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)。
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(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年后的很長一段時間，中國風(fēng)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(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150吉瓦，其中風(fēng)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(jié)果認(rèn)為：“2022年可再生能源發(fā)電量相當(dāng)于減少二氧化碳排放約22.6億噸”。簡單推算，這相當(dāng)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(zhǔn)對應(yīng)于一個度電煤耗300克標(biāo)煤煤電廠的排放水平。
我們認(rèn)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(jìn)”
可再生能源進(jìn)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(xué)術(shù)、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(fēng)光電源進(jìn)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(jì)調(diào)度，即機組按照成本從低到高的調(diào)度排序來滿足變動的電力需求?？稍偕茉催M(jìn)入發(fā)電序列，將擠出高成本的邊際機組，實現(xiàn)對應(yīng)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(yīng)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(jì)調(diào)度？
經(jīng)濟(jì)調(diào)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(jì)調(diào)度的方式調(diào)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(dāng)一部分不是為了并入本地電網(wǎng)來建設(shè)的，與傳統(tǒng)電源不構(gòu)成替代關(guān)系。政府規(guī)劃建設(shè)大量風(fēng)能和太陽能容量，分布在人口、經(jīng)濟(jì)和電力需求有限的西部偏遠(yuǎn)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(fēng)電、光伏、煤電”的組合中，可再生能源電力的份額“不低于50%”。考慮到水電外送是100%的可再生能源，因此即使煤電含量達(dá)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(jìn)一步擴(kuò)張（反過來說，如果沒有這些風(fēng)光，也不會引發(fā)對應(yīng)的煤電建設(shè)與投入運行）。二者甚至是互補的關(guān)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(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(shè)備故障，都不應(yīng)該影響整個系統(tǒng)的正常運行。東部地區(qū)必須在假設(shè)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(fēng)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(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(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(fēng)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(diào)峰深度增加，從而效率變差；本地匯集上網(wǎng)的線損。
也就是說，在可再生裝機擴(kuò)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。“配套”電源包括風(fēng)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(jié)果顯示：50%煤電捆綁可再生能源的政策導(dǎo)致減排效應(yīng)（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(jìn)一步增加（占比不是50%，而是普遍在70%甚至更多），減排效應(yīng)下降接近100克；再考慮到線損，減排效應(yīng)下降超過50克。即使不考慮接收地電源調(diào)節(jié)帶來的效率下降，最后能實現(xiàn)的減排效應(yīng)約為356克二氧化碳每千瓦時的水平，相當(dāng)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(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(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(fēng)險。當(dāng)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(dá)峰開始下降之后退出。容量并不一定轉(zhuǎn)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(jìn)一步增加線路投資回收期；如果提高價格，技術(shù)經(jīng)濟(jì)上會降低落地電價的競爭力，或者進(jìn)一步擠壓輸出地上網(wǎng)價格。無論哪一種可能，政治經(jīng)濟(jì)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(fēng)光裝機中，有35-40%屬于此類“打捆”項目。
風(fēng)光無法實現(xiàn)相應(yīng)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(fēng)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)?；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(biāo)的情景路徑。彭博社對2021年的新增發(fā)電量進(jìn)行了統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)85%來自于可再生能源，特別是風(fēng)能和太陽能。這被知名能源、氣候研究MCC智庫認(rèn)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(shè)之上?？傮w估算，中國大約有1/3的風(fēng)光新增沒有實現(xiàn)替代煤電的應(yīng)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?。ㄍ冉咏?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(yán)重受限，而四川出現(xiàn)兩周左右的用電限制，其結(jié)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(fēng)光為何會“捆綁”煤電？
風(fēng)光“捆綁”煤電的發(fā)展范式在經(jīng)濟(jì)邏輯上是無法理解的。目前，遠(yuǎn)距離跨區(qū)域的專項輸電工程主要服務(wù)于輸電，沒有聯(lián)網(wǎng)功能，即區(qū)域間無法互相調(diào)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(yīng)低。理解這一范式的形成，可能是個政治經(jīng)濟(jì)問題，特別涉及到中央與地方的互動、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(nèi)形勢之下，這一安排有較大程度松動或者調(diào)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(diào)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”。
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(jì)，著力解決應(yīng)急調(diào)峰電源互濟(jì)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(fēng)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(jìn)行高成本高損耗外送，而是重新校準(zhǔn)為常態(tài)并網(wǎng)方式，或者轉(zhuǎn)為多種電力應(yīng)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(jì)調(diào)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(jié)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(fēng)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(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。與可再生能源接入電網(wǎng)相關(guān)的電力系統(tǒng)靈活性提升（快速起停、爬坡速率、調(diào)節(jié)深度等）、運行方式變革（比如采用更高顆粒度的經(jīng)濟(jì)調(diào)度）、市場協(xié)調(diào)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(jìn)化。
在中國，風(fēng)電光伏進(jìn)入電力系統(tǒng)之初，曾出現(xiàn)比較嚴(yán)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(shè)與運行方式形成，從而發(fā)電增加無法充分轉(zhuǎn)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(jǐn)慎樂觀的同時，需要明確這一點。
原標(biāo)題：風(fēng)光"捆綁"煤電!
掃描關(guān)注微信
寧德時代吳凱...
天合光能陳奕...
劉巖: 追光行...
黃震院士：大...