一旦可再生能源渗透率提高到 10-15% 以上，将可再生能源 （RE） 吸收到电网的成本和挑战就会开始显着上升。在整个欧盟，可再生能源并网的成本意味着到 2030 年至少需要在电力网络上投资 1.3 吨欧元，未来甚至会更多，以实现更高水平的可再生能源渗透率，同时控制不断上升的并网成本。
例如，德国的可再生能源在其电网中的渗透率很高——这是脱碳的成功故事——但将这些电力并入电网的成本现在为 ~95 欧元/MWhRE（注意：MWhRE 定义为仅来自可再生能源的电网电力），高于电力本身的基本成本。
这一结果对希望通过安装自有可再生能源来实现脱碳的工业运营产生了影响，因此考虑脱碳的成本非常重要。与区域范围的电网相比，自备电厂和微电网优化成本的选择更少，我们预计自备系统提供稳定的 24/7 全天候电力成本将始终高于电网所能达到的成本。
如果您需要有关您战略的脱碳方案的建议，与我们联系，我们的分析是公正的、基于事实的、专业的和严谨的;我们不会被炒作或盲目乐观所左右。
将可再生能源并网越来越具有挑战性
国际能源署（IEA）最近的报告《太阳能和风能的整合：全球经验和新挑战》阐述了各国为将日益高水平的太阳能和风能并入电网所做的努力。该报告详细介绍了所采用的方法，并得出结论，"实现太阳能和风能的全部潜力需要积极的整合战略"，并且"缺乏战略将危及可再生能源推广和减排的进展"。虽然该报告列出了"众所周知且经过测试的可再生能源并网措施"，但它没有列出这样做的成本。
在本 Insight 中，我们使用自上而下的方法了解这些成本是多少。
电网拥堵和平衡费用随着可再生能源渗透率的提高而上升
随着可再生能源渗透率的提高，将可再生能源吸收到电网的成本会上升，但很少有人尝试量化这些成本，而且它们经常被忽视，即当引用"可再生能源现在比化石能源便宜"时。该声明忽略了将 RE 吸收到电网以提供稳定电力的相关成本，这些成本是实质性的。
为了量化这些成本，我们研究了当前国家电网运营商以拥堵和平衡费用的形式支付的费用，并使用这些信息来估计电网运营商应该准备进行的投资，以抵消这些成本，同时使电网能够接受更高水平的可再生能源。
下面，我们列出了四个电网（例如英国、德国、美国（总计）和加利福尼亚）的电网拥堵与平衡成本与 RE 产出之间的关系，以证明 RE 渗透率与这些成本之间的关系。RE 输出数据取自最新版本的 CRU 的 Power Transition Service。
在所有情况下，需要支付的拥堵和平衡费用（y 轴）与电网上 RE 的绝对水平（x 轴）之间存在密切关系。
这些费用（由最佳拟合线的梯度量化）的产生是因为现代输电网络的配置不佳，无法接受 RE。例如，从上图可以看出，将可再生能源输出吸收到英国电网的成本相当于 ~64 英镑/MWhRE，超过了基础电力本身的成本。
随着时间的推移，输电网络的建立是为了优化电力从大型发电厂（n.b. 化石发电厂、核能和水电发电厂）到大型需求中心的输送，但不是为了从多个分布式可再生能源发电厂输送电力。因此，随着 RE 在电网中的渗透率提高，这会导致限制和低效率，表现为拥塞和平衡费用。
显示的付款反映了在短时间内削减发电厂（即化石燃料和 RE）以管理拥堵的成本，向化石发电厂支付的款项以管理容量可用性以及平衡服务的付款。当输电网络没有足够的投资时，随着 RE 渗透率的增加，对这些的需求都会增加。
可以通过投资更灵活的电网以及存储容量来消除付款，而这本身就会产生成本。无论采取何种方法，都需要以某种方式承担这一成本。事实上，人们认为目前的拥堵和平衡支付方法几乎可以肯定是处理可变 RE 的成本最低的选择，当然，在 RE 渗透率较低的情况下。
然而，这也是一种对 RE 渗透率设置上限的方法，因为投资不足的电网可以接受的 RE 数量将存在物理上限;或者这样做的成本将上升。因此，这种方法是电网完全脱碳的障碍，必须考虑投资。
将上述线梯度转换为美元，下图显示了 $/MWhRE 的拥堵和平衡成本与所研究电网的 RE 渗透水平。很明显，随着渗透率的提高，将可再生能源并入电网的成本会上升。
对各个国家数据的分析表明，电网低于 ~10-15% 的可再生能源增加可以忽略不计，但一旦超过 10-15% 的阈值，它们就会开始上升，在 50% 的渗透率下上升到 ~125 美元/MWh可再生能源。因此，尽管我们预计 RE 成本本身会随着更高的渗透率和体验曲线效应而下降，但吸收这种能力的成本将继续上升。
该图表还显示了这些可再生能源整合成本在分摊到总发电量后的影响。在可再生能源渗透率较低（即低于 25%）（当今许多国家）的情况下，当分散到总发电量中时，对成本的影响相当小，因此很容易被消费者接受和吸收，但这些成本会迅速上升到这一点以上并变得更加明显。
虽然我们认为目前结构的拥堵和平衡成本（即专注于弃风和化石电厂的灵活性）处于将可再生能源适当吸收到电网所需的低端，但我们可以使用它们来确定电网运营商应该愿意进行的最低预期投资，以至少抵消它们。 同时增加网格的灵活性。
对于欧盟，2030 年可再生能源渗透率为 44% 的预测（取自 CRU 的电力过渡服务）给出了预期的约束成本为 ~110 美元/MWhRE（即 ~100 欧元/MWh）。再加上 2030 年预测的 ~1,523 TWh 可再生能源总产量，预计总约束成本为 ~1550 亿欧元/年。假设基础设施投资的使用寿命为 40 年，每年运营成本为初始资本支出的 5%，实际 WACC 为 5.0%，税率为 20%，这表明欧盟网络运营商需要或应该愿意投资至少 ~1.3 万亿欧元，以克服 2030 年的预期限制成本。
在这个金额中，~7000 亿欧元需要用于存储——很可能是电池储能系统（注：参见 CRU 的储能技术和成本服务），假设安装储能是为了应对日常变化;并且需要将 ~6000 亿欧元用于输电网络本身，以消除限制和改进灵活性。我们对全球输电网络扩张的预测载于最新一期的 CRU 的电力过渡服务。
假设所示的关系保持在非常高的 RE 水平，我们预计到 2050 年，整个欧盟的最低总投资需要接近 7.5 吨欧元，其中 ~33% 将用于存储应用，67% 用于增强传输网络。
上述分析对 RE 密集型电网的电力成本有影响。然而，对自备电力系统的影响可能更大。电网在大型网络中有更多的优化选项，而自备电力系统或微电网则更少，这几乎肯定会导致更高的成本。
如果您正在考虑电源脱碳的选择，请联系我们，我们很乐意讨论我们对电力系统发展的看法以及对自备电源的影响。CRU 的可持续发展和排放服务为了解商品排放、政策制定和碳定价提供一站式服务，在这里您可以获得对绿色技术的可靠和现实的看法。
