斯洛文尼亚电力系统可持续转型2050年愿景

作者:斯洛文尼亚学者 时间:2023-04-06

北外中东欧研究中心编译

The Center for Central and Eastern

European Studies, BFSU

教育部国别和区域研究培育基地  

北京外国语大学 “中东欧研究中心”主办

2023年第6期(总第36期)2023年2月20日  






编者按


当前,斯洛文尼亚、欧洲、乃至全球的能源行业都面临着向无碳未来过渡的挑战。如果按照政府间气候变化专门委员会(IPCC)将全球变暖控制在+1.5℃以下的设想,那么电力系统的可持续化转型将在未来几年发挥关键作用。

本研究在依据电力脱碳、能源进出口安全、能源自给水平三个原则,为斯洛文尼亚电力系统提出了未来30年可持续化转型的路线:将可再生能源和核电相结合,以填补日益增长的需求与现有和计划中的常规能源发电之间的差距,同时逐步淘汰斯洛文尼亚的煤炭使用。

若按照此发展路线估算,斯洛文尼亚最早可以在2037年产生足够的无碳电力来满足其自身的消费,届时预计将有一个新的核电机组并入电网。此外,能源来源多样化、电力储存科学化也都将在可再生能源发电方面发挥重要作用。


关键词

可持续发展;绿色转型;电力系统;可再生能源;能源储存


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背景引入

气候变化是斯洛文尼亚共和国当前面临的主要挑战之一。而能源的消耗则是温室气体排放最主要的来源之一。因此,斯洛文尼亚能源行业也面临着历史性、挑战性的转型和去碳化的挑战,尽量减少化石燃料在供暖和制冷、运输和发电等行业的使用。

2019年,欧盟通过了《欧洲绿色协议(Evropski zeleni dogovor)》,承诺到2050年实现碳中和。而2021年通过的首部《欧洲气候法》及一揽子法案则正式承诺,欧盟到2030年比1990年减少55%的温室气体排放,到2050年减少95%的温室气体排放,并将其转变为具有法律约束力的义务,斯洛文尼亚也在受约束之列。

而在能源方面,欧盟在《欧洲气候法》中将2030年可再生能源在欧盟层面最终能源消费中的份额目标从此前的32%提高到40%。这一欧盟层面的法律结合斯洛文尼亚本国2020年推出的《斯洛文尼亚共和国国家能源和气候综合计划(Celoviti nacionalni energetski in podnebni načrt Republike Slovenije)》以及2021年推出的《关于斯洛文尼亚2050年长期气候战略的决议(Resolucija o Dolgoročni podnebni strategiji Slovenije do leta 2050)》一起,将可再生能源在最终能源使用中的份额作为国家重要发展目标。

在资金方面,能源转型将需要大量的投资。欧盟通过的《2021-2027年的多年度财政框架》和《下一代欧盟复苏方案》均将实现气候目标作为重要领域,斯洛文尼亚预计可从上述两个欧盟的计划中取得共计103亿欧元的资金,用于支持绿色转型行动。

值得注意的是,斯洛文尼亚在欧盟及本国框架下所制订的上述所有目标,均是基于对当前全球能源基本发展趋势的认知,即:化石燃料时代的衰落、可再生能源的崛起、交通电气化、系统扁平化、商业数字化、能源系统灵活化、基建投资加速化,以及核能与氢能的可靠化。而2020年以来新冠疫情只会进一步加速上述趋势,因为发达国家将新冠复苏作为实施绿色转型的机会,例如欧盟呼吁成员国投资于低碳解决方案,贯彻其对碳中性社会和提高自给水平的承诺。

基于以上战略判断和具体战略,包括斯洛文尼亚在内的欧盟将加大对太阳能、风能等新型可再生能源的投资。欧盟太阳能装机容量预计从2015年的88GW增加到2030年的313GW,风能则从2015年的127GW增加到2030年的342GW。


研究方法

电力系统发展的规划普遍具有复杂性。同其他国家意义,斯洛文尼亚在设计本国电力系统发展战略时,需要重点考虑未来的能源效率需求、电力供应来源、电力传输和分配网络的限制、跨境传输能力,以及计划电力投资的经济和财务指标。

首先,评估未来的能源效率需求是设计电力系统发展方案的基础。一般传统上,在欧盟国家中,电力系统消费随经济增长而增加,一般以国内生产总值(GDP)作为主要参考指标。然而,近年来GDP增长和电力消费发展有越来越明显的脱钩现象,这主要是由于能源的有效利用。在未来几年乃至几十年里,交通的电气化以及供暖(热泵)和制冷(空调系统)的电气化也将在提高能源利用效率、影响电力消费需求方面发挥重要作用。除了消费之外,运输、转换等环节带来的各类能源消耗,也需要考虑在内。

而在完成对国家未来电力消费的评估后,需要对具体的发电组合方案进行规划。在规划时,首先需要对现有的发电能力进行分析,并对现有机组和未来预计将投入使用的未来运行进行规划。此外,未来可能的新的额外资源和技术、对最大进口依赖性的限制、对国家用电每小时需求峰值和消耗峰值的评估,以及商用和民用上的跨境传输能力等关键因素也都需要纳入考虑范围。

在对斯洛文尼亚电力系统发展方案的可行性进行评估时,本文主要参考三个关键指标:

首先是电力系统发展的去碳化。斯洛文尼亚的目标是,与1990年相比,到2030年按公斤/千瓦时计算,将发电组合的碳排放量至少减少55%,到2050年至少减少95%。

其次是对能源进口的依赖性。斯洛文尼亚每小时能源交换指标上,允许对进口能源的适度依赖,具体数字为:保持50%的跨境输电能力(CTC)用于商用跨境电力交换。

第三是斯洛文尼亚年度能源自给能力。斯洛文尼亚希望尽可能减少年度能源进口依赖,计划最晚在2050年实现能源效率进口独立。

为了确保拟议的斯洛文尼亚电力系统发展方案的性能并满足上述标准,本研究在第三部分中对斯洛文尼亚电力系统消费等关键指标进行评估和验证。

斯洛文尼亚的能源平衡

1.  电气化带来的消费增加

尽管能源效率有所提高,但在2050年之前,预计经济增长以及多个行业的电气化,特别是能源运输的电气化,将会增加能源效率的消耗。本文对消费变化的估计是基于斯洛文尼亚能源运输系统运营商(ELES)的预测,该预测既考虑了能源消耗的增加,也考虑了交通电气化的蓬勃发展,以及运输和其他环节带来的能源损耗。预计到2050年,斯洛文尼亚将实现100%的客运电动车、70%的公共汽车、15%的大型货运车辆和拖船电气化。


2.  未来能源战略对现有生产结构的改变

斯洛文尼亚能源行业对环境的影响具有特殊性,主要体现在斯洛文尼亚两个最大的发电装置,即克尔什科(Krško)核电站和肖什坦(Šoštanj)热电站。这两处发电设施满足了斯洛文尼亚超过50%的能源总需求。而现行的能源发展战略从现在到2050年期间预计将以多种方式显著影响这两处发电设施。

一方面,向无碳社会的过渡意味着放弃煤炭的战略,因此最迟在2033年斯洛文尼亚将会关闭热电站产能最高的大部分热电联产设施,而碳排放配额价格的急剧上升意味着热电很可能将无利可图,从而导致提前关闭或大幅减少热电联产。因此,下文将斯洛文尼亚从2030年起逐步淘汰煤炭使用的情况纳入考虑, 并评估这对斯洛文尼亚的环境和安全意味着什么,以及当斯洛文尼亚的第二大发电机组被关闭时,斯洛文尼亚将会面临什么挑战。

另一方面,以克尔什科(Krško)核电站为代表的核能是无碳能源的重要来源,因此,斯洛文尼亚必须承诺将克尔什科(Krško)核电站的运行时间至少延长到2043年,并就建设克尔什科(Krško)核电站的第二台机组作出决定。由于获得第二台核电机组建设的相关许可的时间不可预测,对该工厂何时能投入运营有不同的估计。2018年,斯洛文尼亚部分专家曾预计最迟在2045年开始运行。而斯洛文尼亚最大国有电力公司GEN Energija 则认为投产日期可能在 2030 年和 2035 年之间。在本研究中,作者假设第二台核电机组的建设和商业运营过渡始于2037年,容量为1100兆瓦,年发电量为9.15太瓦时。如果这一目标能如期在2037年前实现,将会对斯洛文尼亚电力系统发展和电力行业的脱碳产生积极影响。

因此,本研究鼓励国家应尽快获得所有环境许可和其他部门评估,最迟应在2027年做出国家核电站2号的投资决定。值得一提的是,由于斯洛文尼亚和克罗地亚共同拥有克尔什科(Krško)核电站机组,因此其单位时间所生产的电力只有一半(348兆瓦)属于斯洛文尼亚。对于第二台机组,本研究假设所有电力将由斯洛文尼亚接收。

此外,根据公开的数据,预计在2023年完成卢布尔雅那发电厂(Energetika Ljubljana)的114兆瓦蒸汽-燃气机组(GGEP),并完成萨瓦河下游和中游水力发电站(HPP)。在2025年,斯洛文尼亚预计开始运行容量为28.5兆瓦的莫克里采(Mokrice)水电站,随后逐步完成萨瓦河中游的其他水电站,到2043年总额定容量为255兆瓦。此外,本研究还预计在2030年两次建造容量为220兆瓦的科兹亚克(Kozjak)抽水蓄能电站,并逐步增加生物质和沼气的热产量。

综上所述,消耗的能源和产生的能源之间的差距随着时间的推移大大增加,在2030-2034年将达到约6.5太瓦时的能源产出。


3.  开发新型能源资源以弥补赤字

未来消费和生产之间的差距增加,表明非常需要对新的发电装置进行投资,这必须有助于向无碳社会过渡,而可再生能源无疑将为弥补能源赤字做出最大贡献。尽管水电是目前发电组合中可再生能源的最大份额,但它将不足以弥补能源赤字,尽管计划在萨瓦河下游和中游新建水电站。本文制定了一个用新资源弥补赤字的方案,现介绍如下。

水电是斯洛文尼亚未来增长潜力最大的资源,但目前它的开发程度仍然很低。同时,它是一种成熟的技术,其经济性在最近几年有了明显的改善,而新的水电装置的安装才有望成为未来15年的主要突破口。因此,最大化太阳能潜力,将是实现斯洛文尼亚能源部门绿色转型的关键。

除了斯洛文尼亚东南地区,我们预计光伏发电会有适度的增长,因为在斯洛文尼亚,由于其特殊的地理位置和对自然环境退化的干预,风力的开发条件不太理想。


4.  到2050年斯洛文尼亚生产结构的设想

若斯洛文尼亚核电布局可按照前文的设想稳步推进,当克尔什科(Krško)核电站的两个核电机组都正常运行时,斯洛文尼亚电力系统发电量预计可从2020年的13.4太瓦时上升到2037年的27.8太瓦时。在现有的克尔什科(Krško)核电站首个机组于2043年关闭后(也有可能延长到2063年,但在本次模拟研究中并未纳入考虑),2050年电力产量预计可达到28.8太瓦时。

除核电外,热电联产、氢能以及储能电池,出于环保因素、技术发展阶段现状,以及在转换和储存中较高的损耗考虑,不会在斯洛文尼亚电力布局中占有主要地位。不过,由于欧盟委员会正在加速对氢气技术发展的投资,预计在未来几十年内该领域将出现突破性创新。

基于上述事实和假设,本研究假设能源效率可从2025年的35%上升到2040年的50%,并保持在这一水平。此外,综合目前能源发展趋势判断,本研究假设2035年后50%到75%的氢气被用于工业或运输,而不是作为能源进行消耗。

斯洛文尼亚能源进口依赖性分析

对斯洛文尼亚环境能源系统发展的这一规划导致进口依赖度在所有年份都低于千年期的第二个十年,即在新冠危机之前。在建造第二台核电机组之后,斯洛文尼亚电力系统将出现盈余,到2050年,斯洛文尼亚电力系统将实现收支的完全平衡,以达到能源自给自足的战略目标。

目前,斯洛文尼亚周围的国家,包括斯洛文尼亚在内,都是电力净进口国。从2037年起,即第二台核电机组开始商业运营时,斯洛文尼亚将成为电力净出口国。本文估计,在欧洲综合能源市场寻找剩余能源的来源将不再为斯洛文尼亚构成挑战。根据欧盟成员国的国家能源和气候计划的公开数据,并考虑到额外的去碳化措施1的情景,斯洛文尼亚de所有邻国将继续是电力净进口国。


斯洛文尼亚绿色转型对环境的影响

本研究所提出的斯洛文尼亚电力系统的发展方案不仅可以实现电力独立和自给自足,而且还可以实现已通过的气候战略中所预见的所有既定的脱碳和气候目标。在所提出的方案中,无碳能源的份额随着时间的推移而急剧增加,因此在2035年已经可以用无碳的国内资源完全满足国内能源需求。斯洛文尼亚电力系统发电组合的二氧化碳排放量也相应减少。如今,它们达到了约0.320千克/千瓦时,这相当于每年仅电力系统部门就向大气排放约430万吨二氧化碳。

结  论

电力系统脱碳正在成为所有欧洲国家公众关注的一个重要话题,这主要是因为欧盟委员会的战略和一揽子计划。研究部分涉及斯洛文尼亚未来到2050年的能源消费增长,并提出了一个通过国内、现有和新的发电来源覆盖消费的解决方案。本研究所提出的斯洛文尼亚能源系统的发展方案,基于可再生能源和核能的组合,符合国家和欧盟层面的战略文件所衍生的关键气候和能源目标,并成功满足了我们在建立方法时为自己设定的三个标准。

1. 环境能源系统的去碳化。本研究提出所提出的斯洛文尼亚环境能源系统的发展方案在2050年前将二氧化碳排放降至零,同时在2030年的中期目标前已大幅减少二氧化碳排放。在2035年,斯洛文尼亚生产的无碳电力超过其消费。

2. 斯洛文尼亚电力系统适度的进出口依赖性。通过模拟,本研究认为2030年和2050年单个小时的电力进口和出口将不超过1000兆瓦,这远远低于斯洛文尼亚共和国现有跨境传输能力50%的设定基准。

3. 每年实现能源自给。在2043年至2050年,或在斯洛文尼亚首个核电站退役后,我们每年实现斯洛文尼亚EES的完全自给。最大的年度缺口预计在2036年或第二个核电机组建设之前,届时缺口将暂时达到3.4太瓦时或年度总消费量的15%。后者仍在正常范围内,没有超过斯洛文尼亚共和国前几年的实际赤字。

本研究的目的不是为了预测斯洛文尼亚能源系统的发展,而是为斯洛文尼亚未来电力系统发展提出具体、可行的计划。因为此类预测精确性普遍较差,尤其是在能源转型期。然而,通过本课题的探索,斯洛文尼亚未来的能源和环境发展令人鼓舞。

本次研究分析的一个重要结论是,如果有正确、高远的可再生能源目标以及具体的执行能力,坚持继续使用核能,并采取正确措施发展灵活的能源运输和储存技术和基建,斯洛文尼亚可以在2030年达到76%的无碳能源消费覆盖率,在2040年第二个核电站机组建成后达到100%。鉴于上述情况,本文提出的研究为如何为斯洛文尼亚的能源部门制定到2030年的短期和中期行动计划提供了见解,这将是实现绿色转型目标的关键。


作者简介

斯洛文尼亚最大国有电力公司GEN-I有限公司专家团队具体包括

Jan Bohinec GEN-I 有限公司(斯洛文尼亚最重要的国有电力公司)的市场和投资组合情报主管
Jan Tršinar GEN-I 有限公司电气工程师,服务、产品、发展分析师,电力工程硕士学位
Žiga Žerjav 暂无资料
Lucija Blažej GEN-I 有限公司服务和产品开发助理
Tomaž Štokelj GEN-I 有限公司战略投资组合管理主任,博士
Dejan Paravan GEN-I 有限公司管理委员会成员、战略创新部主任,卢布尔雅那大学能源政策研究中心兼职研究员

编译者简介

    王雨辰 ,北京外国语大学斯洛文尼亚语学生,中东欧研究中心研究助理。


选题来源


Bohinec, Jan; Tršinar, Jan; Žerjav, Žiga; Blažej, Lucija; Štokelj, Tomaž. Elektrotehniski Vestnik; Ljubljana Vol. 89, Iss. 1/2, (2022): 7-20.
https://ev.fe.uni-lj.si/1-2-2022/Bohinec.pdf



审校:王弘毅

编校:刘帅杰 许妍楠

排版:许妍楠


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本期执编:王弘毅

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