煤電與可再生能源:互補(bǔ)還是替代?

發(fā)布時(shí)間: 2019-11-27   來源:能源雜志  作者:張樹偉

  新興的可再生能源與仍占據(jù)主體地位的煤電之間是互補(bǔ)還是替代關(guān)系呢?這并不是一個(gè)容易達(dá)成一致的問題。

  在市場(chǎng)商品體系中,不同類型的技術(shù)與產(chǎn)品是互補(bǔ)關(guān)系還是替代關(guān)系是一個(gè)有趣的話題。微觀經(jīng)濟(jì)學(xué)上,互補(bǔ)性的商品往往是“配套的”,一個(gè)的需求增加(減少)也會(huì)增加(減少)另外一個(gè)商品的需求;而替代性的商品往往具有相同或者類似的功用,一種商品的增加往往會(huì)減少另外一種商品的需求,反之則反。

  那么,在我國(guó),新興的可再生能源與仍占據(jù)主體地位的煤電之間是互補(bǔ)還是替代關(guān)系呢?這并不是一個(gè)容易達(dá)成一致的問題。

  一方面,我國(guó)很多公共問題的討論存在計(jì)劃思維與市場(chǎng)思維方式的混雜,現(xiàn)實(shí)運(yùn)行更是因嚴(yán)重缺乏時(shí)間與空間一致性標(biāo)準(zhǔn),充滿著更有權(quán)力者的自由量裁。

  在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)年度電量(kWh)的視角,可再生能源多發(fā)一度電,煤電就得少發(fā)一度電(如果其他條件相同),那么顯然二者是替代關(guān)系,從小時(shí)間尺度來講(比如15分鐘),同樣風(fēng)電上去了,煤電就需要(以及應(yīng)該)向下調(diào)節(jié)以保持系統(tǒng)平衡,這是個(gè)基本的市場(chǎng)份額問題;但如果是計(jì)劃視角,可再生與化石能源共同滿足了給定的需求,“系統(tǒng)規(guī)劃者”安排二者的角色互相配合,那么顯然二者是“互補(bǔ)”關(guān)系,這是電力系統(tǒng)各種文件報(bào)告所謂“協(xié)調(diào)”、“統(tǒng)籌”等詞有高頻率使用的基本原因。

  另一方面,電力系統(tǒng)存儲(chǔ)仍舊困難,需要實(shí)時(shí)平衡的特點(diǎn)在物理上也區(qū)別于普通商品??稍偕茉撮g歇性與不確定性的特點(diǎn),使其他機(jī)組雖然利用的必要性越來越低,但仍舊是系統(tǒng)平衡所需要的。在極端情況下,比如無風(fēng)或無太陽的情況下,保證系統(tǒng)需求仍舊是可以滿足的。

  從長(zhǎng)期看,系統(tǒng)的電源結(jié)構(gòu)必然是多元化的。即使從市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)視角,在某些電力產(chǎn)品市場(chǎng)(比如平衡市場(chǎng)),二者還有可能構(gòu)成需求方(產(chǎn)生平衡誤差)與供給(提供平衡資源)的關(guān)系,顯然也會(huì)成為互補(bǔ)關(guān)系。

  煤電與可再生能源的關(guān)系在不同的時(shí)間、空間情況下存在各種特定的可能,這些在其他國(guó)家都可以找到很好的例子來說明。如果一種電源進(jìn)入系統(tǒng),提升了另外一種電源的價(jià)值,那么他們可能很大程度是互補(bǔ)的,反之則可能在大部分情況下是替代的。在這個(gè)問題上,我國(guó)的特色往往在于一種將連續(xù)問題二值化,將有限價(jià)值無限化的思維方式——“講個(gè)優(yōu)點(diǎn),評(píng)勞模”;“講個(gè)缺點(diǎn),就可以踏上一萬只腳”,將電源的競(jìng)爭(zhēng)與互補(bǔ)關(guān)系一成不變“定位化”,成為一個(gè)常數(shù),而不隨空間時(shí)間充分變化。

  比如涉及不同電源優(yōu)缺點(diǎn)的問題。從價(jià)值的視角,任何一種電源往往都具有三種價(jià)值:經(jīng)濟(jì)價(jià)值、環(huán)境價(jià)值和安全價(jià)值。

  煤電往往強(qiáng)調(diào)其“穩(wěn)定、可控”的特點(diǎn)與主體地位,從而顯示對(duì)可再生能源的優(yōu)勢(shì);可再生能源強(qiáng)調(diào)其“清潔、綠色”的特點(diǎn),從而顯示對(duì)煤電的優(yōu)越感。兩方的擁躉都從來不試圖討論其價(jià)值存在是否足夠大乃至無窮,是否在另外一種價(jià)值上出現(xiàn)短板而抵消了部分甚至全部其他優(yōu)勢(shì),從而無法充分論證其發(fā)展的必要性甚至是必然性。

  本文中,我們基于這一價(jià)值體系框架作為參考基準(zhǔn),分析我國(guó)能源體制與文化中的特色互補(bǔ)與替代的問題。

  可再生能源與煤電——直接的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系

  在各個(gè)時(shí)間尺度上,要滿足需求,保持系統(tǒng)的平衡,能量市場(chǎng)(在歐美競(jìng)爭(zhēng)性市場(chǎng)往往占整個(gè)電力市場(chǎng)的95%以上)上可再生能源出力每多一度,意味著其他機(jī)組就少一度。

  在我國(guó),仍舊有約70%的電力來自于煤電??梢灶A(yù)見,如果實(shí)施市場(chǎng)化的調(diào)度機(jī)制,煤電將在大部分時(shí)間成為邊際機(jī)組,可再生能源進(jìn)入市場(chǎng),會(huì)將邊際煤電推出市場(chǎng),從而二者構(gòu)成“頭對(duì)頭、腳對(duì)腳”的直接競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。

  歐洲與美國(guó)的案例可以提供這方面充分的證明。在2012-2016年的5年間,英國(guó)的煤電比重下降了35%,排放下降了一半。下降的份額被天然氣、風(fēng)電與光伏所占據(jù);美國(guó)過去10年煤電比重下降了20%,排放下降了10%。煤電的份額被更多的天然氣與風(fēng)光所替代。

  如果說英國(guó)的快速下降是碳定價(jià)與最小定價(jià)的主要貢獻(xiàn),那么美國(guó)無疑其氣候政策在倒推,其煤炭比重的下降完全是市場(chǎng)機(jī)制自動(dòng)發(fā)揮作用。

  若有足夠的需求增長(zhǎng),競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系是否還存在

  美國(guó)與英國(guó)的案例無疑都是需求已經(jīng)飽和很多年,幾乎無總量增長(zhǎng)情況下的結(jié)果。但是如果我國(guó)年電力總量還保持5%左右甚至更高的增長(zhǎng),那么這種競(jìng)爭(zhēng)是否會(huì)緩解乃至不存在?

  答案無疑是否定的,因?yàn)樨?fù)荷曲線以及可再生能源出力曲線的形狀的關(guān)系。可再生能源進(jìn)入系統(tǒng),無疑帶給系統(tǒng)很多結(jié)構(gòu)性的變化,比如光伏多了,傳統(tǒng)高峰負(fù)荷可能變成低谷,即使有電量需求的增長(zhǎng)。這種結(jié)構(gòu)性變化帶給煤電的影響,是規(guī)模擴(kuò)張所無法抵消的。

  即使需求曲線形狀不變化的保持高速增長(zhǎng),可再生能源的接入仍舊要持續(xù)的改變剩余需求曲線的形狀,從而對(duì)其他機(jī)組形成替代,需求的增長(zhǎng)需要新的機(jī)組以滿足高峰負(fù)荷(這往往應(yīng)該是天然氣機(jī)組的角色),而煤電的利用率會(huì)持續(xù)下降。因此,可再生能源對(duì)煤電的替代,從零開始就是“存量”的結(jié)構(gòu)性替代,這一關(guān)系并不會(huì)因需求增長(zhǎng)就不存在,更不存在可再生能源進(jìn)入系統(tǒng),是先增量、后存量一說。

  中國(guó)式“打捆”外送——互補(bǔ)關(guān)系

  盡管需求永遠(yuǎn)不是一條直線,但是在目前大量“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”、“點(diǎn)對(duì)網(wǎng)”送電中,把不同波動(dòng)特性的電源捆綁成一條直線外送成為了基本選擇。所謂的“100%的風(fēng)電,還是配上50%、乃至95%的煤電”。這種情況下,可再生能源與煤電高度互補(bǔ),稱為配套電源。越來越多的可再生能源產(chǎn)生了越來越多的煤電需求,從而產(chǎn)生對(duì)越來越大的電網(wǎng)傳輸容量(與尖峰外送匹配)的需求。這儼然已經(jīng)成為一種正向反饋,互相加強(qiáng)的“龐氏騙局”。

  這一格局中最大的輸家,無疑是東部地區(qū)的受電省份,放著自己已經(jīng)建成的低成本與零成本機(jī)組不利用,卻去利用存在明顯輸電成本的外來電,有時(shí)還要承受“不接受清潔外來電”的道德指責(zé)。

  將這種“新增電源——長(zhǎng)距離外送——僵直消化”方式徹底掃進(jìn)歷史的垃圾堆,已經(jīng)成為2020年前,以及十四五規(guī)劃中無可回避的基本任務(wù)。

  煤電提供輔助服務(wù),二者便不是競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系?

  可再生能源屬于不可控電源,因此在提供系統(tǒng)輔助服務(wù)(比如向上調(diào)峰)上必然受到限制。系統(tǒng)要保持平衡,調(diào)度體系必須具有可控電源的部分資源以平衡系統(tǒng)的偏差。這是競(jìng)爭(zhēng)性市場(chǎng)的基本范式。但是,即使提供服務(wù),這種服務(wù)的價(jià)值也是有限而不是無限的,不需要在道義層面上“評(píng)勞?!薄?/p>

  當(dāng)然,在我國(guó)調(diào)度仍舊是整個(gè)體系的指揮官,整個(gè)的系統(tǒng)平衡范式仍舊是低分辨率、高度自由量裁的。各個(gè)機(jī)組更像是調(diào)度的兒子或者戰(zhàn)士,而不是彼此平等的市場(chǎng)參與者。所謂參與者的“平衡責(zé)任”,也因?yàn)闄?quán)利全部上交沒有了相應(yīng)的義務(wù)(發(fā)多少電在小的時(shí)間尺度都不需要機(jī)組做主)。這方面的本質(zhì)性改變,特別是對(duì)應(yīng)于系統(tǒng)成本最小化的,有足夠時(shí)間分辨率的經(jīng)濟(jì)調(diào)度原則的采用,成為下一步電力體制改革的重中之重。

  煤電內(nèi)部是互補(bǔ)還是替代?

  9月底,國(guó)務(wù)院發(fā)文正式廢除了存在15年,早已經(jīng)不反應(yīng)煤電發(fā)電成本的分省標(biāo)桿電價(jià)體系,改為“基準(zhǔn)價(jià)+上下浮動(dòng)”的市場(chǎng)化機(jī)制。基準(zhǔn)價(jià)按各地現(xiàn)行燃煤發(fā)電標(biāo)桿上網(wǎng)電價(jià)確定,浮動(dòng)范圍為上浮不超過10%、下浮原則上不超過15%。新的電價(jià)由發(fā)電企業(yè)、售電公司、電力用戶等通過協(xié)商或競(jìng)價(jià)確定。

  協(xié)商與競(jìng)價(jià)如何開展,如何獲得市場(chǎng)份額,變成了各個(gè)市場(chǎng)主體發(fā)揮主觀能動(dòng)性的事情,無疑也將強(qiáng)化煤電內(nèi)部的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。與此同時(shí),這也面臨著信息不對(duì)稱與市場(chǎng)流動(dòng)性的問題,并不是說打破了舊的新的就可以自動(dòng)建立起來。這有賴于政府的牽線搭橋,以及市場(chǎng)主體數(shù)量與能力的大幅提升。

  事實(shí)上,煤電企業(yè)并非銅板一塊。有些市場(chǎng)開發(fā)的好,份額更大了,即使價(jià)格下降了,利潤(rùn)可能更大;有些效率低的,發(fā)一度虧一度的,本來就沒啥發(fā)電量,也不會(huì)受影響,屬于僵尸企業(yè);新的機(jī)組,如果沒有大的市場(chǎng)份額,面臨大的還貸壓力,可能有資金斷裂的風(fēng)險(xiǎn),這是經(jīng)濟(jì)意義上定義的“落后產(chǎn)能”;而有些小機(jī)組,雖然效率低一些,但是靠近用戶,節(jié)省輸電費(fèi)用,還能賺到足夠的利潤(rùn)。煤電內(nèi)部是高度非均一的,情況各有不同。

  不能把煤炭行業(yè)當(dāng)成一個(gè)人,做“擬人化”理解,具有“人格化”的脾氣,這個(gè)很難有任何含義。煤電過去是主體,現(xiàn)在也是主體,未來取決于環(huán)境、經(jīng)濟(jì)與安全約束,“擬人化”的擺老資格從邏輯上無法證明未來保持主體地位。

  與此同時(shí),近期能源主管部門發(fā)布了《關(guān)于下達(dá)2019年煤電行業(yè)淘汰落后產(chǎn)能目標(biāo)任務(wù)的通知》,要求各地確定“關(guān)?!泵麊危?0萬千瓦以上的都有可能被認(rèn)定為“燃煤小熱電”。這仍舊是一種“不上談判桌,就上飯桌上的菜單”的安排。小機(jī)組并不是落后產(chǎn)能,期待看到主要的市場(chǎng)主體爭(zhēng)取上談判桌,而不是飯桌。

  儲(chǔ)能如何改變可再生能源與煤電的替代關(guān)系?

  在競(jìng)爭(zhēng)性市場(chǎng)中,儲(chǔ)能越來越多的加入進(jìn)來,以價(jià)格套利、提供輔助服務(wù)、緩解電網(wǎng)阻塞等方式幫助改善系統(tǒng)的性能,轉(zhuǎn)移負(fù)荷,提高系統(tǒng)的安全程度。無論如何,所謂“平滑機(jī)組出力”均不是其目的,這(應(yīng)該)是一個(gè)互聯(lián)電力系統(tǒng)的基本功能。

  現(xiàn)實(shí)中,往往存在其他眾多的更合適、更便宜的選擇。在這樣的系統(tǒng)中,如果可再生能源比重不大,儲(chǔ)能往往是低谷充電(往往是煤電邊際機(jī)組的時(shí)候),而在高峰放電(天然氣是邊際機(jī)組的時(shí)候),這相當(dāng)于用煤電去替代天然氣發(fā)電,從而儲(chǔ)能的加入在大部分情況下都將增加系統(tǒng)的排放。

  至于總的系統(tǒng)成本,增加與減少的情況都存在。如果可再生能源比重非常大,那么其作為邊際機(jī)組的情況會(huì)變得更加頻繁,儲(chǔ)能的減排性將得到更好的確認(rèn)。

  相比沒有儲(chǔ)能的情況,可再生能源與煤電的替代在可再生能源份額低的情況下有所緩和,儲(chǔ)能抵消了部分可再生能源對(duì)傳統(tǒng)能源的替代;但是可再生能源份額高了,儲(chǔ)能的加入會(huì)進(jìn)一步減弱煤電的份額,將煤電推出開機(jī)組合。

  在國(guó)內(nèi),情況可能完全不同。截至2018年6月底,全國(guó)投運(yùn)電化學(xué)儲(chǔ)能項(xiàng)目累計(jì)裝機(jī)533MW,用戶側(cè)占50%,發(fā)電側(cè)與電網(wǎng)領(lǐng)域占35%與15%。這其中,70%是鋰離子電池。這些儲(chǔ)能的目的完全不是緩解電網(wǎng)阻塞等,而是平衡一些機(jī)組的出力。這本來應(yīng)該是一個(gè)互聯(lián)電網(wǎng)最基本的功能。

  筆者在2016年曾提到,儲(chǔ)能應(yīng)用需要避免一種錯(cuò)誤的組合——缺乏波動(dòng)性定價(jià)的市場(chǎng)、對(duì)儲(chǔ)能放電單獨(dú)補(bǔ)貼、補(bǔ)貼通過消費(fèi)者消化、何時(shí)放電由調(diào)度決定。而這句話對(duì)于我國(guó)改革中的電力系統(tǒng)仍舊有效。

  在目前的調(diào)度體系下,儲(chǔ)能跟普通發(fā)電電源并無區(qū)別。所謂系統(tǒng)級(jí)儲(chǔ)能的上馬則是“泡沫”。只有發(fā)電,才能回收固定資本,缺乏商業(yè)模式。這種情況下,儲(chǔ)能越大,可再生能源與煤電的競(jìng)爭(zhēng)程度會(huì)不變或者更加激烈,因?yàn)樗麄兌际恰鞍l(fā)電”目的,并且存在電到電轉(zhuǎn)化的效率損失。

  從滿足消費(fèi)者電力需求的角度,可再生能源與煤電二者應(yīng)該是充分替代與競(jìng)爭(zhēng)的。這一規(guī)范性表達(dá)要成為現(xiàn)實(shí),系于市場(chǎng)機(jī)制,特別是更短、更快市場(chǎng)的建設(shè)與發(fā)揮作用。

  可再生能源接入引發(fā)的系統(tǒng)平衡靈活性增加的需求,也不是新增煤電的角色,而是新增天然氣與已建成煤電(特別是小機(jī)組)發(fā)揮作用的空間。這也不是煤電的功勞,而是可再生能源應(yīng)得的市場(chǎng)份額??稍偕茉磧?yōu)先調(diào)度,是系統(tǒng)成本最小化的要求。

  即使傳統(tǒng)的煤電發(fā)揮這種角色與作用,也不意味著與可再生能源的協(xié)調(diào)或者互補(bǔ)。這種作用的收益——整個(gè)系統(tǒng)的平衡、安全,是消費(fèi)者的福利??稍偕茉慈绻麖钠茐倪@種平衡獲得了足夠的“懲罰”,比如支付不平衡罰金(雙邊市場(chǎng)中承諾出力與實(shí)際出力的差別),那么也并不需要額外的進(jìn)一步懲罰。這是法律上“刑罰對(duì)應(yīng)、刑罰適當(dāng)”的基本含義。

  在新的十四五規(guī)劃中,需要明確的區(qū)分經(jīng)濟(jì)還是政治問題,取消各種不具有時(shí)間空間穩(wěn)定性的抽象“定位”。煤電內(nèi)部需要充分競(jìng)爭(zhēng)起來。煤電整體虧損、煤電歷史貢獻(xiàn)大能夠說明的只是過去與現(xiàn)狀,而不是未來。這方面,對(duì)煤電行業(yè)的整體性“擬人化”理解,往往是缺乏任何含義的。煤電承擔(dān)輔助服務(wù)對(duì)可再生能源業(yè)毫無財(cái)務(wù)結(jié)算等方面的含義。

      關(guān)鍵詞: 煤電,可再生能源

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