[论文解读] Global LCOEs of decentralized off-grid renewable energy systems

Jann Michael Weinand, Hoffmann, Maximilian+8 more|arXiv (Cornell University)|Dec 24, 2022

Energy Harvesting in Wireless Networks被引用 2

一句话总结

本文对1990年至2021年间的161项研究进行了全面的全球范围分析，系统回顾了分布式离网可再生能源系统的平准化电力成本（LCOE）。研究发现，2016年至2021年期间，100%可再生能源系统的LCOE年均下降9%，从0.54美元/千瓦时降至0.29美元/千瓦时。此外，本文识别出现有文献中LCOE估算误差的七个关键原因，以提升未来技术经济评估的准确性与可靠性。

ABSTRACT

Recent global events emphasize the importance of a reliable energy supply. One way to increase energy supply security is through decentralized off-grid renewable energy systems, for which a growing number of case studies are researched. This review gives a global overview of the levelized cost of electricity (LCOE) for these autonomous energy systems, which range from 0.03 \$_{2021}/kWh to over 1.00 \$_{2021}/kWh worldwide. The average LCOEs for 100% renewable energy systems have decreased by 9% annually between 2016 and 2021 from 0.54 \$_{2021}/kWh to 0.29 \$_{2021}/kWh, presumably due to cost reductions in renewable energy and storage technologies. Furthermore, we identify and discuss seven key reasons why LCOEs are frequently overestimated or underestimated in literature, and how this can be prevented in the future. Our overview can be employed to verify findings on off-grid systems, to assess where these systems might be deployed and how costs evolve.

研究动机与目标

• 提供当前全球范围内分布式离网可再生能源系统LCOE的全面概览。
• 识别并分析现有研究中LCOE计算高估或低估的常见原因。
• 通过提供可靠的LCOE值基准和方法论最佳实践，支持未来研究与部署。
• 评估LCOE随时间的变化趋势，特别是可再生能源与储能技术成本下降的影响。
• 为政策制定者和研究人员提供评估100%可再生能源离网系统经济可行性的指导。

提出的方法

• 使用Scopus数据库进行系统性文献综述，识别出730项研究，随后对标题、摘要和全文进行人工筛选。
• 纳入161项研究，这些研究明确报告了分布式、离网、自主能源系统的LCOE值。
• 排除关于大型国家系统、单体建筑或LCOE超过1.00美元/千瓦时的研究。
• 将所有成本数值按2021年美元进行通货膨胀调整，以确保不同时期的一致性。
• 根据可再生能源占比（100%可再生能源与混合系统）及区域重点对系统进行分类。
• 通过对比建模实践与组件容量设计，识别出重复出现的方法论缺陷。

实验结果

研究问题

• RQ1 1990年至2021年期间，分布式离网可再生能源系统的全球LCOE范围与趋势如何？
• RQ2 为何现有文献中的LCOE估算经常出现高估或低估？其根本原因是什么？
• RQ3 2016年至2021年期间，100%可再生能源离网系统的LCOE值如何逐年演变？
• RQ4 在离网LCOE案例研究中，哪些地区代表性最强？这对全球部署潜力有何启示？
• RQ5 哪些方法论改进可减少估算误差，并提升未来LCOE评估的可靠性？

主要发现

• 分布式离网可再生能源系统的全球LCOE范围为0.03美元/千瓦时至0.99美元/千瓦时，平均值为0.35美元/千瓦时，中位数为0.29美元/千瓦时。
• 2016年至2021年期间，100%可再生能源系统的LCOE年均下降9%，从0.54美元/千瓦时降至0.29美元/千瓦时。
• 混合系统（包括化石燃料）的平均成本比100%可再生能源系统低24%，尽管其可再生能源占比仍然较高。
• 使用仿真模型的研究通常过度设计系统组件，导致LCOE估算偏高。
• 研究中最常见的地区为印度（22%）、伊朗（7%）、中国（7%）、尼日利亚（5%）和加拿大（4%）。
• 识别出七个导致LCOE估算误差的关键原因，包括组件尺寸错误、贴现率应用不一致，以及对系统损耗处理不足。