煤電與可再生能源：互補還是替代？

文 | 張樹偉

作者系卓爾德環(huán)境研究（北京）中心主任兼首席經(jīng)濟師

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還是替代關(guān)系呢？這并不是一個容易達成一致的問題。

在市場商品體系中，不同類型的技術(shù)與產(chǎn)品是互補關(guān)系還是替代關(guān)系是一個有趣的話題。微觀經(jīng)濟學(xué)上，互補性的商品往往是“配套的”，一個的需求增加（減少）也會增加（減少）另外一個商品的需求；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減少另外一種商品的需求，反之則反。

那么，在我國，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還是替代關(guān)系呢？這并不是一個容易達成一致的問題。

一方面，我國很多公共問題的討論存在計劃思維與市場思維方式的混雜，現(xiàn)實運行更是因嚴重缺乏時間與空間一致性標準，充滿著更有權(quán)力者的自由量裁。在市場競爭年度電量（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，從小時間尺度來講（比如15分鐘），同樣風電上去了，煤電就需要（以及應(yīng)該）向下調(diào)節(jié)以保持系統(tǒng)平衡，這是個基本的市場份額問題；但如果是計劃視角，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”關(guān)系，這是電力系統(tǒng)各種文件報告所謂“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)存儲仍舊困難，需要實時平衡的特點在物理上也區(qū)別于普通商品?？稍偕茉撮g歇性與不確定性的特點，使其他機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。從長期看，系統(tǒng)的電源結(jié)構(gòu)必然是多元化的。即使從市場競爭視角，在某些電力產(chǎn)品市場（比如平衡市場），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，顯然也會成為互補關(guān)系。

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

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

煤電往往強調(diào)其“穩(wěn)定、可控”的特點與主體地位，從而顯示對可再生能源的優(yōu)勢；可再生能源強調(diào)其“清潔、綠色”的特點，從而顯示對煤電的優(yōu)越感。兩方的擁躉都從來不試圖討論其價值存在是否足夠大乃至無窮，是否在另外一種價值上出現(xiàn)短板而抵消了部分甚至全部其他優(yōu)勢，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，我們基于這一價值體系框架作為參考基準，分析我國能源體制與文化中的特色互補與替代的問題。

可再生能源與煤電——直接的競爭關(guān)系

在各個時間尺度上，要滿足需求，保持系統(tǒng)的平衡，能量市場（在歐美競爭性市場往往占整個電力市場的95%以上）上可再生能源出力每多一度，意味著其他機組就少一度。在我國，仍舊有約70%的電力來自于煤電?？梢灶A(yù)見，如果實施市場化的調(diào)度機制，煤電將在大部分時間成為邊際機組，可再生能源進入市場，會將邊際煤電推出市場，從而二者構(gòu)成“頭對頭、腳對腳”的直接競爭關(guān)系。

歐洲與美國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、風電與光伏所占據(jù)；美國過去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光所替代。

如果說英國的快速下降是碳定價與最小定價的主要貢獻，那么美國無疑其氣候政策在倒推，其煤炭比重的下降完全是市場機制自動發(fā)揮作用。

若有足夠的需求增長，競爭關(guān)系是否還存在

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

答案無疑是否定的，因為負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)高峰負荷可能變成低谷，即使有電量需求的增長。這種結(jié)構(gòu)性變化帶給煤電的影響，是規(guī)模擴張所無法抵消的。

即使需求曲線形狀不變化的保持高速增長，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，從而對其他機組形成替代，需求的增長需要新的機組以滿足高峰負荷（這往往應(yīng)該是天然氣機組的角色），而煤電的利用率會持續(xù)下降。因此，可再生能源對煤電的替代，從零開始就是“存量”的結(jié)構(gòu)性替代，這一關(guān)系并不會因需求增長就不存在，更不存在可再生能源進入系統(tǒng)，是先增量、后存量一說。

中國式“打捆” 外送——互補關(guān)系

盡管需求永遠不是一條直線，但是在目前大量“點對點”、“點對網(wǎng)”送電中，把不同波動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，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組不利用，卻去利用存在明顯輸電成本的外來電，有時還要承受“不接受清潔外來電”的道德指責。

將這種“新增電源——長距離外送——僵直消化”方式徹底掃進歷史的垃圾堆，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)，二者便不是競爭關(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。這是競爭性市場的基本范式。但是，即使提供服務(wù)，這種服務(wù)的價值也是有限而不是無限的，不需要在道義層面上“評勞?！?。

當然，在我國調(diào)度仍舊是整個體系的指揮官，整個的系統(tǒng)平衡范式仍舊是低分辨率、高度自由量裁的。各個機組更像是調(diào)度的兒子或者戰(zhàn)士，而不是彼此平等的市場參與者。所謂參與者的“平衡責任”，也因為權(quán)利全部上交沒有了相應(yīng)的義務(wù)（發(fā)多少電在小的時間尺度都不需要機組做主）。這方面的本質(zhì)性改變，特別是對應(yīng)于系統(tǒng)成本最小化的，有足夠時間分辨率的經(jīng)濟調(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)部是互補還是替代？

9月底，國務(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)電成本的分省標桿電價體系，改為“基準價+上下浮動”的市場化機制?；鶞蕛r按各地現(xiàn)行燃煤發(fā)電標桿上網(wǎng)電價確定，浮動范圍為上浮不超過10%、下浮原則上不超過15%。新的電價由發(fā)電企業(yè)、售電公司、電力用戶等通過協(xié)商或競價確定。

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

事實上，煤電企業(yè)并非銅板一塊。有些市場開發(fā)的好，份額更大了，即使價格下降了，利潤可能更大；有些效率低的，發(fā)一度虧一度的，本來就沒啥發(fā)電量，也不會受影響，屬于僵尸企業(yè)；新的機組，如果沒有大的市場份額，面臨大的還貸壓力，可能有資金斷裂的風險，這是經(jīng)濟意義上定義的“落后產(chǎn)能”；而有些小機組，雖然效率低一些，但是靠近用戶，節(jié)省輸電費用，還能賺到足夠的利潤。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)當成一個人，做“擬人化”理解，具有“人格化”的脾氣，這個很難有任何含義。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，近期能源主管部門發(fā)布了《關(guān)于下達2019年煤電行業(yè)淘汰落后產(chǎn)能目標任務(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。小機組并不是落后產(chǎn)能，期待看到主要的市場主體爭取上談判桌，而不是飯桌。

儲能如何改變可再生能源與煤電的替代關(guān)系？

在競爭性市場中，儲能越來越多的加入進來，以價格套利、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)移負荷，提高系統(tǒng)的安全程度。無論如何，所謂“平滑機組出力”均不是其目的，這（應(yīng)該）是一個互聯(lián)電力系統(tǒng)的基本功能?，F(xiàn)實中，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，儲能往往是低谷充電（往往是煤電邊際機組的時候），而在高峰放電（天然氣是邊際機組的時候），這相當于用煤電去替代天然氣發(fā)電，從而儲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，那么其作為邊際機組的情況會變得更加頻繁，儲能的減排性將得到更好的確認。

相比沒有儲能的情況，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，儲能抵消了部分可再生能源對傳統(tǒng)能源的替代；但是可再生能源份額高了，儲能的加入會進一步減弱煤電的份額，將煤電推出開機組合。

在國內(nèi)，情況可能完全不同。截至2018年6月底，全國投運電化學(xué)儲能項目累計裝機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。這些儲能的目的完全不是緩解電網(wǎng)阻塞等，而是平衡一些機組的出力。這本來應(yīng)該是一個互聯(lián)電網(wǎng)最基本的功能。

筆者在2016年曾提到，儲能應(yīng)用需要避免一種錯誤的組合——缺乏波動性定價的市場、對儲能放電單獨補貼、補貼通過消費者消化、何時放電由調(diào)度決定。而這句話對于我國改革中的電力系統(tǒng)仍舊有效。在目前的調(diào)度體系下，儲能跟普通發(fā)電電源并無區(qū)別。所謂系統(tǒng)級儲能的上馬則是“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，儲能越大，可再生能源與煤電的競爭程度會不變或者更加激烈，因為他們都是“發(fā)電”目的，并且存在電到電轉(zhuǎn)化的效率損失。

從滿足消費者電力需求的角度，可再生能源與煤電二者應(yīng)該是充分替代與競爭的。這一規(guī)范性表達要成為現(xiàn)實，系于市場機制，特別是更短、更快市場的建設(shè)與發(fā)揮作用?？稍偕茉唇尤胍l(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)得的市場份額。可再生能源優(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。這種作用的收益——整個系統(tǒng)的平衡、安全，是消費者的福利?？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（雙邊市場中承諾出力與實際出力的差別），那么也并不需要額外的進一步懲罰。這是法律上“刑罰對應(yīng)、刑罰適當”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)濟還是政治問題，取消各種不具有時間空間穩(wěn)定性的抽象“定位”。煤電內(nèi)部需要充分競爭起來。煤電整體虧損、煤電歷史貢獻大能夠說明的只是過去與現(xiàn)狀，而不是未來。這方面，對煤電行業(yè)的整體性“擬人化”理解，往往是缺乏任何含義的。煤電承擔輔助服務(wù)對可再生能源業(yè)毫無財務(wù)結(jié)算等方面的含義。