厘清能源轉(zhuǎn)型的“效果”與“效率”

朱彤

在“雙碳”政策推動(dòng)下，中國(guó)能源轉(zhuǎn)型與減碳進(jìn)程進(jìn)一步提速。2021年-2023年，中國(guó)風(fēng)能發(fā)電和太陽(yáng)能光伏發(fā)電裝機(jī)總和從6.34億千瓦增加到10.5億千瓦，兩年增長(zhǎng)65%；新能源汽車銷售量從352.1萬(wàn)輛快速增加到949.5萬(wàn)輛，兩年增長(zhǎng)1.7倍；新型儲(chǔ)能累計(jì)裝機(jī)規(guī)模從400萬(wàn)千瓦增至3139萬(wàn)千瓦，兩年增長(zhǎng)6.8倍。截至2023年底，中國(guó)可再生能源（含水電和生物質(zhì)）發(fā)電總裝機(jī)達(dá)15.16億千瓦，占全國(guó)發(fā)電總裝機(jī)的51.9%；可再生能源發(fā)電量達(dá)到2.07萬(wàn)億千瓦時(shí)，約占發(fā)電量的31.3%。

此外，中國(guó)電力部門碳減排也取得了明顯成效。2022年，全國(guó)單位發(fā)電量二氧化碳排放約541克／千瓦時(shí)，比2005年降低了36.9%。

然而，我們?cè)跒樯鲜龀煽?jī)而欣慰的同時(shí)，不應(yīng)忽視中國(guó)能源轉(zhuǎn)型實(shí)踐中逐漸顯現(xiàn)的一些問(wèn)題。這里僅舉三例：

一是可再生能源規(guī)模快速增長(zhǎng)面臨的網(wǎng)絡(luò)瓶頸制約日益凸顯。比如，2021年為加快屋頂分布式光伏發(fā)展而實(shí)施的“整縣推進(jìn)”政策對(duì)推動(dòng)分布式光伏發(fā)展效果明顯。2022年全國(guó)新增分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)裝機(jī)容量51.11GW（吉瓦），占當(dāng)年光伏發(fā)電并網(wǎng)裝機(jī)容量的58.4%，與2020年新增分布式光伏占比相比增加了35個(gè)百分點(diǎn)。然而，該政策實(shí)施不到兩年，全國(guó)很多地方就因電網(wǎng)冗余消耗殆盡而對(duì)分布式光伏并網(wǎng)亮起紅燈。

二是一些應(yīng)對(duì)“風(fēng)光電”波動(dòng)性和間歇性的政策措施面臨“必要性”與“經(jīng)濟(jì)性”的兩難困境。比如，2021年7月國(guó)家發(fā)展改革委和國(guó)家能源局發(fā)布的“鼓勵(lì)”集中式風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電站配建儲(chǔ)能的政策，在實(shí)踐中演變?yōu)?0多個(gè)省份先后實(shí)施“強(qiáng)制配儲(chǔ)”政策。各地“強(qiáng)制配儲(chǔ)”政策一方面推動(dòng)了中國(guó)新型儲(chǔ)能短期出現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)，另一方面給配儲(chǔ)的新能源發(fā)電企業(yè)帶來(lái)了沉重的成本負(fù)擔(dān)，且至今缺乏完善的儲(chǔ)能成本補(bǔ)償機(jī)制。不僅如此，在這些企業(yè)“兩小時(shí)”配儲(chǔ)成本還難以消化和承受時(shí)，一些地方在“風(fēng)光電”規(guī)?？焖僭鲩L(zhǎng)的壓力下，強(qiáng)制配儲(chǔ)的要求開(kāi)始從“兩小時(shí)”擴(kuò)大到“三小時(shí)”，甚至“四小時(shí)”。在這種情況下，配儲(chǔ)成本不單單是“完善配儲(chǔ)成本補(bǔ)償機(jī)制”就能解決的了，可能需要先對(duì)這些成本的“合理性”進(jìn)行評(píng)估。

三是高比例波動(dòng)性可再生能源電力系統(tǒng)的高“系統(tǒng)成本”問(wèn)題。隨著電力系統(tǒng)中風(fēng)光電占比的增加，未來(lái)電力系統(tǒng)需要的“系統(tǒng)靈活性”規(guī)?？赡軘?shù)倍于目前的電力系統(tǒng)，從而導(dǎo)致“系統(tǒng)成本”大幅上升。經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織（OECD）和國(guó)際核能協(xié)會(huì)（NEA）2019年發(fā)布的一份研究報(bào)告指出：當(dāng)波動(dòng)性可再生能源在電力系統(tǒng)滲透率為10%時(shí)，其所研究的案例系統(tǒng)成本為7美元/MWh（兆瓦時(shí)）；當(dāng)滲透率提高到30%時(shí)，系統(tǒng)成本相當(dāng)于10%時(shí)的2.5倍；當(dāng)滲透率達(dá)到50%時(shí)，系統(tǒng)成本相當(dāng)于10%滲透率的4.3倍。當(dāng)然，由于不同電力系統(tǒng)的“靈活性”差異較大，波動(dòng)性可再生能源相同滲透率下的電力系統(tǒng)成本也不相同，甚至差異很大?，F(xiàn)有電力系統(tǒng)的技術(shù)靈活性和機(jī)制靈活性越強(qiáng)，現(xiàn)有機(jī)制對(duì)大量分布式、小規(guī)模靈活性資源的利用能力越強(qiáng)，利用效率越高，波動(dòng)性可再生能源規(guī)模擴(kuò)張導(dǎo)致的系統(tǒng)成本上升幅度越小。但無(wú)論如何，系統(tǒng)成本大幅上升趨勢(shì)是能源轉(zhuǎn)型不能回避的問(wèn)題。我們需要認(rèn)真思考：是否有減少系統(tǒng)成本持續(xù)增加的替代方案，以減少中國(guó)能源轉(zhuǎn)型的代價(jià)。

上述問(wèn)題的前兩個(gè)問(wèn)題是能源轉(zhuǎn)型實(shí)踐中產(chǎn)生的問(wèn)題，而第三個(gè)問(wèn)題則是根據(jù)能源轉(zhuǎn)型邏輯“發(fā)現(xiàn)”，并且在不遠(yuǎn)的將來(lái)大概率會(huì)發(fā)生。從本質(zhì)上反映了能源轉(zhuǎn)型與碳中和進(jìn)程中“效果”與“效率”實(shí)際和可能的沖突。

2023年底中國(guó)風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電合計(jì)裝機(jī)容量已接近11億千瓦。圖/新華

能源轉(zhuǎn)型效果與效率沖突的原因分析

2023年底中國(guó)風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電合計(jì)裝機(jī)容量已接近11億千瓦，距離2030年完成12億千瓦裝機(jī)的發(fā)展目標(biāo)僅一步之遙。這表明中國(guó)推動(dòng)風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電的相關(guān)政策無(wú)論是實(shí)現(xiàn)程度還是速度，效果都很好。然而，并不意味著政策效率高，即實(shí)現(xiàn)具體能源轉(zhuǎn)型和脫碳目標(biāo)所支付的“經(jīng)濟(jì)成本”低。從實(shí)踐來(lái)看，由于種種原因，能源轉(zhuǎn)型與脫碳實(shí)踐中效果與效率對(duì)立的案例并不鮮見(jiàn)。其關(guān)鍵原因有兩點(diǎn)：

第一，氣候變化倒逼的能源轉(zhuǎn)型決定了“效果”的地位重于“效率”。歷史上發(fā)生的能源轉(zhuǎn)型，比如，煤炭替代植物薪柴、石油替代煤炭等，都是由效率更高的技術(shù)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)的。正如加拿大著名能源轉(zhuǎn)型專家瓦茨拉·夫斯米爾教授所說(shuō)，每當(dāng)效率更高的新“能量原動(dòng)機(jī)”出現(xiàn)取代舊的原動(dòng)機(jī)，顯著提高了人類所能利用的能源的量級(jí)，能源轉(zhuǎn)型就會(huì)發(fā)生。

然而，當(dāng)前正在進(jìn)行的能源轉(zhuǎn)型是氣候變化倒逼的。這從兩個(gè)方面導(dǎo)致能源轉(zhuǎn)型與脫碳實(shí)踐中“效果”優(yōu)先的局面：一方面，應(yīng)對(duì)氣候變化，緩解全球變暖的緊迫性所形成的輿論氛圍和心理壓力導(dǎo)致加快能源轉(zhuǎn)型和脫碳更重視“效果”的思維慣性，實(shí)踐中也傾向于采用能短期迅速看見(jiàn)效果的措施（即短平快的政策工具）；另一方面，氣候變化問(wèn)題的“全球外部性”導(dǎo)致應(yīng)對(duì)氣候變化的國(guó)際博弈中表現(xiàn)出“鞭打快?！钡奶卣?，試圖讓積極落實(shí)承諾的國(guó)家加快轉(zhuǎn)型，提前實(shí)現(xiàn)碳中和，而對(duì)由此發(fā)生的成本不置一詞。

具體地說(shuō)，各國(guó)能源轉(zhuǎn)型與碳中和進(jìn)程中必然面臨兩個(gè)難題：減碳成本分?jǐn)偤吞夹孤?。前者是指減碳國(guó)家付出“真金白銀”減少碳排放量使全球受益，理論上受益國(guó)家應(yīng)該分?jǐn)倻p碳成本（如果結(jié)合排放“共同但有區(qū)別的責(zé)任”原則，至少作為歷史排放主要責(zé)任方的發(fā)達(dá)國(guó)家應(yīng)該分?jǐn)傁鄳?yīng)減碳成本）；后者是指積極減碳國(guó)家的碳減排量被不承諾減排國(guó)家，或者承諾減排但沒(méi)真正落實(shí)減排的國(guó)家增加的減排量抵消，甚至反超。導(dǎo)致積極減排國(guó)家的減排效果受到嚴(yán)重削弱甚至無(wú)效，而實(shí)際碳減排國(guó)家的成本卻實(shí)際支付了。國(guó)際治理機(jī)制內(nèi)在缺陷決定了這兩個(gè)問(wèn)題成為無(wú)解難題。

第二，當(dāng)前能源轉(zhuǎn)型不僅是不同能源品種替代，更是能源系統(tǒng)的轉(zhuǎn)型。化石能源時(shí)代的兩次能源轉(zhuǎn)型如石油替代煤炭、天然氣替代石油和煤炭，都屬于同一能源系統(tǒng)中不同能源品種的替代。

當(dāng)前的能源轉(zhuǎn)型除了有不同能源品種的替代外，更是不同能源系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)型，即以可再生能源為主導(dǎo)的零碳能源系統(tǒng)替代以化石能源為主導(dǎo)的高碳能源系統(tǒng)。目前的化石能源系統(tǒng)和未來(lái)的零碳能源系統(tǒng)技術(shù)特征、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和用能的商業(yè)模式差異很大。這大大提高了能源轉(zhuǎn)型與脫碳政策實(shí)施中“效果”與“效率”兼顧的難度。因此，在現(xiàn)有能源系統(tǒng)及其背后的能源體制機(jī)制不做根本性變革條件下推動(dòng)能源轉(zhuǎn)型，很容易導(dǎo)致“低效率”的能源轉(zhuǎn)型與脫碳效果，并且從中長(zhǎng)期來(lái)看又難以持續(xù)。

實(shí)現(xiàn)“有效率”的能源轉(zhuǎn)型

筆者認(rèn)為，將“系統(tǒng)思維”與“效率原則”貫穿到能源轉(zhuǎn)型實(shí)踐中，對(duì)于緩解和避免能源轉(zhuǎn)型與碳中和進(jìn)程中的“效果”與“效率”對(duì)立問(wèn)題，從而實(shí)現(xiàn)“有效率”的能源轉(zhuǎn)型與脫碳至關(guān)重要。我們用“系統(tǒng)思維”和“效率原則”去分析前面提到的三個(gè)“問(wèn)題”，可以極大地拓展政策制定和實(shí)施的思維視角。

第一個(gè)問(wèn)題實(shí)際上反映了中國(guó)“能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型滯后于可再生能源規(guī)模擴(kuò)張”的現(xiàn)實(shí)，以及調(diào)整中國(guó)能源轉(zhuǎn)型政策重心的必要性：應(yīng)該把加快系統(tǒng)轉(zhuǎn)型置于中國(guó)能源轉(zhuǎn)型政策的優(yōu)先地位上。過(guò)去，中國(guó)能源轉(zhuǎn)型政策一直以擴(kuò)大可再生能源規(guī)模為直接政策目標(biāo)。這一政策一直行之有效的前提是現(xiàn)有的能源（電力）系統(tǒng)存在一定的冗余，有足夠的靈活性應(yīng)對(duì)波動(dòng)性風(fēng)光電發(fā)電量增加。然而，隨著中國(guó)風(fēng)光電發(fā)電量占比從2020年的10%快速增加到2023年的15%，電力系統(tǒng)的冗余能力已達(dá)到極限。這意味著中國(guó)能源轉(zhuǎn)型已經(jīng)進(jìn)入一個(gè)“新”階段：需要通過(guò)加快能源系統(tǒng)根本變革，大幅提高系統(tǒng)靈活性來(lái)為可再生能源發(fā)展提供更大空間。而且，隨著光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電技術(shù)進(jìn)步帶來(lái)發(fā)電成本大幅下降與競(jìng)爭(zhēng)力提升，可再生能源發(fā)電規(guī)模擴(kuò)張應(yīng)該主要交給市場(chǎng)，政策重點(diǎn)應(yīng)該轉(zhuǎn)向難度更大、可再生能源發(fā)電企業(yè)自身難以解決的系統(tǒng)轉(zhuǎn)型方面來(lái)。

第二個(gè)問(wèn)題強(qiáng)配儲(chǔ)能政策實(shí)際上已經(jīng)涉及了“系統(tǒng)”問(wèn)題，其基本邏輯是：電網(wǎng)難以承受風(fēng)光電大幅增加帶來(lái)的波動(dòng)性，因而需要由風(fēng)光發(fā)電企業(yè)配置儲(chǔ)能設(shè)施來(lái)解決。然而，無(wú)論從“效率原則”還是從“系統(tǒng)思維”角度，強(qiáng)制風(fēng)電和光伏發(fā)電企業(yè)配置儲(chǔ)能設(shè)施的做法都存在諸多值得商榷之處。

首先，從“效率原則”來(lái)看，電化學(xué)儲(chǔ)能目前成本過(guò)高，提高電力系統(tǒng)靈活性還有更經(jīng)濟(jì)的手段。比如，改變抑制系統(tǒng)靈活性的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行規(guī)則，在部分負(fù)荷增加電轉(zhuǎn)熱設(shè)備，加快提升負(fù)荷靈活性的技術(shù)改造和機(jī)制構(gòu)建，增加區(qū)域電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線，都是提高系統(tǒng)靈活性更有效率的措施。當(dāng)然，盡快完善電力現(xiàn)貨市場(chǎng)與輔助服務(wù)市場(chǎng)，提高機(jī)制靈活性是當(dāng)務(wù)之急。

其次，從“系統(tǒng)思維”角度來(lái)看，用強(qiáng)制風(fēng)光發(fā)電企業(yè)配儲(chǔ)的方式來(lái)解決波動(dòng)性風(fēng)光電增加導(dǎo)致的系統(tǒng)平衡問(wèn)題，實(shí)際上是假定現(xiàn)有電力系統(tǒng)是最優(yōu)的，已經(jīng)沒(méi)有提升靈活性的空間和潛力。如前面所分析的，這顯然并不是事實(shí)。波動(dòng)性風(fēng)光電規(guī)模擴(kuò)大的應(yīng)對(duì)思路是大幅提高電力系統(tǒng)靈活性，靈活性可以來(lái)自電源側(cè)、電網(wǎng)側(cè)，也可以來(lái)自負(fù)荷側(cè)。決定靈活性資源的提供方來(lái)自哪一個(gè)環(huán)節(jié)取決于現(xiàn)階段哪一種靈活性資源更有經(jīng)濟(jì)性。

最后，要求達(dá)到一定規(guī)模的風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電企業(yè)承擔(dān)的系統(tǒng)平衡責(zé)任是合理的，但以強(qiáng)制配儲(chǔ)的方式要求風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電企業(yè)承擔(dān)平衡責(zé)任顯然是低效率的。風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電企業(yè)是以自建儲(chǔ)能設(shè)施的方式還是以購(gòu)買靈活性資源的方式承擔(dān)平衡責(zé)任，應(yīng)該是企業(yè)自主的理性選擇。由于目前并不存在企業(yè)能夠做出這些理性決策的體制機(jī)制環(huán)境，因而構(gòu)建有利于發(fā)現(xiàn)靈活性資源（包括大規(guī)模靈活性資源和本地分散的靈活性資源）及其價(jià)值實(shí)現(xiàn)的機(jī)制才是有效率的系統(tǒng)靈活性提升之道。

第三個(gè)問(wèn)題，高比例波動(dòng)性可再生能源電力需要比現(xiàn)有電力系統(tǒng)更多的“備用”和其他靈活性資源來(lái)平衡系統(tǒng)，導(dǎo)致系統(tǒng)成本大幅度上升。這一結(jié)論不存在邏輯問(wèn)題。

有趣的是，德國(guó)學(xué)者Lion Hirth等通過(guò)長(zhǎng)期跟蹤“德國(guó)平衡悖論”現(xiàn)象再次讓我們開(kāi)了腦洞：2008年-2023年德國(guó)的風(fēng)能＋太陽(yáng)能裝機(jī)容量增加了5倍，平衡備用容量反而減少了50%，2008年-

2020年平衡備用（aFFR和FCR）價(jià)格也下降了80%左右。這至少表明，波動(dòng)性可再生能源發(fā)電量的增加與備用容量增加不是簡(jiǎn)單線性關(guān)系，而是存在著系統(tǒng)成本增速的可能性。

我們?cè)龠M(jìn)一步拓展思路：隨著零碳能源（包括節(jié)能）技術(shù)成本大幅下降，構(gòu)建（一個(gè)或多個(gè)）以終端用戶為主的分布式零碳能源系統(tǒng)，而不僅僅是分布式電力系統(tǒng)，同樣可以起到降低其系統(tǒng)成本的作用。

總而言之，以化石能源為主的能源系統(tǒng)向以可再生能源為主的零碳能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型，其轉(zhuǎn)型的困難和阻礙不只來(lái)自實(shí)實(shí)在在的“利益沖突”，更來(lái)自在應(yīng)對(duì)能源轉(zhuǎn)型問(wèn)題時(shí)難以跳出兩百多年來(lái)化石能源系統(tǒng)及其體制機(jī)制所形成的“慣性思維”，以及由氣候變化倒逼的能源轉(zhuǎn)型所伴隨的特殊問(wèn)題和風(fēng)險(xiǎn)。

（編輯：王延春）