作者|Brain Murray 美國杜克大學尼古拉斯環(huán)境學院、杜克大學能源計劃負責人
編者按：近年來可再生能源發(fā)電成本不斷降低，但對電力消費者而言，零售電價卻不降反升，這種悖論的背后實則反映了電力系統(tǒng)運營的全部成本。越是朝著高比例可再生能源的電網(wǎng)邁進，整個電力系統(tǒng)的商業(yè)模式就越有可能需要改變。在高比例可再生能源帶來的低廉批發(fā)價格的作用下，投資激勵對任何形式的發(fā)電機組的影響都不強烈。如果用私人資本來推動可再生能源，需要像今天的電話和互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)一樣，利潤收益應(yīng)該是從原來通過商品化市場每度電中獲取，轉(zhuǎn)向通過提供有可靠保障的電力供應(yīng)來獲取，電力來源可以根據(jù)用戶偏好選擇或者是監(jiān)管機構(gòu)要求的電源。此時，消費者支出的費用將更多地體現(xiàn)在獲得電力服務(wù)的質(zhì)量而不是數(shù)量，盡管補償發(fā)電的方式將變得更加復(fù)雜，但或許更容易確定消費者是否會為使用可再生能源支付更高的費用。
過去十年，可再生能源的成本已經(jīng)大幅下降，投資公司Lazard定期發(fā)布的平均發(fā)電成本(LCOE)報告顯示，十年間新建的大規(guī)模陸上風電和太陽能光伏發(fā)電的單位平均成本分別下降了70%和90%。在許多地方，新建可再生能源項目的成本與現(xiàn)有傳統(tǒng)能源項目如天然氣、煤炭和核能相當，甚至比傳統(tǒng)能源更低。
對偏好清潔、廉價能源的人來說，這似乎是個好消息。然而，最近的一項研究表明，強制使用可再生能源的政策已推高了電力的零售價格，對于實現(xiàn)溫室氣體減排相對較為昂貴。發(fā)電成本下降，電價卻上漲，這看似有些矛盾，卻是電力市場運作方式的產(chǎn)物，隨著電力行業(yè)從以化石燃料為基礎(chǔ)的集中型發(fā)電系統(tǒng)轉(zhuǎn)向以可再生發(fā)電為主導(dǎo)的分散型系統(tǒng)，電力市場的運作方式將變得越來越復(fù)雜。
可再生能源發(fā)電成本為何大幅下降
可再生能源成本的急劇下降有幾個原因。一是基本產(chǎn)品設(shè)計的改進?，F(xiàn)在的風機比十年前大得多，容量系數(shù)也高得多。雖然新設(shè)計的前期成本更高，但裝機容量和發(fā)電量的提高已經(jīng)超過了成本的上升，從而降低了能源生產(chǎn)成本。目前，陸上風電的典型底部到葉尖高度通常超過150米——相當于華盛頓紀念碑的高度。單臺風機的裝機容量超過5兆瓦，足以為大約1700戶美國家庭提供一年的電力。
成本下降的另一個原因是制造效率的提高，這極大地降低了光伏板的生產(chǎn)成本，尤其是在中國。隨著項目開發(fā)商積累了更多的經(jīng)驗，安裝的“軟”成本也在下降，安裝的規(guī)模也從小型的屋頂光伏轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)百英畝的大規(guī)模地面光伏電站。
此外，可再生能源發(fā)電成本的大幅下降也歸功于稅收抵免、上網(wǎng)電價補貼和配額制(RPS)等政策。這些政策提高了可再生能源的利用率，擴大了對可再生能源的需求，產(chǎn)生的規(guī)模經(jīng)濟效應(yīng)進一步降低了成本?？稍偕茉吹某杀驹浅８?，并且需要大量的補貼和政策激勵，但目前它們在很多地區(qū)都能實現(xiàn)平價上網(wǎng)，且能與傳統(tǒng)能源直接競爭。
發(fā)電成本下降，電價上漲誰之過？
但這不禁讓人反問，可再生能源的發(fā)電成本正在下降，零售電價又為何會上漲？當高比例可再生能源壓低發(fā)電商的批發(fā)價格時，這種矛盾卻更加突出。這是由于風電、光伏基本不需要燃料成本來發(fā)電，它們的邊際成本接近于零。美國的許多電力交易是在批發(fā)電力市場具有競爭力的州進行的。邊際成本決定了其在批發(fā)市場的價格，因此，可再生能源的普及可以壓低批發(fā)電價，當其獲得單位補貼時，情況就更嚴重了，風電就是如此。這給煤炭、核能和天然氣等傳統(tǒng)資源帶來了財務(wù)壓力，這些電廠的確會產(chǎn)生燃料成本和其他發(fā)電邊際成本。這樣看來，更高的可再生能源應(yīng)該會導(dǎo)致更低的電價。
但由于批發(fā)價格是支付給發(fā)電商的，而最終的電力消費者支付的零售價格則反映了電力輸送的全部成本。發(fā)電雖然是電價的最大組成部分，但只占總成本的44%?？稍偕茉窗l(fā)電還會影響到的其他主要成本包括——電力到終端用戶的傳輸和分配、維持穩(wěn)定電壓和頻率的可靠性成本以及維持系統(tǒng)運行所需的維護、折舊和稅收費用。
單位成本只是電價問題的一部分。無論是火電還是風電，發(fā)電機組很少獨立運行，它們都是電網(wǎng)系統(tǒng)的組成之一，共同向某個地區(qū)的消費者提供電力?？稍偕茉磳ο到y(tǒng)成本的影響將部分取決于其所替代能源的電力成本，而他們的電力成本又取決于其被利用時的地點和時間。例如，美國中西部地區(qū)夜間的風電可能會取代煤電，而加州下午的光伏可能會取代氣電，每種被替代能源的發(fā)電成本都不同。為了應(yīng)對可再生能源的間歇性，電網(wǎng)需要更頻繁地調(diào)動大量資源以配合和滿足電力市場需求。用于配合的靈活性電廠運營成本較高，因此在可再生能源成本下降的情況下，更高的可再生能源占比會增加電網(wǎng)運行總成本。此外，這些備用的靈活性電廠資源在閑置時的運維成本也將轉(zhuǎn)嫁給消費者。
要以成本效益擴大可再生能源的規(guī)模，發(fā)電站必須建在太陽能、風能和土地資源豐富的地方。因此遠離負荷中心需要更多的傳輸基礎(chǔ)設(shè)施，也可能會對電力系統(tǒng)總成本產(chǎn)生影響。2012年至2017年，美國非水可再生能源發(fā)電增長了77%，但電力傳輸成本卻增長了50%。雖然并非全國所有的輸電成本增長都歸因于可再生能源的擴張，（例如還有維護老線路和電網(wǎng)的現(xiàn)代化建設(shè)等其他原因），但有一些值得注意的案例表明，可再生能源正在推動輸電網(wǎng)的擴建投資。例如，德克薩斯州在“競爭性可再生資源區(qū)”計劃中投資了70億美元，用于輸電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，連接德州西部的風電基地與該州的負荷中心。
此外，發(fā)電成本和零售價格之間的聯(lián)系也受到國家是否實行傳統(tǒng)的服務(wù)成本監(jiān)管（Cost-of-Service regulation）或放開發(fā)電和售電側(cè)競爭等政策影響。傳統(tǒng)的服務(wù)成本監(jiān)管可能會創(chuàng)造更多的價格傳導(dǎo)空間，將可再生能源配額制(RPS)所導(dǎo)致的非可再生資產(chǎn)的擱淺成本轉(zhuǎn)嫁給納稅人。
可再生能源未來表現(xiàn)如何？
隨著新技術(shù)和低成本技術(shù)的采用，可再生能源的價格未來可能還會隨之降低。可再生能源的波動性也會影響未來成本和價格，美國國家可再生能源實驗室報告指出，在大型電網(wǎng)中，當可再生能源滲透率為30%時， 系統(tǒng)可以在最小擾動下運行。但超過30%就會對電網(wǎng)運行帶來新的挑戰(zhàn)。勞倫斯伯克利國家實驗室（LBNL）在幾個不同的美國電力市場考察了高比例風電、風光均衡以及高比例光伏發(fā)電三種情景下的輔助服務(wù)成本。結(jié)果表明，三種情況下維護系統(tǒng)穩(wěn)定性的輔助服務(wù)成本都會大幅增加。舊的發(fā)電資產(chǎn)的適度退役(4-16%)，例如燃煤機組、原油和天然氣發(fā)電機組，可能會導(dǎo)致一些擱淺資產(chǎn)（stranded asset）成本在轉(zhuǎn)型期間轉(zhuǎn)嫁給消費者。LBNL的研究顯示，能源批發(fā)年平均價格隨著可再生能源普及率的增加而下降，但同時價格波動性也在增加。在某種程度上，可再生能源的間歇性會導(dǎo)致系統(tǒng)成本上升，盡管可以看到從業(yè)者在技術(shù)上，比如提升電網(wǎng)級儲能的容量并降低成本提高電網(wǎng)穩(wěn)定性；在經(jīng)濟手段上，如通過實時定價以推動更有效的需求響應(yīng)；在制度方面，通過在可再生能源資源豐富的美國西部建立區(qū)域輸電系統(tǒng)(RTO)，可以降低系統(tǒng)波動性和發(fā)電成本。不過，更高的傳輸成本仍舊是一個問題。
我們越是朝著高比例可再生能源的電網(wǎng)邁進，整個電力系統(tǒng)的商業(yè)模式就越有可能需要改變。在高比例可再生能源帶來的低廉批發(fā)價格的作用下，投資激勵對任何形式的發(fā)電機組的影響都不強烈。如果用私人資本來推動可再生能源，需要像今天的電話和互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)一樣，利潤收益應(yīng)該是從原來通過商品化市場每度電中獲取，轉(zhuǎn)向通過提供有可靠保障的電力供應(yīng)來獲取，電力來源可以根據(jù)用戶偏好選擇或者是監(jiān)管機構(gòu)要求的電源。此時，消費者支出的費用將更多地體現(xiàn)在獲得電力服務(wù)的質(zhì)量而不是數(shù)量，盡管補償發(fā)電的方式將變得更加復(fù)雜，但或許更容易確定消費者是否會為使用可再生能源支付更高的費用。
本文作者為美國杜克大學尼古拉斯環(huán)境學院教授、杜克大學能源計劃負責人，首發(fā)于《福布斯》雜志，翻譯王婷玉，審校蔡譯萱，文章不代表本刊觀點
原文鏈接：
https://www.forbes.com/sites/brianmurray1/2019/06/17/the-paradox-of-declining-renewable-costs-and-rising-electricity-prices/#504d3b4661d5
