08:59:21

日本光伏企业Toyo公司披露,美国海关与边境保护局(CBP)在完成对埃塞俄比亚工厂所产太阳能电池的多晶硅及硅片溯源核查后,已放行相关货物。此前两批共计0.094MW、货值1.377万美元的电池曾于5月底被扣留,疑涉强迫劳动风险,但Toyo尚未确认本次放行是否对应该批次。与此同时,美国商务部已于7月17日就埃塞俄比亚光伏产品启动全国性规避调查,重点审查其是否使用中国零部件组装,初裁预计12月中旬公布。Toyo否认指控,强调其埃塞俄比亚产电池原料来自美国和马来西亚,并正推进C-TPAT认证以强化合规。该公司在埃塞俄比亚规划4GW TOPCon电池产能,在美国得州布局2GW组件及1.5GW HJT电池产线。当前,美国对海外光伏产地的供应链审查与贸易壁垒日趋常态化。

美国太阳能协会:光储助力加州批发电价五年下降51%来源:TaiyangNews 发布时间:2026-10-29 09:00:23

美国太阳能行业协会(SEIA)最新分析指出,2021—2026年夏季,加州与德州批发电价分别下降51%和42%,尽管两地同期用电需求分别增长2.5%和30.1%。这一下降主要归因于光伏发电量与电池储能容量的迅猛扩张:加州光伏装机增长90%、储能容量增至62.0GWh;德州光伏增长超四倍、储能达33.1GWh。光储系统正逐步替代高成本调峰电源,并深度参与电力市场出清定价,显著压低高峰与平均电价,为两州用户累计节省约60.5亿美元。但需注意,发电成本下降被大幅上涨的输配电及其他费用所抵消,导致终端电费未同步降低。报告强调,光储部署对跨党派地区电价具有普遍下行作用,是提升电力可负担性的重要路径。(199字)

美国拟设6亿美元阳台光伏补贴,要求本土零部件成本占比超55%来源:TaiyangNews 发布时间:2026-10-28 08:52:03

《Socket Full of Sunshine Act》是美国首部针对即插即用(阳台)光伏系统的联邦法案,由新泽西州民主党众议员Rob Menendez提出。该法案拟在2027至2032财年六年内拨款6亿美元,通过能源部实施:其中每年1亿美元用于支持各州向中低收入家庭提供最高1000美元的设备补贴;其余资金用于推动政策改革与标准建设。法案要求获补设备须在美国本土制造,且本土零部件成本占比超55%,以强化国内光伏供应链。同时,它强制各州公用事业委员会简化审批流程、取消不合理的并网与保险要求、制定统一安全标准,并明确标注预期节电效果;还特别保障租户安装权利,将补贴资格与州级租户保护政策挂钩。此举旨在突破现有监管壁垒,扩大光伏普及范围,覆盖无法安装传统屋顶系统的公寓住户和低收入群体。

京能国际北京市顺义区北坪基地1.6MW分布式光伏项目成功备案来源:京能国际 发布时间:2026-10-23 09:37:16

京能国际顺义北坪基地1.6MW分布式光伏项目完成备案,利用近2万㎡屋顶实现“全额自用”,年发电166万千瓦时,年减碳1001吨。项目紧扣首都“双碳”战略,强化绿色电力供应安全,助力园区低碳转型与能源结构升级。

伍德麦肯兹:从美国到亚太,AI正在重塑电力投资新格局来源:伍德麦肯兹 发布时间:2026-10-22 09:07:38

本文探讨人工智能(AI)数据中心爆发式增长对全球电力投资格局的深刻影响。伍德麦肯兹指出,AI驱动的电力需求激增正催生覆盖可再生能源、燃气发电、储能、输电及先进核能的基础设施“超级投资周期”,尤以美国和亚太地区为重心。美国已签约或洽谈中的数据中心相关负荷达302GW,但项目落地存在显著不确定性;亚太地区数据中心用电量预计2025—2030年增长超两倍,占区域总需求约6%。与此同时,并网延迟、政策调整、成本分摊机制(如大负荷电价)、供应链瓶颈及电网灵活性不足等制约因素,既带来风险,也催生表后发电、虚拟电厂、电网增强技术等新商业模式。投资价值日益取决于技术适配性、项目优化能力与监管环境协同性,而非单纯规模扩张。

Qcells拟推出采用美国制造边框的户用光伏组件来源:TaiyangNews 发布时间:2026-10-22 09:02:59

韩华Qcells计划于2026年底前推出两款新型户用光伏组件(Q.TRON AC与Q.PEAK DUO AC),其核心特征是采用美国本土制造的铝边框,由合作伙伴ALUKO集团位于田纳西州劳德代尔县的新建工厂供应。该工厂目前在建,预计2026年底投产,年产能达4GW,是全美唯一能完成边框制造全部三大工艺的工厂。此举旨在助力项目满足2027年开工项目所需的55%光伏产品本土含量要求,使安装商及第三方所有权服务商可申领美国投资税收抵免(ITC)中的本土含量加成补贴。作为配套投资,ALUKO将在五年内向田纳西州投入超1.07亿美元,创造285个就业岗位。与此同时,Qcells正加速扩大在美制造布局,预计至2026年9月底,其佐治亚州两地工厂组件年总产能将达8.6GW。

1-8月美国组件进口降34%,菲律宾、肯尼亚领跑供应来源:光伏情报处 发布时间:2026-10-19 06:58:30

2026年1—8月,美国光伏组件进口总量为14.63GW,同比2025年同期下降34%,显示整体进口规模显著收缩。在供应来源方面,东南亚与非洲成为主要出口区域,其中菲律宾以4242MW居首,是美国最大组件供应国;肯尼亚以2109MW位列第二、非洲第一,且8月单月出口达792MW,呈现强劲增长态势。印尼、埃塞俄比亚、尼日利亚等国也贡献显著,但出货节奏差异明显:印尼出口高度集中于年初,后期大幅萎缩;埃塞俄比亚保持月度稳定出货,而尼日利亚则从3月起持续放量。越南、马来西亚等传统东南亚供应国份额明显下滑,凸显美国光伏进口来源结构正加速向新兴制造国转移。

11月2日正式发布 AD/CVD 征税令——美国裁定印度、印尼、老挝光伏产品构成实质损害来源:TaiyangNews 发布时间:2026-10-16 08:49:59

美国国际贸易委员会(USITC)于2026年作出最终裁定,认定从印度、印度尼西亚和老挝进口的太阳能电池及光伏组件对美国本土产业造成实质性损害。该裁决基于美国光伏制造贸易联盟(AASMT)2025年7月提交的请愿书,并继美国商务部(DOC)同年9月确认上述三国产品存在倾销与补贴行为后作出。据此,DOC将于2026年11月2日正式发布反倾销与反补贴(AD/CVD)征税令,税率依国别和企业而异,海关将同步开始征收现金保证金。此举标志着美国光伏贸易救济范围继柬埔寨、马来西亚、泰国、越南之后,进一步扩展至印、印尼、老挝三国。AASMT同时正推动针对埃塞俄比亚组装、含中国零部件光伏产品的调查,并联合其他联盟应对韩国等地可能存在的关税规避行为。(199字)

美国国际贸易委员会作出晶体硅光伏电池双反产业损害终裁来源:中国贸易救济信息网 发布时间:2026-10-16 08:44:21

2026年10月14日,美国国际贸易委员会(ITC)就进口自印度、印度尼西亚和老挝的晶体硅光伏电池(无论是否组装入模块)作出反倾销与反补贴产业损害肯定性终裁,认定相关进口产品对美国国内产业造成了实质性损害。该裁决基于此前一系列调查进程:美国商务部于2025年8月7日发起双反调查;2026年2月24日和4月23日分别发布反补贴和反倾销初裁;同年9月11日作出双反终裁。依据ITC的终裁结果,美国商务部将正式颁布针对上述三国涉案产品的反倾销税令和反补贴税令,标志着该案进入征税实施阶段。

TOYO称美国组件产能是需求的两倍:为何自下而上的项目管道至关重要来源:indexbox 发布时间:2026-10-15 10:12:19

文章介绍了TOYO公司在2026年太阳能分析师日上对美国光伏组件制造格局的研判。其核心观点是:美国当前在运组件产能已达约86 GW,约为预计年需求43 GW的两倍,因此无需新增产能;这一判断解释了TOYO暂停本土扩建、并将电池生产战略转向埃塞俄比亚和美国本土的动因。文章指出,随着近年大量硅基组件产能落地,美国市场预测正从过去依赖进口估算,转向需精准评估本土实际产量需求。关键在于采用“自下而上”的项目管道分析法——即依据制造商已签约的电站项目来推算真实产出,而非仅看铭牌产能。最新报告显示,该方法已按区域细化至2028年产能预期,并强调未来十年美国光伏制造轨迹将由10–20家头部供应商的项目落地情况共同决定,这对上游材料投资与整体制造业资本配置具有重大影响。(199字)

为应对美国关税冲击,印度计划通过进出口银行提供信贷额度以推动光伏组件出口来源:商务部网站 发布时间:2026-10-14 14:58:42

为应对美国加征高额关税带来的出口冲击,印度政府拟通过其进出口银行向非洲和拉丁美洲国家提供贷款及信用额度,以促进本国光伏组件出口。此前,美国是印度太阳能组件的最大出口市场,但近期美方对印度产太阳能电池和组件征收高达126%的反补贴税与反倾销税,导致印方对美出口几近停滞。在此背景下,印度新能源与可再生能源部正推动出口市场多元化,重点开拓非洲、拉美等新兴市场,并借助政策性金融工具降低海外采购方的资金门槛,增强印度光伏产品的国际竞争力。该举措旨在缓解贸易壁垒带来的产业压力,维持国内光伏制造业的出口动能。