煤電有多過剩？2020年的最優電源結構預測

2017-11-08 16:53:16 能源雜志　點擊量：評論 (0)

導語：要適應可再生能源的份額要求，化石能源對應的最優份額在何種水平?為了應對普遍存在的局地環境污染、能源安全與全球氣候變化問題，能源轉型已經成為越來越多國家的選擇。而發展風電與光伏成了能源轉型的主要

導語：要適應可再生能源的份額要求，化石能源對應的最優份額在何種水平?

為了應對普遍存在的局地環境污染、能源安全與全球氣候變化問題，能源轉型已經成為越來越多國家的選擇。而發展風電與光伏成了能源轉型的主要與重要內容。風電與光伏具有區別于傳統化石能源機組的波動性、間歇性的出力特點。要實現高比例的可再生能源利用，電力系統需要適應可再生能源的這一特點。

那么，可再生能源在系統中的最優份額如何?相應的，要適應這一可再生能源的份額要求(以滿足各種物理、排放約束)，化石能源對應的最優份額在何種水平?現實中的可行性相比理論上的可能性存在哪些額外的障礙?目前，我們的煤電行業存在相對數量的過剩產能，公共政策的關注視角應該在哪個方面?這是本文探討的主要問題。

▷ 風電光伏的最優份額 ◁

可再生能源發展多少，發展多快的問題，不應該從系統平衡的視角出發，而應該從節能減排需要的“必要性”出發。這也是需要反復強調“可再生能源友好型的電力系統”的原因。可再生能源是目標，而電力系統是條件。系統的平衡與成本最小化無論在運行還是新建環節都是需要保證的約束。這存在以可再生能源更大份額為前提的政策與技術可以發揮作用的空間。

那么，可再生能源的最優份額是多少呢?基于滿足本地環境污染與全球氣候安全的約束，這部分的份額顯然要遠高于目前的水平。但是，也肯定不會是100%，因為100%的波動性可再生能源，物理的平衡約束都可能無法滿足。此外，可再生能源開發大到一定程度，其開發的成本會上升，而自身的市場價值卻在下降，因此必然也存在一個依賴于政策環境(可能會影響市場的電價，也就是可再生能源避免的成本)最優的水平。

對這些政策與各種競爭性技術(比如能效、碳捕集、利用和封存)的不同程度的考慮，以及可再生發電成本最終下降程度的預期，會導致截然不同的最優份額的結果。目前的實證研究給出的結果范圍在20%-70%左右，而且結果高度依賴于生物質發電與碳回收方面(二者聯合可以構成負排放)的利用程度。這無疑是一個需要繼續研究的方面。

當然，這僅是考慮部分現實約束的情況。如果現實中，其他的競爭性技術由于各種原因缺乏考慮邊界之外的可行性，那么可再生能源的份額還需要進一步加大。比如碳回收目前仍舊是一個充滿風險與缺乏社會接受度的技術，而能源效率提升也總是處于“理論潛力很大，實際實現程度非常有限”的境地，我國一直倡導的節能優先仍舊處于缺乏機制設計與集體行動邏輯、不知道相對什么優先的套話階段。

因此，總體上，從“多一點還是少一點”的問題出發，我國的可再生能源的發展份額，距離其最優份額還非常之遠，仍舊需要堅定的政治與政策承諾，為相關產業的投資者提供確定穩定的長期預期，降低投資風險從而降低資本成本，促進更快的成本下降。

▷ 基于剩余負荷曲線與Screening Curve的2020年化石能源最優電源結構 ◁

筆者之前的文章一再強調，煤電的過剩在于偏離了其最優系統份額，而非總量平衡意義上的衡量。那么，煤電等化石能源發電在系統中的最優份額在何種水平呢?這可以通過剩余負荷曲線(總負荷減去需要優先調度的可再生能源)與Screening Curve的結合來簡單推算。

基于持續負荷曲線，如果以費用為縱坐標, 以每年利用小時數8760 h 為橫坐標, 把電力系統中各種不同發電機組(如果太多, 可以分類, 同類的用一種典型機組特性代表) 的年費用曲線畫在同一圖上, 則可得到類似于圖1的曲線族(上部)。每條年費用曲線與縱軸的交點處的數值表示年固定成本費用的大小, 曲線的斜率表示每發1 度電的(單位) 可變成本。在圖中, 由年費用曲線的交點可以確定出兩個時間交點。顯然, 當機組的年利用小時大于第二個時間點時，基荷機組——煤電的年總費用最小。當年利用小時數小于第一個時間點時, 則第1 類機組——天然氣單循環最經濟。當年利用小時數位于二者之間, 第2 類機組CC的年總費用最小。