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煤电转型、煤电价格与新型电力系统构建

作者:刘自敏等 来源:中国电力企业管理 发布时间:2021-04-14 浏览:
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中国储能网讯:2020年9月,习近平总书记提出“2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和”的国家自主贡献目标。党的十九届五中全会将“碳排放达峰后稳中有降”列入我国2035年远景目标,要求制定2030年前碳排放达峰行动方案。中央经济工作会议把做好碳达峰、碳中和工作列为2021年八大重点任务之一。碳达峰、碳中和目标,不仅仅是对应对气候变化工作提出的要求,更是对我国未来经济高质量发展和生态文明建设提出的明确要求。

2021年3月15日,习近平同志主持召开中央财经委员会第九次会议,研究了实现碳达峰、碳中和的基本思路和主要举措。会议指出,要构建清洁低碳安全高效的能源体系,控制化石能源总量,着力提高利用效能,实施可再生能源替代行动,深化电力体制改革,构建以新能源为主体的新型电力系统。这是在原有提出构建适应高比例可再生能源发展的新型电力系统的基础上,首次明确提出构建以新能源为主体的新型电力系统。这毫无疑问明确及再次强调了新能源在新型电力系统中的主体地位。以新能源为主的新型电力系统将是未来发展方向。

在碳达峰与碳中和目标约束下,煤电需要积极转型以适应新型电力系统的构建,相应地煤电价格结构及其水平也将发生调整变化。笔者从生产侧与消费侧两方面来对煤电转型和煤电价格进行分析。

生产侧:电源结构中的煤电短期内难以大规模退出

据统计,2019年中国煤炭消费量占能源消费总量比重为57.7%,非化石能源占能源消费总量比重达15.3%。当前中国的电力能源结构中,火电占66%,电力生产碳排放已经占到中国碳排放总量的40%,是我国及世界范围内碳排放量最大的单一行业。我国于2007年超过美国,成为全球排碳量最大国家,由于能源消费仍然以煤炭和石油为主等因素,2020年我国碳排放量降幅为2%,低于全球平均水平约4.5个百分点。

在全国碳排放权交易市场建设进程中,电力行业贡献了最早的和最主要的参与主体。2017年底《全国碳排放权交易市场建设方案(发电行业)》发布,2021年1月1日,全国碳市场第一个履约周期正式启动,标志着全国碳市场的建设和发展进入了新的阶段。在碳达峰、碳中和的排放约束下,需要通过多种途径实现碳减排,可能的途径与方式包括能源结构转型、产业模式升级、能源效率提高以及碳捕获、利用与封存(CCUS)技术。碳达峰、碳中和的本质是实现更经济、更清洁、更安全的能源结构。碳达峰、碳中和目标倒逼能源结构优化,因此能源结构转型对碳减排的贡献是最直接和最有效果的。

但现在的问题是,电源结构中的煤电是否具备短期大规模退出的条件?确实,煤电具有锁定碳排放的特征,作为长寿命周期的高碳基础设施,煤电机组建成投产便意味着将锁定大量碳排放。中国现在大量的煤电机组贡献了巨大的碳排放,是实现碳目标的巨大约束。但同时,我们也不得不承认,在现有技术条件下,与水电、光伏、风电等非化石能源及新能源相比,煤电在保证电力系统安全性、维护电网运行稳定性方面,具有不可替代的能力和优势,2020年美国加州停电事件就暴露出新能源在电力系统中占比过高所带来的风险。

因此,加快中国电力行业深度减排,推动传统燃煤电厂从能源系统中有序退出是可行的,但可能需要有较为明晰的时间表,并从完善的技术经济角度来考虑,包括退煤成本的核算、燃煤电厂的退出顺序等。另一方面,为配合煤电的有序退出,提高清洁能源的电力比例,需要加快新能源的输配基础设施建设,这同样需要时间,某种程度上也导致煤电难以在短期内大规模退出。

消费侧:电价结构中不同类型成本的现状与未来

对于消费侧的使用者而言,不考虑利润等其他因素,从成本的角度来看其所面临的电价包括三个方面:

发电成本。随着新能源技术的进步,目前水电和风电发电成本已经低于传统的煤电,而核能和光伏的发电成本也只是略高于煤电。当前电源结构中,水电、风电、核电及光伏的占比分别为19%、6%、5%及4%,从加权平均的角度看,总体上清洁能源综合发电成本较之于煤电也已经不存在成本劣势。

消纳成本。当前的事实是,新能源在消纳环节较之煤电仍然处于劣势。对于电网环节,为降低弃风弃光的比例,接纳和消化新能源,为满足灵活性资源调度需要进行更多的投资,例如在电网环节加大电网投资以支撑新能源接入与消纳,包括柔性直流、特高压等技术,储能设施如抽水蓄能电站的资金投入,以及支持更多样的电能应用如充电桩等,这都将加大新能源的消纳成本。并且,有研究表明,随着新能源在发电结构中所占比例的提升,消纳成本还将进一步提高,采用煤电进行调峰仍然是当前成本最低的方式。

碳成本。在碳排放约束及发电行业已经纳入全国统一碳市场的现实背景下,可以确定的是,无论煤电采用何种清洁化的技术,总体上新能源或者清洁能源的碳成本较之于煤电更低。

因此,综合三个方面的成本,消费者面临的电价=发电成本+消纳成本+碳成本,当前煤电与新能源的电价成本分项比较如表1所示。可以看到,在当前的成本结构与成本比较下,难以简单判断新能源电价一定比煤电电价有优势。

但是,我们也需要知道,在未来,这三类成本的高低比较可能发生变化。首先因为煤炭仍然是一种有限的资源,而风、光等资源是取之不竭用之不尽的,煤电的发电成本将继续高于新能源。而新能源的消纳成本高低则取决于能源技术进步的速度与方向,以及在高比例可再生能源的条件下,传统煤电的消纳成本是否还可以保持在较低水平。对于新能源而言,技术进步的一个重要方向是实现从发电成本与消纳成本之间由替代关系到互补关系的转化。即发电成本下降的同时也能实现消纳成本的有效下降,这是新能源价格较之煤电价格占优的关键所在。当然,技术进步也可能存在不确定性,但我们有信心相信在有效的技术进步的速度与方向下,以新能源为主体的新型电力系统中新能源电价较之煤电电价有优势(见表2)。

需要特别说明的是,从全生命周期来看,传统能源的碳足迹未必一定比新能源高,比如有研究表明,全生命周期阶段新能源车比传统燃油车的全球变暖潜能值(GWP)要高,主要表现在原材料获取阶段、生产阶段、回收阶段较高。类似地,如果包括能源设备的生产制造及使用的整个全产业链条,新能源行业如光伏、风电等的碳足迹较之只计算发电阶段的碳排放则会大大增加。因此,在将来全国碳市场包含更多上下游行业的背景下,新能源电价中所包含的碳价成本则存在极大的不确定性。

新型电力系统的实现路径:

低碳技术进步与绿色消费理念

电力系统具有生产与消费瞬时平衡的技术经济特征,因此在以新能源为主体的新型电力系统构建时,我们也需要从生产侧与消费侧两个方面来进行分析,总体上,生产侧我们需要使电力生产者关注低碳技术进步,消费侧我们需要向电力使用者灌输绿色消费理念。

生产侧:低碳投资及其技术进步的速度与方向

对于电力生产者,低碳、零碳甚至负碳技术进步的速度与方向将起到重要甚至是决定性的作用。在保障电力系统安全及经济性的条件下,低碳进步的速度将直接影响新型电力系统中新能源比例的提升速度,同时技术进步的方向也将是新能源电价较之于煤电,在发电成本与消纳成本等方面都将占有优势。

另一方面,对于电力投资,需加强ESG(Environmental、Social和Governance)投资理念的实施,引导资金投入到低碳技术研发中。碳中和目标的达成需要大量的绿色低碳投资,清华大学气候变化与可持续发展研究院在《中国长期低碳发展战略与转型路径研究》中大致测算了四种场景下实现碳中和所需要的投资规模,其中实现1.5摄氏度目标的转型路径需要累计新增投资138万亿人民币。国务院发展研究中心金融研究所也测算得出,中国绿色产业每年的绿色投资需求在两万亿元以上,在经济高质量发展与生态文明建设双重背景下,应鼓励投资主体将企业的环境、社会责任和公司治理表现纳入到投资决策中,进而引导资本流向可持续发展的低碳绿色领域。

事实上,当前国际组织和政府层面不断对绿色投资等内容予以重视,联合国环境规划署早在2006年就提出了责任投资原则(UN PRI),借此希望投资者能够把企业ESG表现纳入到投资决策过程中,进而促使企业实现可持续发展并辐射到社会、环境等。因此,中国企业需要在能源及电力投资中强化对ESG投资的关注和重视。

消费侧:绿色消费理念的培育与激励

需要注意到,在碳达峰、碳中和目标下,不同地区及行业都将提出碳达峰与碳中和的时间表。具体表现在煤电转型中,不但发电企业要参与到碳交易中,从而从碳成本的角度影响煤电价格与新能源价格的差异,同时,对于能源及电力消费者,也需要从个人碳普惠以及“个人碳中和”等角度对绿色消费理念进行培育,并制定激励相容的政策措施。包括如绿证交易市场等方式强化消费者使用绿电的意识。

在居民消费领域,世界上诸多国家的先行经验值得借鉴。比如,早在1991年,瑞典就开始了对家庭征收碳排放税;《21世纪资本论》的作者Thomas Piketty在他2019年的最新著作中也提出要增收个人碳排放税。2006 年,英国环境大臣戴维提出了个人碳交易计划,将碳交易从国家和企业层面引入了个人领域。个人碳交易的概念最早由Fleming(1996)提出,这是一种针对消费者的“总量管制与交易”机制。消费者在消费能源产品时,需要从其碳配额账户中扣除相应的碳信用额度。高碳排放者通过向低碳排放者购买碳信用额度,获取相应的碳排放权,同时低碳排放者可以获得相应的货币补偿。因此,个人碳交易机制不仅是减排机制,还是一种货币补偿机制,具有收入再分配作用。

在国内,2015年7月,广东省正式开展“碳普惠”试点建设,旨在促进居民生活减碳的“碳普惠”逐渐成为碳交易的创新机制。国内的其他城市提出了不同的绿色消费理念,如深圳碳账户、南京绿色出行、武汉碳宝包、广州碳普惠、蚂蚁森林、恒大碳币等。广义上讲,这都是属于碳交易方式之一,一方面通过亲身参与绿色交易,对于消费者绿色消费理念的培育将起到积极的作用,另一方面,绿色交易所产生的收益也对消费者起到了有效的激励相容作用。

以新能源为主的新型电力系统是构建未来中国能源系统的重要组成部分与发展方向。构建新型电力系统将深刻影响行业各环节发展,在构建新型电力系统的过程中,生产侧和消费侧都将发生巨大的技术经济变革,这对我国当前生产侧以煤电为主的电源结构将产生重大的影响。在碳达峰与碳中和的目标约束下,以煤炭为主的电力供给侧势必进行结构转型,新能源占比将稳步提升,随着低碳投资及其引致的技术进步,带来煤电与新能源电价中发电成本、电力消纳成本及碳成本的结构变化,将对需求侧的电价结构产生影响,配以需求侧用户绿色消费理念的逐步养成,最终通过供需两侧的努力,在我国形成并实现以新能源为主的新型电力系统,达成碳达峰、碳中和的碳约束目标。

本文刊载于《中国电力企业管理》2021年03期,作者刘自敏、熊瑶、申颢供职于西南大学经济管理学院

关键字:煤电,能源转型

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