可再生能源和分布式能源資源組合如何幫助美國(guó)避免約1萬億美元新建燃?xì)怆姀S成本

美國(guó)電力系統(tǒng)是全球最龐大、最復(fù)雜、最昂貴的系統(tǒng)之一，但美國(guó)電網(wǎng)的核心基礎(chǔ)設(shè)施已相當(dāng)陳舊。其中近500吉瓦裝機(jī)，也就是大約半數(shù)的現(xiàn)存火電裝機(jī)(包括燃煤、燃?xì)夂秃穗姀S)很可能將在2030年退役，因此造成的巨大容量缺口急需新的投資來填補(bǔ)。

要替代這些行將退役的發(fā)電設(shè)施，競(jìng)爭(zhēng)性電力市場(chǎng)中電力公司和商業(yè)發(fā)電運(yùn)營(yíng)商的默認(rèn)選擇將是投資新的燃?xì)怆姀S。燃?xì)獍l(fā)電技術(shù)至今已相當(dāng)成熟，并且與即將退役的老舊發(fā)電設(shè)備相比具有更高的經(jīng)濟(jì)效益，尤其是在近期天然氣價(jià)格持續(xù)走低的情況下(雖然仍有波動(dòng))。然而，由于退役設(shè)施規(guī)模過于龐大，要在2030年前用新建燃?xì)怆姀S替代全部退役裝機(jī)，美國(guó)電力系統(tǒng)需要高達(dá)約5000億美元的投資。同時(shí)，這一投資還意味著4000到5000億美元額外的燃料成本，并造成50億噸二氧化碳排放。

幸運(yùn)的是，新建燃?xì)怆姀S并不是美國(guó)電力系統(tǒng)唯一的選擇。落基山研究所在近日發(fā)布的最新報(bào)告中評(píng)估了“清潔能源資源組合”，可再生能源與分布式能源資源(DERs)或能為電網(wǎng)提供與新建燃?xì)怆姀S相同的服務(wù)。落基山研究所的分析發(fā)現(xiàn)，由于近期可再生能源及分布式能源資源技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展及其成本的迅速下降，與新建燃?xì)怆姀S選項(xiàng)對(duì)比，清潔能源資源組合能夠帶來大量的成本節(jié)約并顯著降低投資風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)還不會(huì)產(chǎn)生相關(guān)的二氧化碳排放和空氣污染。更加引人注目的是，清潔能源資源組合的新建成本仍在快速下降，很可能在未來20年內(nèi)降低到比高效燃?xì)怆姀S運(yùn)營(yíng)成本更低的水平。對(duì)于已經(jīng)確定計(jì)劃投入1000億美元新建燃?xì)怆姀S的電力市場(chǎng)投資者和用戶而言，這無疑預(yù)示著極大的投資風(fēng)險(xiǎn)。

不同案例研究均顯示顯著的成本節(jié)約

落基山研究所對(duì)全美各地四個(gè)計(jì)劃中的新建燃?xì)怆姀S項(xiàng)目提案進(jìn)行了分析。這些案例包括2座計(jì)劃以高利用率運(yùn)行的聯(lián)合循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)(CCGT)電廠，和2座計(jì)劃在峰值時(shí)段運(yùn)行的燃?xì)廨啓C(jī)電廠。這些待建電廠項(xiàng)目位于全美各地的不同區(qū)域，其可用資源、資源成本、氣候與天氣決定的用電需求及用戶基礎(chǔ)均不相同。

在這四個(gè)案例中，落基山研究所均發(fā)現(xiàn)清潔能源資源組合具備與燃?xì)獍l(fā)電相同的成本競(jìng)爭(zhēng)力，同時(shí)也能滿足電網(wǎng)服務(wù)和系統(tǒng)可靠性的所有要求。根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)成本預(yù)測(cè)，且不計(jì)算政府補(bǔ)助的前提下，研究發(fā)現(xiàn)其中三個(gè)案例中，針對(duì)具體區(qū)域設(shè)計(jì)的清潔能源資源優(yōu)化組合的成本比待建燃?xì)怆姀S成本要低8%-60%。僅在一個(gè)案例中，清潔能源資源組合的成本略高于待建燃?xì)怆姀S。然而，進(jìn)一步的分析表明，保守的碳價(jià)(低于每噸8美元)或可行的社區(qū)規(guī)模太陽(yáng)能成本下降幅度都可以輕松逆轉(zhuǎn)這一結(jié)論。類似地，可再生能源和儲(chǔ)能技術(shù)成本再經(jīng)過兩年的成本下降也將足以彌補(bǔ)清潔能源資源組合與燃?xì)怆姀S的成本差距。

圖1：四個(gè)案例分析中清潔能源資源組合凈成本與計(jì)劃中燃?xì)怆姀S成本對(duì)比

我們?cè)谘芯恐羞€應(yīng)用了大量保守性估計(jì)，高估了清潔能源資源組合成本并低估了其產(chǎn)生的效益。此研究使用了基于具體資產(chǎn)的計(jì)算方式，因此可能忽略了通過系統(tǒng)層面整體規(guī)劃可能實(shí)現(xiàn)的規(guī)模經(jīng)濟(jì)效應(yīng)所帶來的成本節(jié)約。我們也并未將清潔能源資源組合可帶來的多種效益計(jì)入分析，包括現(xiàn)存的政府補(bǔ)貼(如稅收減免政策)、碳減排量、燃料價(jià)格波動(dòng)降低以及輸電配電層面效益等。

價(jià)值3500億美元的投資機(jī)遇

將分析范圍擴(kuò)大到整個(gè)美國(guó)市場(chǎng)，落基山研究所發(fā)現(xiàn)美國(guó)電網(wǎng)可在新建燃?xì)怆姀S投資和運(yùn)營(yíng)成本上避免至少3700億美元投資，并可以將這些成本節(jié)約中的一部分用來投資可再生能源及分布式能源資源。

落基山研究所模擬了在2030年前替代超過半數(shù)退役熱電裝機(jī)的資源組合情景，該情景能夠?yàn)殡娋W(wǎng)提供同樣的能源供給、峰值容量和彈性服務(wù)，并對(duì)可再生能源和分布式能源資源利用率做了相對(duì)保守的估計(jì)。這一發(fā)展路徑可在2030年前為可再生能源及分布式能源資源市場(chǎng)帶來3500億美元的投資機(jī)遇，并在同一時(shí)段內(nèi)避免35億噸二氧化碳排放。

圖2：2018至2030年間清潔能源資源組合在美國(guó)的市場(chǎng)機(jī)遇

燃?xì)怆姀S將面臨盈利風(fēng)險(xiǎn)

除了顯示出重塑美國(guó)電力部門投資方向后可能帶來的成本節(jié)約機(jī)會(huì)外，我們的分析還揭示了現(xiàn)有及未來投建將可能在短期內(nèi)面臨的盈利風(fēng)險(xiǎn)。由于可再生能源和電池儲(chǔ)能技術(shù)的成本預(yù)計(jì)將持續(xù)下降，我們預(yù)測(cè)經(jīng)清潔能源優(yōu)化資源組合成本將在未來20年內(nèi)下降約40%。根據(jù)天然氣價(jià)格的不同走勢(shì)，不斷下降的清潔能源資源組合成本將在2026年(如果天然氣價(jià)格因潛在液化天然氣出口市場(chǎng)發(fā)展而上漲到2003-2008年間平均水平)或2040年左右(如果天然氣價(jià)格一直保持當(dāng)前的低價(jià)水平)達(dá)到比高能效燃?xì)怆姀S運(yùn)營(yíng)成本更低的水平。

也就是說，在未來的10到20年里，新建全新清潔能源資源組合的成本很有可能會(huì)比運(yùn)營(yíng)當(dāng)前已建燃?xì)怆姀S的運(yùn)營(yíng)成本更低，同時(shí)提供與燃?xì)怆姀S相同的電網(wǎng)服務(wù)。這將導(dǎo)致美國(guó)燃?xì)怆姀S運(yùn)營(yíng)小時(shí)數(shù)的減少和收入的降低。在評(píng)估價(jià)值數(shù)十億美元的新建項(xiàng)目投資中，新建燃?xì)怆姀S的投資者們應(yīng)認(rèn)真地考慮這一新興趨勢(shì)。

圖3：2020-2040年間聯(lián)合循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)營(yíng)成本與清潔能源資源組合平準(zhǔn)化成本對(duì)比

迅速行動(dòng)可抓住機(jī)遇并規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)

目前美國(guó)電力系統(tǒng)已公布的將于2020年代中期前投資超過1000億美元的新建燃?xì)怆姀S。為避免這些投資給商業(yè)電廠投資者(在開放市場(chǎng)中)或電力公司用戶本身(在垂直一體化的州中)在將來造成資產(chǎn)擱淺風(fēng)險(xiǎn)，我們必須迅速行動(dòng)起來。為了抓住這一機(jī)遇，監(jiān)管部門、市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)商、電力公司與技術(shù)供應(yīng)商都應(yīng)該發(fā)揮各自的作用。

州監(jiān)管部門應(yīng)認(rèn)真評(píng)估新建燃?xì)獍l(fā)電設(shè)施成本回收的替代選擇，充分考慮替代方案的最新價(jià)格和功能數(shù)據(jù)，包括電池儲(chǔ)能技術(shù)、電力公司規(guī)模及分布式太陽(yáng)能光伏技術(shù)、新一代需求靈活性技術(shù)以及有針對(duì)性的能效項(xiàng)目等。

市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)商和州監(jiān)管部門應(yīng)尋求最具成本效益的項(xiàng)目來提供投資激勵(lì)。在開放的市場(chǎng)中，市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)商可開發(fā)有助于分布式能源資源應(yīng)用的產(chǎn)品，以及不會(huì)將成本效益愈發(fā)明顯的技術(shù)與熱力發(fā)電產(chǎn)品概念相混淆的產(chǎn)品。在垂直一體化市場(chǎng)中，監(jiān)管部門可調(diào)整電力公司商業(yè)模式，停止對(duì)電力公司自有資產(chǎn)的傾斜，打造電網(wǎng)服務(wù)競(jìng)爭(zhēng)性市場(chǎng)。

電力公司可以變革其資源規(guī)劃和采購(gòu)方式，以準(zhǔn)確反映可再生能源資源和分布式能源技術(shù)的價(jià)值，并將技術(shù)應(yīng)用和部署的“軟成本”降到最低。長(zhǎng)久以來，電力公司規(guī)劃方式都依靠大規(guī)模發(fā)電設(shè)施投資來滿足不斷增長(zhǎng)的用電需求。但如今，用電需求已趨于平緩，且大規(guī)模發(fā)電設(shè)施也不再是最具成本效益的投資選項(xiàng)，因此電力公司應(yīng)抓住這一機(jī)遇，通過自身改革來反映市場(chǎng)新常態(tài)。

技術(shù)和服務(wù)供應(yīng)商可以提供可滿足電網(wǎng)需求的資源組合，包括單獨(dú)技術(shù)供應(yīng)或作為優(yōu)化組合的部分，并繼續(xù)降低那些阻礙集中供應(yīng)資源組合發(fā)揮成本效益的軟成本。服務(wù)供應(yīng)商還可以通過公開透明地分享經(jīng)驗(yàn)與最佳實(shí)踐來提高用戶對(duì)非傳統(tǒng)解決方案(如基于換流器的可靠性服務(wù))的信心。

如果失去了當(dāng)前投資周期的機(jī)遇，美國(guó)有可能將在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)付出巨額成本和大量碳排放的代價(jià)。而通過充分利用清潔能源資源不斷提高的經(jīng)濟(jì)效益，美國(guó)電力行業(yè)可以避免因新建燃?xì)怆姀S及相應(yīng)燃料成本而鎖定的至少3700億美元投資，并優(yōu)先利用這些投資發(fā)展清潔能源資源，在2030年前避免35億噸二氧化碳排放。