التكلفة الموحدة للكهرباء

كثيراً ما يُستشهد بتكلفة إنتاج الطاقة المُستوية (LCOE) كمقياس موجز مناسب للتنافسية الإجمالية لتقنيات توليد الطاقة المختلفة، إلا أنها تنطوي على قيود محتملة. وقد تتطلب قرارات الاستثمار في تقنيات توليد الطاقة الاسترشاد بمقاييس أخرى، مثل التكلفة المُستوية للتخزين (LCOS) والتكلفة المُستوية المُتجنبة للطاقة (LACE)، بالإضافة إلى تكلفة إنتاج الطاقة المُستوية (LCOE). ^{[ 14 ]}

من أهم القيود المحتملة لتكلفة إنتاج الكهرباء (LCOE) أنها قد لا تأخذ في الحسبان تأثيرات الوقت المرتبطة بمطابقة إنتاج الكهرباء مع الطلب. ويمكن أن يحدث هذا على مستويين:

• القدرة على التشغيل ، وهي قدرة نظام التوليد على الاتصال بالإنترنت، أو إيقاف تشغيله، أو زيادة أو خفض طاقته بسرعة مع تغير الطلب. ^{[ 15 ] [ 16 ]}
• مدى تطابق أو تعارض ملف تعريف التوافر مع ملف تعريف طلب السوق. ^{[ 14 ]}

على وجه الخصوص، إذا لم تُدرج تكاليف تخزين الطاقة المتوافقة مع الشبكة في مشاريع مصادر الطاقة المتجددة المتغيرة ، مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح ، فقد تُنتج هذه المصادر الكهرباء في أوقات لا تحتاجها الشبكة دون تخزين. وقد تكون قيمة هذه الكهرباء أقل مما لو تم إنتاجها في وقت آخر، أو حتى سالبة. في الوقت نفسه، يمكن أن تكون المصادر المتغيرة قادرة على المنافسة إذا كانت متاحة للإنتاج عندما يكون الطلب والأسعار في أعلى مستوياتها، مثل الطاقة الشمسية خلال ذروة الطلب في منتصف النهار خلال فصل الصيف في البلدان الحارة حيث يُعد تكييف الهواء من أهم مستهلكي الطاقة. ^{[ 10 ]} بالإضافة إلى ذلك، قد تُبالغ تكلفة إنتاج الطاقة المُستوية (LCOE) بشكل كبير في تقييم محطة توليد الطاقة القابلة للتشغيل عند الطلب إذا كانت قيمة${\displaystyle E_{t}}$يفترض الحساب معدل استخدام ثابت طوال عمر المحطة، بينما في الواقع، بالنسبة لمحطات الوقود الأحفوري والمحطات النووية، قد ينخفض ​​"عامل القدرة" هذا مع تزايد اعتماد الطاقة الشمسية وطاقة الرياح والبطاريات. ^{[ 17 ]}

تم اقتراح استجابة لتكلفة الطاقة المستوية (LCOE) التي تتجاهل عدم انتظام معظم مصادر الطاقة المتجددة في مقياس تكلفة الطاقة المستوية للنظام ^{[ 16 ]} ومقياس التكاليف الكاملة المستوية لنظام الكهرباء (LFSCOE)، والتي تأخذ في الاعتبار تكلفة تخزين الطاقة اللازمة للشبكة أو محطات الطاقة الاحتياطية القابلة للتشغيل لموازنة الطلب خلال فترات عدم الانتظام. ^{[ 15 ]}

من القيود المحتملة الأخرى لتكلفة إنتاج الطاقة (LCOE) أن بعض التحليلات قد لا تأخذ في الحسبان بشكل كافٍ التكاليف غير المباشرة لتوليد الطاقة. ^{[ 22 ]} قد تشمل هذه التكاليف التكلفة الاجتماعية لانبعاثات غازات الاحتباس الحراري ، والآثار البيئية الخارجية الأخرى مثل تلوث الهواء، أو متطلبات تحديث الشبكة. من جهة أخرى، غالبًا ما تتجاهل تكلفة إنتاج الطاقة (LCOE) الفوائد الجانبية المحتملة الأخرى لمصدر الطاقة. ^{[ 23 ]} على سبيل المثال، توفر أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية الكهرباء، لكن أنظمة الطاقة الشمسية الزراعية يمكن أن تنتج المزيد من الغذاء، ^{[ 24 ] [ 25 ]} وتقلل أنظمة الطاقة الشمسية العائمة من تبخر المياه، ^{[ 26 ] [ 27 ]} وتوفر أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية المدمجة في المباني (BIPV) ^{[ 28 ]} والمظلات الشمسية ^{[ 29 ]} الظل لتبريد المباني/السيارات، وكلها ذات قيمة اقتصادية. على الرغم من أن تكلفة إنتاج الطاقة الشمسية (LCOE) لا تزال الأداة المهيمنة لتقييم اقتصاديات الطاقة الشمسية الكهروضوئية وغيرها من مصادر الطاقة نظرًا لبساطتها، إلا أنها لا تأخذ في الحسبان هذه الفوائد الجانبية غير المتعلقة بالكهرباء، مما يؤدي إلى التقليل من قيمة تقنيات الطاقة الشمسية الناشئة. ^{[ 23 ]}

يميل متوسط ​​تكلفة إنتاج الطاقة (LCOE) لمولد معين إلى أن يكون متناسبًا عكسيًا مع قدرته. فعلى سبيل المثال، تتميز محطات الطاقة الأكبر حجمًا بتكلفة إنتاج طاقة أقل من محطات الطاقة الأصغر. لذا، فإن اتخاذ قرارات الاستثمار بناءً على تكلفة إنتاج طاقة غير شاملة قد يؤدي إلى تحيز نحو المنشآت الأكبر حجمًا مع إغفال فرص كفاءة الطاقة وترشيدها ^{[ 30 ]،} ما لم يتم حساب تكاليفها وآثارها وإدراجها للمقارنة مع تكلفة إنتاج الطاقة لخيارات أخرى مثل البنية التحتية لتوليد الطاقة ^{[ 31 ]} . في حال إغفال هذه المقارنة أو عدم اكتمالها، قد لا تُعطي تكلفة إنتاج الطاقة صورة شاملة للخيارات المتاحة لتلبية احتياجات الطاقة.

كمية الطاقة الكهربائية المتولدة${\displaystyle E_{t}}$يعتمد توليدها أو تقديرها على عدد كبير من العوامل، بما في ذلك:

• تختلف اقتصاديات الموارد الطبيعية ومدى توافر الموارد المجدية اقتصاديًا اللازمة لتشغيل المولدات باختلاف تقنيات التوليد. بالنسبةلمولدات الطاقة المتجددة المتغيرة ، يُعد تقييم موارد الرياح وتقييم إمكانات الطاقة الشمسية مثالين على الأساليب المستخدمة لتقييم مدى توافر الموارد اللازمة لتوربينات الرياح والألواح الشمسية لتوليد الطاقة. أما بالنسبة لمولدات الطاقة غير المتجددة، فقد يتأثر توافر الوقود طوال عمر المولد مؤقتًا بعوامل جيوسياسية (كما في أزمة الطاقة في سبعينيات القرن الماضي )، أو بالاستنزاف التدريجي لاحتياطيات الموارد غير المتجددة واكتشاف احتياطيات جديدة منها. ويُعد تحديد كميات احتياطيات النفط والغاز ومواردها مثالًا على الأساليب المستخدمة لتقييم مدى توافر موارد الوقود المجدية اقتصاديًا على المدى الطويل لمولدات الطاقة غير المتجددة.
• قد تتطلب تأثيرات موازنة الشبكة الكهربائية على سوق الكهرباء من محطات توليد الطاقة التي تتبع الأحمال تقليص إنتاج الطاقة إذا لم يكن هناك طلب على الطاقة في الشبكة ( أسعار فورية سلبية )، أو السماح بتشغيل مولد ذي تكاليف متغيرة عالية لتزويد الشبكة بالطاقة في حال وجود طلب غير مُلبّى كبير وأسعار فورية مرتفعة. ومن أمثلة المولدات القابلة للتحكم : البطاريات، والطاقة الكهرومائية الجارية مع أحواض التجميع ، والطاقة المتجددة المتغيرة ، ومولدات توربينات الغاز الطبيعي. وللدورات اليومية الموسمية والمناخ، بالإضافة إلى الظواهر الجوية قصيرة الأجل، تأثيرات كبيرة على موازنة الشبكة من منظور العرض والطلب. كما يؤثر كل من المنطقة الجغرافية التي يتم فيها تقييم تكلفة الطاقة المُستوية (LCOE)، ومزيج المولدات في الشبكة، ونسبة مرونة الطلب (أو على العكس، الطلب الثابت على الطاقة ) داخل الشبكة، وحدود سعة النقل داخل الشبكة، بشكل كبير على تقليص الإنتاج المطلوب.
• تكلفة الجاهزية التشغيلية${\textstyle A_{o}}$يُعدّ عامل التوافر (المعروف بعامل توافر مولدات الكهرباء) متغيراً باختلاف تقنيات التوليد. تتطلب تقنيات المولدات المختلفة مستويات متفاوتة من الصيانة المخططة وغير المخططة، مما يحول دون تحقيق القدرة الإنتاجية الاسمية بشكل مستمر طوال عمر المولد. إضافةً إلى ذلك، تتباين الحكومات في مدى استعدادها لتحمّل مخاطر انقطاع التيار الكهربائي وضعف قدرتها على الصمود في وجه الكوارث الطبيعية والهجمات العسكرية على شبكات الكهرباء. ومن الأمثلة على الأحداث التاريخية التي أثرت على مرونة الشبكة: الحملة الجوية لحرب الخليج عام 1991 ضد البنية التحتية المدنية ، واختراق شبكة الكهرباء في أوكرانيا عام 2015 ، وأزمة الطاقة في تكساس عام 2021 ، والضربات الروسية على البنية التحتية الأوكرانية (منذ عام 2022 وحتى الآن) . قد يتطلب انخفاض مستوى تقبّل المخاطر بناء شبكات كهرباء ذات قدرة استيعابية أعلى بكثير للتخفيف من التكاليف المحتملة لانقطاع التيار الكهربائي، مما يؤثر، بحسب كل تقنية، على مقدار خفض التوليد اللازم في ظل ظروف الشبكة العادية.

بالنسبة للمولد المقترح الذي لا يُعرف عنه سوى سعة لوحة الاسم المقترحة، يمكن استخدام بيانات عامل السعة المرصودة المتاحة للمولدات الحالية المماثلة لتقدير الطاقة الكهربائية المولدة للمولد الجديد المقترح.

نفقات الاستثمار${\displaystyle I_{t}}$نفقات التشغيل والصيانة${\displaystyle M_{t}}$ونفقات الوقود${\displaystyle F_{t}}$تتأثر النفقات بمجموعة متنوعة من الضرائب التي تفرضها الحكومات عادةً، بما في ذلك الرسوم الجمركية التي تؤثر على تكلفة استيراد معدات توليد الطاقة والوقود، والضرائب غير المباشرة التي تؤثر على تكلفة إنتاج الوقود، وضرائب الكربون لتعويض التكلفة الاجتماعية للكربون ، وضرائب أخرى لاسترداد التكاليف المشتركة للصناعة في نقل الطاقة الكهربائية والبحث والتطوير في تقنيات الطاقة . كما يمكن أن تتأثر النفقات بمجموعة متنوعة من إعانات الطاقة .

يجب وضع افتراضات نظراً للطبيعة الذاتية للتنبؤ بمستويات الضرائب والإعانات المستقبلية وتأثير سياسات تغير المناخ .

تكلفة رأس المال معبر عنها بمعدل الخصم${\displaystyle r}$يُعدّ معدل الخصم أحد أكثر المدخلات إثارةً للجدل في معادلة تكلفة الطاقة المُستوية (LCOE)، إذ يؤثر بشكلٍ كبير على النتيجة، وتفترض العديد من المقارنات قيمًا عشوائية لمعدل الخصم دون توضيح كافٍ لأسباب اختيار قيمة مُحددة. تميل المقارنات التي تفترض التمويل العام والإعانات والتكلفة الاجتماعية لرأس المال إلى اختيار معدلات خصم منخفضة (3%)، بينما تميل المقارنات التي تُعدّها بنوك الاستثمار الخاصة إلى افتراض معدلات خصم عالية (7-15%) مرتبطة بالتمويل التجاري الهادف للربح. يُفضّل افتراض معدل خصم منخفض مشاريع الطاقة النووية والمستدامة، التي تتطلب استثمارًا أوليًا كبيرًا ولكنها تتميز بتكاليف تشغيل منخفضة.

في تحليل أجرته لازارد عام 2020 ، ^{[ 32 ]} الحساسية لتغيرات عامل الخصم في نطاق 6-16٪ تؤدي إلى قيم LCOE مختلفة ولكن الترتيب المتطابق لأنواع مختلفة من محطات الطاقة إذا كانت معدلات الخصم هي نفسها لجميع التقنيات.