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

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

過去的10-15年，中國增加可再生能源裝機的節(jié)奏總是令人印象深刻。從2005年通過《可再生能源法》，以固定優(yōu)惠電價鼓勵風電光伏為主的可再生能源發(fā)展，中國歷年的風光新增裝機量占世界總量的50%甚至更多。2010年后的很長一段時間，中國風電年增長20到35吉瓦；而光伏后來居上，增長更快，在30到50吉瓦。二者合計，在2015年后的5年，大體年增長50到60吉瓦。

2020年開始的三年，盡管有疫情影響，但是風電光伏的裝機保持了韌性，大幅增加到每年100吉瓦以上。剛剛過去的2022年是進一步提速的一年。國家能源局在2023年一季度新聞發(fā)布會上表示：2022年全年新增可再生能源（水電、風電、光伏、生物質等）超過150吉瓦，其中風光合計125吉瓦；發(fā)電量占全社會用電量超過13%，已超過世界平均水平。

能源局發(fā)布會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”。簡單推算，這相當于1千瓦可再生電量，實現(xiàn)837克二氧化碳的減排。這一度量基準對應于一個度電煤耗300克標煤煤電廠的排放水平。

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

可再生能源與煤電“齊頭并進”

可再生能源進入電力系統(tǒng)，在多大程度上有效替代傳統(tǒng)能源發(fā)電，實現(xiàn)溫室氣體減排，是個學術、政策與工業(yè)界的熱門話題。機組的減排效果會因為電力系統(tǒng)特點不同而有所區(qū)別。也就是一個新的零排放的風光電源進入系統(tǒng)，到底會擠出何種其他電源的問題。

成本最小化的電力系統(tǒng)往往實行經(jīng)濟調度，即機組按照成本從低到高的調度排序來滿足變動的電力需求�？稍偕�能源進入發(fā)電序列，將擠出高成本的邊際機組，實現(xiàn)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(qū)），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年天然氣價格暴漲的西歐大部分地區(qū)），減排對應天然氣發(fā)電的排放強度（根據(jù)效率不同，大致在400-600克二氧化碳每千瓦時); 如果邊際機組是煤電（比如煤電占據(jù)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。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）最先上線以滿足需求，而邊際成本最高的發(fā)電機組（比如煤電）最后上線。以這種稱為經(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)來建設的，與傳統(tǒng)電源不構成替代關系。政府規(guī)劃建設大量風能和太陽能容量，分布在人口、經(jīng)濟和電力需求有限的西部偏遠地區(qū)（比如戈壁、沙漠），稱為 “新能源基地”。與新的或現(xiàn)有煤電捆綁，電力通過特高壓輸電專項工程傳輸?shù)綎|部沿海地區(qū)。

“十四五”可再生能源發(fā)展規(guī)劃中規(guī)定，在“水電、風電、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)了煤電的進一步擴張（反過來說，如果沒有這些風光，也不會引發(fā)對應的煤電建設與投入運行）。二者甚至是互補的關系。已建成線路的運行記錄（2021年，2020年，2019年）也證明了這一點——大部分線路的跨區(qū)輸電量中，風電與光伏的電量比例20%-40%。最新計劃中的新疆哈密——重慶輸電專線項目，配套可再生1000萬千瓦，煤電400-600萬千瓦。
 

西部新增可再生能源裝機可以減少東部地區(qū)的煤電裝機嗎？答案是：大致不會。電力系統(tǒng)存在N-1原則作為基本安全要求。它指的是：電力系統(tǒng)任何單一設備故障，都不應該影響整個系統(tǒng)的正常運行。東部地區(qū)必須在假設整個線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，而風電光伏普遍在20年左右，這種對煤電投資的拉動造成的長期排放鎖定風險就更大了。

從運行角度，可再生電力替代燃煤發(fā)電，也強烈區(qū)別于電量1:1直接替代。西部地區(qū)70%的煤電，加上30%的風光發(fā)電，替代東部電力需求旺盛地區(qū)的邊際機組（所謂：滿足需求的成本最高的機組），事實上更多的情況是“煤換煤”。即使受電地區(qū)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，也會因為各種因素大大折扣。比如：顯著長距離輸電線損；東部地區(qū)調峰深度增加，從而效率變差；本地匯集上網(wǎng)的線損。
 

▲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，在可再生裝機擴大——發(fā)電增加——替代化石能源發(fā)電——實現(xiàn)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（稱為哈鄭直流或者天中直流）輸電專項工程為例，我們做了測算。它線路長度2200公里，線損7.2%，額定輸送功率800萬千瓦�！芭涮住彪娫窗�括風電800萬千瓦、光伏發(fā)電125萬千瓦、煤電660萬千瓦，總裝機容量1585萬千瓦。

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；實際運行中煤電的進一步增加（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；再考慮到線損，減排效應下降超過50克。即使不考慮接收地電源調節(jié)帶來的效率下降，最后能實現(xiàn)的減排效應約為356克二氧化碳每千瓦時的水平，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：風電不再是風電，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。

更進一步，從系統(tǒng)影響視角，它拉動了額外的煤電投資，引發(fā)了對更長時間煤炭使用的鎖定風險。當然，有人可能會辯駁：這部分煤電現(xiàn)在起運行輔助作用，在未來碳排放實現(xiàn)達峰開始下降之后退出。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(xiàn)實世界，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(tǒng)仍缺乏基于短期邊際成本的競爭機制。線路的可再生比重提高，同時也意味著因為可再生出力的波動，線路利用率會下降。保持目前輸電價格，會進一步增加線路投資回收期；如果提高價格，技術經(jīng)濟上會降低落地電價的競爭力，或者進一步擠壓輸出地上網(wǎng)價格。無論哪一種可能，政治經(jīng)濟上都與多個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(tǒng)計，目前類似的輸電工程項目超過20條（請向卓爾德中心索取完整目錄），其中1/3專門輸送西南地區(qū)水電，其他線路配有50%容量左右的煤電。按此估計，最近5年中國的風光裝機中，有35-40%屬于此類“打捆”項目。

風光無法實現(xiàn)相應的減排效果，這對于世界的電源裝機統(tǒng)計、理解與解讀可再生能源發(fā)展具有顯著影響。IPCC第六次評估報告中將風能和太陽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年之前的短時間內(nèi)特別重要，因為其他選擇要么不可用，要么很難規(guī)�；�發(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能光伏產(chǎn)能計劃，全球太陽能產(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)電量進行了統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)85%來自于可再生能源，特別是風能和太陽能。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現(xiàn)減排的假設之上�？傮w估算，中國大約有1/3的風光新增沒有實現(xiàn)替代煤電的應然減排。

近年來，中國盡管可再生能源裝機增長迅速，但發(fā)電比重增長并不特別突出，與此同時，煤炭消費和碳排放都在持續(xù)增長，甚至有些劇烈。與煤電互補的可再生能源裝機可能是個重要因素。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)電增長比例并不小（同比接近2個百分點）。這一年，因為扭曲的發(fā)電價格，煤電出力積極性嚴重受限，而四川出現(xiàn)兩周左右的用電限制，其結果反映在數(shù)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，可能會增加1.5%以上。

風光為何會“捆綁”煤電？

風光“捆綁”煤電的發(fā)展范式在經(jīng)濟邏輯上是無法理解的。目前，遠距離跨區(qū)域的專項輸電工程主要服務于輸電，沒有聯(lián)網(wǎng)功能，即區(qū)域間無法互相調度電力來滿足需求。而從供需平衡來說，本地發(fā)電、本地上網(wǎng)、本地消費是最穩(wěn)定、最容易實現(xiàn)和成本最低的。舉例來說，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，長度在幾百甚至幾十公里的互聯(lián)線路。這相比目前不考慮本地需求的“能源基地”項目，互聯(lián)線路需要的公里數(shù)、容量都會小，成本也相應低。理解這一范式的形成，可能是個政治經(jīng)濟問題，特別涉及到中央與地方的互動、控制與收益關系。限于篇幅，另文討論。

最近，快速變化的國際與國內(nèi)形勢之下，這一安排有較大程度松動或者調整的跡象。長距離僵直運行線路，不考慮送出與接收端的供需動態(tài)變化。無論是其運行調節(jié)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(zhàn)略的重點工程之一。圖片來源：Alamy

2022年11月，電網(wǎng)高層在中國電力企業(yè)聯(lián)合會年會上，明確表示：“堅持就地平衡、就近平衡為要，跨區(qū)平衡互濟，著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)“。而一開始提及的能源主管部門新聞發(fā)布會，也特別突出了中國式定義中的分布式光伏作用——盡管問題的核心，在我們看來，并不在于分布式還是集中式，而是是否統(tǒng)一市場、靈活并網(wǎng)、尊重電力特性來發(fā)展風光的方式問題。

需要明確，筆者并不是說新能源基地本身是個問題。廉價、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，不再以罔顧需求動態(tài)的方式進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(guī)避減排潛力下降、缺乏競爭力等問題。鑒于上述最新動態(tài)，我們對此保持樂觀。

中國之外的地區(qū)，如果缺乏明確的經(jīng)濟調度原則，也可能出現(xiàn)“只有裝機/發(fā)電，而幾無減排”的情況。比如東南亞、中西亞、印度等地區(qū)。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(tǒng)電源的風電光伏，它對于電力以及能源部門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)相關的電力系統(tǒng)靈活性提升（快速起停、爬坡速率、調節(jié)深度等）、運行方式變革（比如采用更高顆粒度的經(jīng)濟調度）、市場協(xié)調機制（比如實現(xiàn)更大更快更短的統(tǒng)一市場）在大部分發(fā)展中國家地區(qū)需要同時進化。

在中國，風電光伏進入電力系統(tǒng)之初，曾出現(xiàn)比較嚴重的“棄電”。這根源于電網(wǎng)運行與系統(tǒng)特性的僵直，造成從容量增加無法過渡到電量的充分增長。目前，這一問題基于行政“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)電增加無法充分轉化為氣候減排的系統(tǒng)性因素。

“電力系統(tǒng)變革與氣候安全，合則皆得，分則兩失”。我們保持謹慎樂觀的同時，需要明確這一點。

■ 撰文 | 張樹偉，能源系統(tǒng)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。