中國近年來(lái)可再生能源裝機增長(cháng)迅速，但煤電與可再生能源綁定發(fā)展的模式拉動(dòng)了額外的煤電投資，這為減排帶來(lái)挑戰。

▲哈密石城子光伏電站。政府規劃建設大量風(fēng)能和太陽(yáng)能裝機，分布在人口密度低、電力需求有限的西部偏遠地區（比如戈壁、沙漠），統稱(chēng)為新能源基地。圖片來(lái)源：Zhao Ge / Alamy

過(guò)去的10-15年，中國增加可再生能源裝機的節奏總是令人印象深刻。從2005年通過(guò)《可再生能源法》，以固定優(yōu)惠電價(jià)鼓勵風(fēng)電光伏為主的可再生能源發(fā)展，中國歷年的風(fēng)光新增裝機量占世界總量的50%甚至更多。2010年后的很長(cháng)一段時(shí)間，中國風(fēng)電年增長(cháng)20到35吉瓦；而光伏后來(lái)居上，增長(cháng)更快，在30到50吉瓦。二者合計，在2015年后的5年，大體年增長(cháng)50到60吉瓦。

2020年開(kāi)始的三年，盡管有疫情影響，但是風(fēng)電光伏的裝機保持了韌性，大幅增加到每年100吉瓦以上。剛剛過(guò)去的2022年是進(jìn)一步提速的一年。國家能源局在2023年一季度新聞發(fā)布會(huì )上表示：2022年全年新增可再生能源（水電、風(fēng)電、光伏、生物質(zhì)等）超過(guò)150吉瓦，其中風(fēng)光合計125吉瓦；發(fā)電量占全社會(huì )用電量超過(guò)13%，已超過(guò)世界平均水平。

能源局發(fā)布會(huì )報告的測算結果認為：“2022年可再生能源發(fā)電量相當于減少二氧化碳排放約22.6億噸”。簡(jiǎn)單推算，這相當于1千瓦可再生電量，實(shí)現837克二氧化碳的減排。這一度量基準對應于一個(gè)度電煤耗300克標煤煤電廠(chǎng)的排放水平。

我們認為，這一減排效果相比實(shí)際情況存在高估，特別是考慮到中國特色“新能源基地”的特定并網(wǎng)安排帶來(lái)的運行與投資影響。

可再生能源與煤電“齊頭并進(jìn)”

可再生能源進(jìn)入電力系統，在多大程度上有效替代傳統能源發(fā)電，實(shí)現溫室氣體減排，是個(gè)學(xué)術(shù)、政策與工業(yè)界的熱門(mén)話(huà)題。機組的減排效果會(huì )因為電力系統特點(diǎn)不同而有所區別。也就是一個(gè)新的零排放的風(fēng)光電源進(jìn)入系統，到底會(huì )擠出何種其他電源的問(wèn)題。

成本最小化的電力系統往往實(shí)行經(jīng)濟調度，即機組按照成本從低到高的調度排序來(lái)滿(mǎn)足變動(dòng)的電力需求?？稍偕茉催M(jìn)入發(fā)電序列，將擠出高成本的邊際機組，實(shí)現對應機組排放強度的減排效果。因此，如果邊際機組是水電（比如北歐地區），那么減排幾乎是零；如果是依靠昂貴的天然氣發(fā)電（比如2022年天然氣價(jià)格暴漲的西歐大部分地區），減排對應天然氣發(fā)電的排放強度（根據效率不同，大致在400-600克二氧化碳每千瓦時(shí)); 如果邊際機組是煤電（比如煤電占據50%以上份額的印度與中國），那么單位發(fā)電量將減排700-1000克二氧化碳每千瓦時(shí)。以上是基于100%替代煤電的測算，即理想狀況下的最大減排效果。

編者注：什么是經(jīng)濟調度？

經(jīng)濟調度是一種對可用發(fā)電資源進(jìn)行排序的方法。序列中邊際成本最低的發(fā)電機組（比如可再生能源）最先上線(xiàn)以滿(mǎn)足需求，而邊際成本最高的發(fā)電機組（比如煤電）最后上線(xiàn)。以這種稱(chēng)為經(jīng)濟調度的方式調度發(fā)電，可以最小化短期電力生產(chǎn)成本。

在中國，更為重要的因素，在于新裝機中的相當一部分不是為了并入本地電網(wǎng)來(lái)建設的，與傳統電源不構成替代關(guān)系。政府規劃建設大量風(fēng)能和太陽(yáng)能容量，分布在人口、經(jīng)濟和電力需求有限的西部偏遠地區（比如戈壁、沙漠），稱(chēng)為 “新能源基地”。與新的或現有煤電捆綁，電力通過(guò)特高壓輸電專(zhuān)項工程傳輸到東部沿海地區。

“十四五”可再生能源發(fā)展規劃中規定，在“水電、風(fēng)電、光伏、煤電”的組合中，可再生能源電力的份額“不低50%”?？紤]到水電外送是100%的可再生能源，因此即使煤電含量達到70%仍滿(mǎn)足上述總體約束。因為這種“配套”，可再生的投資，引發(fā)了煤電的進(jìn)一步擴張（反過(guò)來(lái)說(shuō)，如果沒(méi)有這些風(fēng)光，也不會(huì )引發(fā)對應的煤電建設與投入運行）。二者甚至是互補的關(guān)系。已建成線(xiàn)路的運行記錄（2021年，2020年，2019年）也證明了這一點(diǎn)——大部分線(xiàn)路的跨區輸電量中，風(fēng)電與光伏的電量比例20%-40%。最新計劃中的新疆哈密——重慶輸電專(zhuān)線(xiàn)項目，配套可再生1000萬(wàn)千瓦，煤電400-600萬(wàn)千瓦。

西部新增可再生能源裝機可以減少東部地區的煤電裝機嗎？答案是：大致不會(huì )。電力系統存在N-1原則作為基本安全要求。它指的是：電力系統任何單一設備故障，都不應該影響整個(gè)系統的正常運行。東部地區必須在假設整個(gè)線(xiàn)路斷掉的情況下仍然保持自身供需平衡?？紤]到煤電機組的壽命35-40年，而風(fēng)電光伏普遍在20年左右，這種對煤電投資的拉動(dòng)造成的長(cháng)期排放鎖定風(fēng)險就更大了。

從運行角度，可再生電力替代燃煤發(fā)電，也強烈區別于電量1:1直接替代。西部地區70%的煤電，加上30%的風(fēng)光發(fā)電，替代東部電力需求旺盛地區的邊際機組（所謂：滿(mǎn)足需求的成本最高的機組），事實(shí)上更多的情況是“煤換煤”。即使受電地區邊際機組比西部新建機組效率更低，從而具有更高的排放強度，這一替代產(chǎn)生的溫室氣體減排效益，也會(huì )因為各種因素大大折扣。比如：顯著(zhù)長(cháng)距離輸電線(xiàn)損；東部地區調峰深度增加，從而效率變差；本地匯集上網(wǎng)的線(xiàn)損。

▲地圖以及國家邊界僅為示意。制圖：卓爾德環(huán)境（北京）中心

也就是說(shuō)，在可再生裝機擴大——發(fā)電增加——替代化石能源發(fā)電——實(shí)現氣候減排收益的鏈條中，發(fā)電增加并未如想象中那樣有效替代化石能源發(fā)電。以已經(jīng)建成運行多年的新疆哈密——河南鄭州（稱(chēng)為哈鄭直流或者天中直流）輸電專(zhuān)項工程為例，我們做了測算。它線(xiàn)路長(cháng)度2200公里，線(xiàn)損7.2%，額定輸送功率800萬(wàn)千瓦?！芭涮住彪娫窗L(fēng)電800萬(wàn)千瓦、光伏發(fā)電125萬(wàn)千瓦、煤電660萬(wàn)千瓦，總裝機容量1585萬(wàn)千瓦。

結果顯示：50%煤電捆綁可再生能源的政策導致減排效應（與“理想情況”比較）下降350克二氧化碳每千瓦時(shí)；實(shí)際運行中煤電的進(jìn)一步增加（占比不是50%，而是普遍在70%甚至更多），減排效應下降接近100克；再考慮到線(xiàn)損，減排效應下降超過(guò)50克。即使不考慮接收地電源調節帶來(lái)的效率下降，最后能實(shí)現的減排效應約為356克二氧化碳每千瓦時(shí)的水平，相當于替代煤電排放效果的40%，與天然氣替代煤炭更接近。

也就是說(shuō)：風(fēng)電不再是風(fēng)電，而光伏也不再是光伏。他們在氣候安全與排放特性上，更像是天然氣發(fā)電。

更進(jìn)一步，從系統影響視角，它拉動(dòng)了額外的煤電投資，引發(fā)了對更長(cháng)時(shí)間煤炭使用的鎖定風(fēng)險。當然，有人可能會(huì )辯駁：這部分煤電現在起運行輔助作用，在未來(lái)碳排放實(shí)現達峰開(kāi)始下降之后退出。容量并不一定轉化為煤炭消費量與排放量。這種可能性理論上存在。但是在現實(shí)世界，煤炭發(fā)電照常甚至增加使用的可能性更高。

目前中國電力系統仍缺乏基于短期邊際成本的競爭機制。線(xiàn)路的可再生比重提高，同時(shí)也意味著(zhù)因為可再生出力的波動(dòng)，線(xiàn)路利用率會(huì )下降。保持目前輸電價(jià)格，會(huì )進(jìn)一步增加線(xiàn)路投資回收期；如果提高價(jià)格，技術(shù)經(jīng)濟上會(huì )降低落地電價(jià)的競爭力，或者進(jìn)一步擠壓輸出地上網(wǎng)價(jià)格。無(wú)論哪一種可能，政治經(jīng)濟上都與多個(gè)利益主體激勵不相容。

有多少可再生能源與煤炭“綁定”

中國到底有多少可再生能源與煤炭綁定裝機？不完全統計，目前類(lèi)似的輸電工程項目超過(guò)20條（請向卓爾德中心索取完整目錄），其中1/3專(zhuān)門(mén)輸送西南地區水電，其他線(xiàn)路配有50%容量左右的煤電。按此估計，最近5年中國的風(fēng)光裝機中，有35-40%屬于此類(lèi)“打捆”項目。

風(fēng)光無(wú)法實(shí)現相應的減排效果，這對于世界的電源裝機統計、理解與解讀可再生能源發(fā)展具有顯著(zhù)影響。IPCC第六次評估報告中將風(fēng)能和太陽(yáng)能作為具有成本效益的氣候減緩的最大潛力的選擇，它們的作用在2030年之前的短時(shí)間內特別重要，因為其他選擇要么不可用，要么很難規?；l(fā)展，或者昂貴得多。

國際能源署測算，如果考慮到已宣布的太陽(yáng)能光伏產(chǎn)能計劃，全球太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)已經(jīng)符合2030年1.5度目標的情景路徑。彭博社對2021年的新增發(fā)電量進(jìn)行了統計，發(fā)現85%來(lái)自于可再生能源，特別是風(fēng)能和太陽(yáng)能。這被知名能源、氣候研究MCC智庫認為是 “2022年氣候好消息”之一。這些論斷，建立在可再生能源裝機可以充分替代煤電從而實(shí)現減排的假設之上?？傮w估算，中國大約有1/3的風(fēng)光新增沒(méi)有實(shí)現替代煤電的應然減排。

近年來(lái)，中國盡管可再生能源裝機增長(cháng)迅速，但發(fā)電比重增長(cháng)并不特別突出，與此同時(shí)，煤炭消費和碳排放都在持續增長(cháng)，甚至有些劇烈。與煤電互補的可再生能源裝機可能是個(gè)重要因素。2021年，非官方測算，中國溫室氣體排放相比2019年增加了5.9%。2022年，可再生能源發(fā)電增長(cháng)比例并不?。ㄍ冉咏?個(gè)百分點(diǎn)）。這一年，因為扭曲的發(fā)電價(jià)格，煤電出力積極性嚴重受限，而四川出現兩周左右的用電限制，其結果反映在數字上就是，由于煤電的發(fā)電量降低，可再生能源發(fā)電的比例“被放大”了。2022年初步的匯算顯示，多種因素作用之下，中國煤炭消費相比2021年增長(cháng)3%以上，創(chuàng )歷史新高；而排放盡管有新冠疫情防控等原因，可能會(huì )增加1.5%以上。

風(fēng)光為何會(huì )“捆綁”煤電？

風(fēng)光“捆綁”煤電的發(fā)展范式在經(jīng)濟邏輯上是無(wú)法理解的。目前，遠距離跨區域的專(zhuān)項輸電工程主要服務(wù)于輸電，沒(méi)有聯(lián)網(wǎng)功能，即區域間無(wú)法互相調度電力來(lái)滿(mǎn)足需求。而從供需平衡來(lái)說(shuō)，本地發(fā)電、本地上網(wǎng)、本地消費是最穩定、最容易實(shí)現和成本最低的。舉例來(lái)說(shuō)，如果聯(lián)接西北電網(wǎng)和華北電網(wǎng)，只需要采用500千伏甚至更低電壓等級，長(cháng)度在幾百甚至幾十公里的互聯(lián)線(xiàn)路。這相比目前不考慮本地需求的“能源基地”項目，互聯(lián)線(xiàn)路需要的公里數、容量都會(huì )小，成本也相應低。理解這一范式的形成，可能是個(gè)政治經(jīng)濟問(wèn)題，特別涉及到中央與地方的互動(dòng)、控制與收益關(guān)系。限于篇幅，另文討論。

最近，快速變化的國際與國內形勢之下，這一安排有較大程度松動(dòng)或者調整的跡象。長(cháng)距離僵直運行線(xiàn)路，不考慮送出與接收端的供需動(dòng)態(tài)變化。無(wú)論是其運行調節還是安全保障難度都比較高。目前快速變化的國際環(huán)境中，這無(wú)疑是國家能源與電力安全的“軟肋”。

▲途經(jīng)5省市的白鶴灘至江蘇特高壓直流工程是“西電東送”戰略的重點(diǎn)工程之一。圖片來(lái)源：Alamy

2022年11月，電網(wǎng)高層在中國電力企業(yè)聯(lián)合會(huì )年會(huì )上，明確表示：“堅持就地平衡、就近平衡為要，跨區平衡互濟，著(zhù)力解決應急調峰電源互濟能力不足等難題，抓好安全生產(chǎn)“。而一開(kāi)始提及的能源主管部門(mén)新聞發(fā)布會(huì )，也特別突出了中國式定義中的分布式光伏作用——盡管問(wèn)題的核心，在我們看來(lái)，并不在于分布式還是集中式，而是是否統一市場(chǎng)、靈活并網(wǎng)、尊重電力特性來(lái)發(fā)展風(fēng)光的方式問(wèn)題。

需要明確，筆者并不是說(shuō)新能源基地本身是個(gè)問(wèn)題。廉價(jià)、豐富的可再生電力，本身就是一種資源與財富。如果這部分基地不再配套煤電，不再以罔顧需求動(dòng)態(tài)的方式進(jìn)行高成本高損耗外送，而是重新校準為常態(tài)并網(wǎng)方式，或者轉為多種電力應用場(chǎng)景，比如電解制氫（氨、甲烷），變輸送困難的電力為其他液態(tài)或者固態(tài)燃料，將有效規避減排潛力下降、缺乏競爭力等問(wèn)題。鑒于上述最新動(dòng)態(tài)，我們對此保持樂(lè )觀(guān)。

中國之外的地區，如果缺乏明確的經(jīng)濟調度原則，也可能出現“只有裝機/發(fā)電，而幾無(wú)減排”的情況。比如東南亞、中西亞、印度等地區。這方面，需要結合具體案例分析，從而為有效解決“發(fā)電但不減排”提供短期到長(cháng)期的可行方案。

合則皆得，分則兩失

我們擁有了成本已經(jīng)普遍低于傳統電源的風(fēng)電光伏，它對于電力以及能源部門(mén)的快速脫碳是必要的，但是遠遠不夠。與可再生能源接入電網(wǎng)相關(guān)的電力系統靈活性提升（快速起停、爬坡速率、調節深度等）、運行方式變革（比如采用更高顆粒度的經(jīng)濟調度）、市場(chǎng)協(xié)調機制（比如實(shí)現更大更快更短的統一市場(chǎng)）在大部分發(fā)展中國家地區需要同時(shí)進(jìn)化。

在中國，風(fēng)電光伏進(jìn)入電力系統之初，曾出現比較嚴重的“棄電”。這根源于電網(wǎng)運行與系統特性的僵直，造成從容量增加無(wú)法過(guò)渡到電量的充分增長(cháng)。目前，這一問(wèn)題基于行政“棄電率”考核的手段，已經(jīng)基本解決。但是，電網(wǎng)運行的僵直問(wèn)題一直存在，是目前“基地型”可再生建設與運行方式形成，從而發(fā)電增加無(wú)法充分轉化為氣候減排的系統性因素。

“電力系統變革與氣候安全，合則皆得，分則兩失”。我們保持謹慎樂(lè )觀(guān)的同時(shí)，需要明確這一點(diǎn)。

■ 撰文 | 張樹(shù)偉，能源系統分析博士，高級工程師，卓爾德環(huán)境（北京）中心首席經(jīng)濟師。