《Energy》：SLCOE – system-based LCOE for comparing energy technologies in different systems
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系统化平准化能源成本（SLCOE）研究显示，可再生能源（如风电、光伏）在整合未来气候中和能源系统时成本显著低于传统LCOE，且风光组合效益更优，而核电因灵活性不足及高资本投入导致SLCOE远高于可再生能源。
亨里克·伦德（Henrik Lund）|雅各布·津克·特卢夫森（Jakob Zinck Thellufsen）|保罗·阿尔伯格·奥斯特加德（Poul Alberg ?stergaard）|克里斯蒂安·布雷耶（Christian Breyer）|内文·杜伊克（Neven Duic）|弗雷德·布拉比耶（Frede Blaabjerg）|奥伊芙·弗利（Aoife Foley）|雅各布·奥斯特加德（Jacob ?stergaard）|袁梦（Meng Yuan）|保罗·托伊斯·马德森（Poul Th?is Madsen）|布莱恩·瓦德·马蒂森（Brian Vad Mathiesen）
奥尔堡大学可持续性与规划系，丹麦奥尔堡市伦斯堡街14号（Department of Sustainability and Planning, Aalborg University, Rendsburggade 14, 9000 Aalborg, Denmark）
摘要
平准化电力成本（Levelized Cost of Electricity, LCOE）和平准化能源成本（Levelized Cost of Energy, LCOE）被用来评估不同能源技术在成本方面的表现，其中LCOE表示生产一单位电力或能源的成本，包括投资成本、运营维护成本、燃料成本、未补贴的排放成本等。然而，LCOE是一种简化的比较方式，未能充分考虑各种生产技术之间的本质差异。可再生能源受天气模式影响；基于核能、煤炭或生物质的蒸汽涡轮机在灵活性方面存在限制，而燃气轮机的灵活性则相对较高。在本研究中，我们提出了一种基于系统的LCOE计算方法，称为SLCOE。虽然LCOE仅取决于技术本身，但SLCOE同时考虑了技术及其所处的能源系统环境。我们发现，在未来实现碳中和的社会中，风能和光伏发电的SLCOE可能会比现有电力系统中的成本更低。此外，我们还比较了可再生能源与核能的成本，发现即使在当前和预期的未来成本条件下，核能的SLCOE也明显高于可再生能源。
引言
为推动全球能源系统的高效脱碳，识别和比较各种技术选项是决策过程中的关键环节。主要的成本比较指标是平准化能源成本（LCOE），它用于计算生产一单位能源的长期边际成本（通常以美元/兆瓦时为单位）。LCOE的计算涵盖了技术生命周期内的所有成本，并对这些成本进行了折现处理。
尽管LCOE能够提供特定技术单位成本的详细信息，但它并不能全面反映该技术的真实情况，尤其是在碳中和能源技术领域。例如，风能和光伏发电等可再生能源的发电量受天气影响，虽然光伏发电在电力需求高峰期发电量较高（如[1]所指），但其发电时间有限，因此在满足需求方面存在局限性。核能需要大量的资本支出，发电灵活性较低，2024年全球平均容量利用率仅为约79%[2]，因此需要额外的备用和调峰能力。实际上，核能也需要与可再生能源类似的灵活性[3]。因此，在必须满足能源需求的情境下，不同能源的输出价值并不相同。多项研究和报告提出了LCOE的替代方法，以更准确地比较各种技术。
国际能源署（IEA）提出了一种基于“价值调整后的平准化能源成本”（Value-Adjusted Levelized Cost of Energy, VALCOE）的概念[4]，该方法通过分析技术对系统的价值来进行调整，考虑了能源、容量和灵活性三个因素。然而，VALCOE未能充分考虑技术扩展速度对成本的影响。
乌克德特（Ueckerdt）等人[5]建议采用系统级LCOE来评估可变可再生能源（VRES）的成本，认为直接比较VRES与常规技术的LCOE存在缺陷。他们认为系统级LCOE应包括传统LCOE以及系统层面因技术变异性产生的边际成本。乌克德特等人指出，两种系统之间的成本差异源于整合这些技术的成本差异（例如，包含VRES的系统与不含VRES的系统）。尽管这种观点合理，但他们仍讨论了额外的成本，如电网成本、平衡成本及所谓的“配置成本”。他们将配置成本分为三个方面：1）VRES减少了现有电厂的满负荷运行时间；2）VRES不会增加整体电力需求；3）随着VRES占比增加，限电现象会更加频繁，从而导致能源浪费。
有三个重要问题需要讨论：首先，该方法未考虑整个能源系统的转型，这可能对结果产生重大影响；其次，将其他技术的经济损失直接归因于单一的VRES投资是否合理；最后，假设限电仅导致容量利用率下降可能过于简化问题。因此，乌克德特等人的结论可能存在夸大成分。
格拉汉姆（Graham）[7]回顾了多种调整LCOE的方法，认为应进行系统分析以全面评估可再生能源的成本。本研究旨在不仅考虑电力系统及其建模，还包括整个能源系统，利用行业耦合和智能能源系统[8]、[9]、[11]来计算系统级LCOE。
赫普顿斯托尔（Heptonstall）和格罗斯（Gross）[12]通过文献综述探讨了整合成本对可再生能源成本的影响，指出不同成本随可再生能源占比变化而变化，并指出这些成本可能相互重叠导致重复计算，从而高估可再生能源的价值。他们认为不能简单叠加各项成本来评估整个能源系统。
布雷耶（Breyer）和博格达诺夫（Bogdanov）等人的研究[13]、[14]、[15]分别针对电力行业、能源系统及包含化工行业的能源系统，计算了系统级LCOE，包括电力成本和最终能源成本（含非能源用途）。这种方法的优势在于全面考虑了系统成本（如储能和电网费用），同时也考虑了不同灵活性选项的影响。
方法论
本研究计算了欧洲核能、光伏发电、海上和陆上风电的LCOE和SLCOE，并将这些成本与未来碳中和社会的能源系统成本进行了比较，同时确定了这些技术的最低成本组合。
通常，LCOE仅取决于技术本身及其环境因素（如天气和地形），而不涉及能源系统的其他部分。
结果
如方法论部分所述，本研究计算了当前各国电力系统及未来碳中和社会能源系统中各项技术的LCOE和SLCOE。
对于每种技术，计算假设所有电力均由该技术产生。随后确定了各技术的最低成本组合。
结论与讨论
本研究在理论层面和具体案例层面均得出了结论。
研究发现，LCOE未能涵盖所有用于比较技术的成本，系统成本必须被纳入考量。为此，我们提出了基于系统的LCOE（SLCOE）。LCOE仅取决于技术本身，而SLCOE同时考虑了技术和其运行环境。
作者贡献声明
奥伊芙·弗利（Aoife Foley）：撰写、审稿与编辑、概念构建。雅各布·奥斯特加德（Jacob ?stergaard）：撰写、审稿与编辑、概念构建。内文·杜伊克（Neven Duic）：撰写、审稿与编辑、概念构建。弗雷德·布拉比耶（Frede Blaabjerg）：撰写、原始草稿编写、数据整理、概念构建。保罗·托伊斯·马德森（Poul Th?is Madsen）：撰写、审稿与编辑。布莱恩·瓦德·马蒂森（Brian Vad Mathiesen）：撰写、审稿与编辑、概念构建。袁梦（Meng Yuan）：撰写、审稿与编辑、概念构建。保罗·阿尔伯格·奥斯特加德（Poul Alberg ?stergaard）：撰写、审稿与编辑。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。
