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Brain Murray :破解可再生能源悖论,电力系统需革新商业模式

作者:中国储能网新闻中心 来源:南方能源观察 发布时间:2020-09-11 浏览:
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作者|Brain Murray   美国杜克大学尼古拉斯环境学院、杜克大学能源计划负责人

编者按:近年来可再生能源发电成本不断降低,但对电力消费者而言,零售电价却不降反升,这种悖论的背后实则反映了电力系统运营的全部成本。越是朝着高比例可再生能源的电网迈进,整个电力系统的商业模式就越有可能需要改变。在高比例可再生能源带来的低廉批发价格的作用下,投资激励对任何形式的发电机组的影响都不强烈。如果用私人资本来推动可再生能源,需要像今天的电话和互联网服务一样,利润收益应该是从原来通过商品化市场每度电中获取,转向通过提供有可靠保障的电力供应来获取,电力来源可以根据用户偏好选择或者是监管机构要求的电源。此时,消费者支出的费用将更多地体现在获得电力服务的质量而不是数量,尽管补偿发电的方式将变得更加复杂,但或许更容易确定消费者是否会为使用可再生能源支付更高的费用。

过去十年,可再生能源的成本已经大幅下降,投资公司Lazard定期发布的平均发电成本(LCOE)报告显示,十年间新建的大规模陆上风电和太阳能光伏发电的单位平均成本分别下降了70%和90%。在许多地方,新建可再生能源项目的成本与现有传统能源项目如天然气、煤炭和核能相当,甚至比传统能源更低。

对偏好清洁、廉价能源的人来说,这似乎是个好消息。然而,最近的一项研究表明,强制使用可再生能源的政策已推高了电力的零售价格,对于实现温室气体减排相对较为昂贵。发电成本下降,电价却上涨,这看似有些矛盾,却是电力市场运作方式的产物,随着电力行业从以化石燃料为基础的集中型发电系统转向以可再生发电为主导的分散型系统,电力市场的运作方式将变得越来越复杂。

可再生能源发电成本为何大幅下降

可再生能源成本的急剧下降有几个原因。一是基本产品设计的改进。现在的风机比十年前大得多,容量系数也高得多。虽然新设计的前期成本更高,但装机容量和发电量的提高已经超过了成本的上升,从而降低了能源生产成本。目前,陆上风电的典型底部到叶尖高度通常超过150米——相当于华盛顿纪念碑的高度。单台风机的装机容量超过5兆瓦,足以为大约1700户美国家庭提供一年的电力。

成本下降的另一个原因是制造效率的提高,这极大地降低了光伏板的生产成本,尤其是在中国。随着项目开发商积累了更多的经验,安装的“软”成本也在下降,安装的规模也从小型的屋顶光伏转变为数百英亩的大规模地面光伏电站。

此外,可再生能源发电成本的大幅下降也归功于税收抵免、上网电价补贴和配额制(RPS)等政策。这些政策提高了可再生能源的利用率,扩大了对可再生能源的需求,产生的规模经济效应进一步降低了成本。可再生能源的成本曾非常高,并且需要大量的补贴和政策激励,但目前它们在很多地区都能实现平价上网,且能与传统能源直接竞争。

发电成本下降,电价上涨谁之过?

但这不禁让人反问,可再生能源的发电成本正在下降,零售电价又为何会上涨?当高比例可再生能源压低发电商的批发价格时,这种矛盾却更加突出。这是由于风电、光伏基本不需要燃料成本来发电,它们的边际成本接近于零。美国的许多电力交易是在批发电力市场具有竞争力的州进行的。边际成本决定了其在批发市场的价格,因此,可再生能源的普及可以压低批发电价,当其获得单位补贴时,情况就更严重了,风电就是如此。这给煤炭、核能和天然气等传统资源带来了财务压力,这些电厂的确会产生燃料成本和其他发电边际成本。这样看来,更高的可再生能源应该会导致更低的电价。

但由于批发价格是支付给发电商的,而最终的电力消费者支付的零售价格则反映了电力输送的全部成本。发电虽然是电价的最大组成部分,但只占总成本的44%。可再生能源发电还会影响到的其他主要成本包括——电力到终端用户的传输和分配、维持稳定电压和频率的可靠性成本以及维持系统运行所需的维护、折旧和税收费用。

单位成本只是电价问题的一部分。无论是火电还是风电,发电机组很少独立运行,它们都是电网系统的组成之一,共同向某个地区的消费者提供电力。可再生能源对系统成本的影响将部分取决于其所替代能源的电力成本,而他们的电力成本又取决于其被利用时的地点和时间。例如,美国中西部地区夜间的风电可能会取代煤电,而加州下午的光伏可能会取代气电,每种被替代能源的发电成本都不同。为了应对可再生能源的间歇性,电网需要更频繁地调动大量资源以配合和满足电力市场需求。用于配合的灵活性电厂运营成本较高,因此在可再生能源成本下降的情况下,更高的可再生能源占比会增加电网运行总成本。此外,这些备用的灵活性电厂资源在闲置时的运维成本也将转嫁给消费者。

要以成本效益扩大可再生能源的规模,发电站必须建在太阳能、风能和土地资源丰富的地方。因此远离负荷中心需要更多的传输基础设施,也可能会对电力系统总成本产生影响。2012年至2017年,美国非水可再生能源发电增长了77%,但电力传输成本却增长了50%。虽然并非全国所有的输电成本增长都归因于可再生能源的扩张,(例如还有维护老线路和电网的现代化建设等其他原因),但有一些值得注意的案例表明,可再生能源正在推动输电网的扩建投资。例如,德克萨斯州在“竞争性可再生资源区”计划中投资了70亿美元,用于输电基础设施建设,连接德州西部的风电基地与该州的负荷中心。

此外,发电成本和零售价格之间的联系也受到国家是否实行传统的服务成本监管(Cost-of-Service regulation)或放开发电和售电侧竞争等政策影响。传统的服务成本监管可能会创造更多的价格传导空间,将可再生能源配额制(RPS)所导致的非可再生资产的搁浅成本转嫁给纳税人。

可再生能源未来表现如何?

随着新技术和低成本技术的采用,可再生能源的价格未来可能还会随之降低。可再生能源的波动性也会影响未来成本和价格,美国国家可再生能源实验室报告指出,在大型电网中,当可再生能源渗透率为30%时, 系统可以在最小扰动下运行。但超过30%就会对电网运行带来新的挑战。劳伦斯伯克利国家实验室(LBNL)在几个不同的美国电力市场考察了高比例风电、风光均衡以及高比例光伏发电三种情景下的辅助服务成本。结果表明,三种情况下维护系统稳定性的辅助服务成本都会大幅增加。旧的发电资产的适度退役(4-16%),例如燃煤机组、原油和天然气发电机组,可能会导致一些搁浅资产(stranded asset)成本在转型期间转嫁给消费者。LBNL的研究显示,能源批发年平均价格随着可再生能源普及率的增加而下降,但同时价格波动性也在增加。在某种程度上,可再生能源的间歇性会导致系统成本上升,尽管可以看到从业者在技术上,比如提升电网级储能的容量并降低成本提高电网稳定性;在经济手段上,如通过实时定价以推动更有效的需求响应;在制度方面,通过在可再生能源资源丰富的美国西部建立区域输电系统(RTO),可以降低系统波动性和发电成本。不过,更高的传输成本仍旧是一个问题。

我们越是朝着高比例可再生能源的电网迈进,整个电力系统的商业模式就越有可能需要改变。在高比例可再生能源带来的低廉批发价格的作用下,投资激励对任何形式的发电机组的影响都不强烈。如果用私人资本来推动可再生能源,需要像今天的电话和互联网服务一样,利润收益应该是从原来通过商品化市场每度电中获取,转向通过提供有可靠保障的电力供应来获取,电力来源可以根据用户偏好选择或者是监管机构要求的电源。此时,消费者支出的费用将更多地体现在获得电力服务的质量而不是数量,尽管补偿发电的方式将变得更加复杂,但或许更容易确定消费者是否会为使用可再生能源支付更高的费用。

本文作者为美国杜克大学尼古拉斯环境学院教授、杜克大学能源计划负责人,首发于《福布斯》杂志,翻译王婷玉,审校蔡译萱,文章不代表本刊观点

原文链接:

https://www.forbes.com/sites/brianmurray1/2019/06/17/the-paradox-of-declining-renewable-costs-and-rising-electricity-prices/#504d3b4661d5

关键字:可再生能源

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