中美電力行業(yè)應對氣候變化比較

　　摘要：中美電力行業(yè)在各自國家都是CO2 排放最多的行業(yè)，因此也是應對氣候變化最受關注的行業(yè)。但是由于經(jīng)濟發(fā)展階段和資源稟賦不同，中美電力行業(yè)也存在很多不同，包括電力需求結構，電力負荷特性，電力需求增長，發(fā)電結構，調(diào)度方式，調(diào)峰方式和輔助服務方式等方面。同時中美電力行業(yè)在應對氣候變化方面所采取的政策也不同，美國更注重需求側政策，中國更注重供給側政策。因此在借鑒美國電力行業(yè)應對氣候變化方面，不能全盤照搬，應該結合中國電力行業(yè)特點進行深入分析，以明確可以借鑒之處，找出真正適合中國電力行業(yè)應對氣候變化的政策和措施。
　　關鍵詞：中美電力行業(yè)；氣候變化；電力需求
　　中圖分類號：
　　
　　一、導論
　　
　　全球氣候變化是全世界面臨的嚴峻挑戰(zhàn)，其中人類活動所導致的CO2排放加劇是最主要的原因。全球CO2排放在2006 年已經(jīng)達到291.95億噸，而且還在繼續(xù)增加，但是為了應對氣候變化，全球CO2排放在2050 年需要下降到100億噸的水平，CO2減排的任務非常艱巨。
　　中國和美國是世界上CO2 排放最多的國家，合計占了全球CO2排放40%多的比重，未來比重還有可能進一步加大，因此為了實現(xiàn)全球CO2排放目標，中國和美國起著至關重要的作用。
　　無論在中國還是美國，電力行業(yè)都是CO2排放最多的行業(yè)，占了各自國家超過40%的排放量。因此電力行業(yè)對于中國和美國應對氣候變化至關重要，中美要想成功實現(xiàn)CO2減排，必須對電力行業(yè)加以重視。只有電力行業(yè)的CO2減排成功，各自國家的CO2減排目標才有可能實現(xiàn)。而且電力行業(yè)相對其它行業(yè)而言比較集中，政策實施的效果相對明顯，也可以對應對氣候變化，減少CO2排放做出重要的貢獻。
　　
　　二、中美電力行業(yè)對比
　　
　　電力行業(yè)作為關鍵的能源供給基礎行業(yè)，在中國和美國都占據(jù)著極為重要的地位。但由于經(jīng)濟發(fā)展階段和資源稟賦不同，中美電力行業(yè)還是有著很大的區(qū)別。
　　（一）電力需求結構不同
　　美國2009 年凈電力需求為35755億KWh①，其中居民電力需求為13629億KWh，占38.12%，工業(yè)電力需求為8819億KWh②，占24.67%，商業(yè)電力需求為13307億KWh③，占37.22%。中國2009 年凈電力需求為31515億KWh④，其中居民電力需求為4575 億KWh，占14.52%，工業(yè)電力需求為22056億KWh⑤，占69.99%，商業(yè)電力需求為3944億KWh，占12.51%。如圖1所示。
　　
　　
　　圖1顯示，由于中美所處經(jīng)濟發(fā)展階段不同，電力需求的結構存在巨大的差別。美國主要是居民和商業(yè)用電占據(jù)較大的比重，而中國則是工業(yè)用電占據(jù)較大的比重。由于工業(yè)用電相對比較集中，電力需求也比較平穩(wěn)，因此滿足需求相對容易，電網(wǎng)結構也相對比較簡單，而居民和商業(yè)用電則比較分散，電力需求波動性和隨機性也較大，滿足相對困難，電網(wǎng)結構也需要更為復雜。隨著經(jīng)濟發(fā)展，中國的居民和商業(yè)電力需求所占比重也會逐漸增加，電力行業(yè)需要解決的問題也會越來越復雜。
　　（二）電力負荷特性不同
　　美國2009年最高用電負荷為72596萬KW⑥，相應可計算出美國2009年負荷率為56.22%。中國2009年最高用電負荷為54111 萬KW，相應可計算出中國2009年負荷率為66.49%。如圖2所示。
　　可以看出，美國的負荷波動比中國劇烈得多。2008年最高用電負荷美國是中國的1.34倍，用電量則美國只是中國的1.13倍。為了滿足劇烈波動的負荷需求，美國需要有足夠的調(diào)峰發(fā)電能力，中國負荷波動則相對較小，調(diào)峰需求不如美國強烈。
　?。ㄈ╇娏π枨笤鲩L不同
　　美國1996—2009年的平均電力需求增長率為1.10%，中國1996—2009年的平均電力需求增長率為10.02%⑦，如果未來中美電力需求增長速度保持不變，則到2020年美國凈用電量將達到40330億KWh，中國凈用電量將達到102260億KWh，中國電力需求將是美國的2.5倍。如圖3所示。
　　由于中國正處于經(jīng)濟高速增長的時期，電力需求增長也相對很快。為了滿足高速增長的電力需求，中國需要新建大量的發(fā)電機組，其中既包括化石能源發(fā)電，也包括非化石能源發(fā)電，這些發(fā)電機組如何布局和協(xié)調(diào)是中國面臨的一個很重要的問題。美國的電力需求增長則較慢，不需要過多考慮新增發(fā)電機組的問題。
　?。ㄋ模┌l(fā)電結構不同
　　美國2009 年凈發(fā)電量為39531億KWh⑧，其中煤電為17645億KWh，占44.64%，天然氣發(fā)電為9204億KWh，占23.28%，水電為2721億KWh，占6.88%，核電為7987億KWh，占20.20%，可再生能源發(fā)電量為1411億KWh⑨，占3.57%，中國2009 年發(fā)電量為36812億KWh⑩，其中火電為30117億KWh，占81.81%，水電為5177億KWh，占14.06%，核電為701億KWh，占1.90%，風電為276億KWh，占0.75%。如圖4所示。
　　可見，中美兩國發(fā)電機組都是以火電為主，美國占了將近70%，中國則占了80%，但是美國火電中還有將近1/3的天然氣發(fā)電，中國則主要都是煤電。由于天然氣發(fā)電較為清潔，CO2 排放較少，在同等火電發(fā)電量的情況下，中國CO2排放比美國要多。另外美國核電發(fā)電量占了20%，中國則只有大約2%，美國核電發(fā)電量大約是中國的10倍，水電美國比中國少一些，可再生能源發(fā)電美國則大大領先。
　　（五）調(diào)度方式不同
　　美國的調(diào)度方式采用邊際成本調(diào)度的方式，即按照發(fā)電機組的邊際成本排序，優(yōu)先調(diào)度邊際成本低的發(fā)電機組上網(wǎng)發(fā)電。中國的調(diào)度方式則更多采用行政命令的發(fā)式，發(fā)電機組在建設審批時會預先設定一個發(fā)電利用小時數(shù)，上網(wǎng)發(fā)電時按照預先設定的發(fā)電利用小時安排。由于行政干預往往采用平均分配的方式，因此中國的調(diào)度方式體現(xiàn)為平均調(diào)度的特點。由于平均調(diào)度不考慮各個發(fā)電機組的成本，為滿足同樣的電力需求，平均調(diào)度相比其他調(diào)度方式所需成本往往較高，CO2減排效果也往往較差。為了改變調(diào)度方式的弊病，中國于2007 年開始在5個省份試點節(jié)能發(fā)電調(diào)度，即優(yōu)先調(diào)度非化石能源發(fā)電，然后調(diào)度天然氣發(fā)電和煤電，煤電的調(diào)度順序按照供電煤耗的順序安排發(fā)電。如表1所示。
　?。┱{(diào)峰方式不同
　　由于調(diào)度方式不同，中美在滿足高峰負荷的方式上表現(xiàn)也不一樣。由于天然氣發(fā)電的邊際成本較高，在邊際成本調(diào)度中往往排在最后，因此在美國主要由天然氣發(fā)電機組和水電機組來滿足高峰負荷。而在中國則主要表現(xiàn)為由煤電來滿足高峰負荷。2009年中美各種發(fā)電方式的年利用小時數(shù)如表2所示。
　　可以看到，中美兩國煤電機組的年利用小時數(shù)差別很大。中國煤電機組年利用小時為4865小時，是美國利用程度的87.05%。美國主要通過天然氣機組進行調(diào)峰，其他機組比如煤電、水電、核電等則主要滿足基礎負荷需求，而在中國則主要通過煤電機組進行調(diào)峰，相應利用小時數(shù)相對較小。
　?。ㄆ撸┹o助服務方式不同
　　由于電力負荷預測和實際情況總會存在一定的差別，以及風電等可再生能源發(fā)電的隨機性等特征，電力行業(yè)不可避免需要提供輔助服務。輔助服務根據(jù)要求不同可以大體分為三類，即自動調(diào)節(jié)輔助服務、旋轉備用輔助服務和啟動備用輔助服務。中美在輔助服務的技術上差別不大，但是在輔助服務的利用補償機制方面卻存在巨大的差別。
　　美國輔助服務利益補償主要通過市場機制進行，通過輔助服務電力市場的方式確定輔助服務補償標準，中國則主要通過行政法規(guī)的方式，通過電力監(jiān)管委員會制定輔助服務補償標準來補償電廠提供的輔助服務，其中自動調(diào)節(jié)輔助服務還要求電廠必須義務提供。
　　
　　
　　三、中美電力行業(yè)應對氣候變化政策異同
　　
　　電力行業(yè)應對氣候變化的政策大體分為兩類，即需求側政策和供給側政策。中美電力行業(yè)應對氣候變化的政策在很多方面相一致。但是由于中美電力行業(yè)特點不同，中美電力行業(yè)在應對氣候變化方面所考慮的重點以及采取的政策也存在差別，美國更多采取的是需求側政策，而中國更多采取的是供給側政策。
　?。ㄒ唬┬枨髠日弋愅?br/>　　需求側政策一般有兩個目的，一個目的是減少電力需求，另一個目的是降低電力負荷波動。有的需求側政策只能實現(xiàn)一個目的，即或者減少電力需求，或者降低電力負荷波動，有的需求側政策則兩個目的都可以實現(xiàn)。單純減少電力需求的政策包括終端能效管理、差別電價政策、階梯電價政策，單純降低電力負荷波動的政策包括分時電價政策、供電可靠性合同管理，既可以減少電力需求又可以降低電力負荷波動的政策包括需求側管理政策和分布式發(fā)電政策。中美在需求側政策方面既有相同的方面也有不同的方面，如表3所示。
　　
　　可以看到，中美共同采用的需求側政策包括四類，即終端能效管理、需求側管理、分時電價政策和階梯電價政策，另外美國還有分布式發(fā)電政策和供電可靠性合同管理，中國則有差別電價政策。
　　（二）供給側政策異同
　　供給側政策一般也有兩個目的，一個目的是提高非化石能源發(fā)電比例，一個目的是提高化石能源發(fā)電效率。提高非化石能源發(fā)電比例的政策包括可再生能源配額政策，可再生能源電價補償政策，提高化石能源發(fā)電效率的政策包括關停小火電政策、新增火電機組能效標準政策、輸配電能效標準政策，兩個目的都可以實現(xiàn)的政策包括節(jié)能調(diào)度政策、碳稅政策和碳交易政策。中國供給側政策的異同如表4所示。
　　可以看到，在電力行業(yè)供給側政策方面，中美相同的政策為可再生能源配額政策，另外美國的供給側政策還包括可再生能源電價補貼政策和碳交易政策，中國包括標桿電價政策、關停小火電政策、新增火電機組能效標準政策、節(jié)能調(diào)度政策和輸配電能效標準政策。
　　
　　四、中國電力行業(yè)應對氣候變化的挑戰(zhàn)
　　
　　相比美國電力行業(yè)，中國電力行業(yè)應對氣候變化時既有可以借鑒美國電力行業(yè)的地方，也有自己需要解決的獨特的難題，因此更具有挑戰(zhàn)。
　　中國電力行業(yè)在應對氣候變化時需要考慮的挑戰(zhàn)包括以下幾個方面：
　?。ㄒ唬╇娏π枨笤鲩L迅速。
　　中國電力需求增長比美國要迅速的多。美國電力需求一般每年增長1％～2%，而中國電力需求則達到每年增長8％～10%。按照現(xiàn)有的增長速度，中國電力需求將在2011 年超過美國，并在2020 年達到美國的2～2.5 倍。為了應對如此迅速的電力需求增長，中國電力行業(yè)需要快速增加電力供給能力，其中化石能源發(fā)電必將占據(jù)絕大多數(shù)的比重，應對氣候變化將更為困難。
　?。ǘ╇娏ω摵刹▌尤找鎰×?。
　　隨著經(jīng)濟發(fā)展，中國居民和商業(yè)的電力需求比重也必然增加，電力負荷波動應該趨向于增大，未來將越來越和美國負荷特性相一致。因此有必要在這一方面借鑒美國的經(jīng)驗，一方面注重降低負荷波動的需求側政策，另一方面注重如何用最低成本、最高可靠性和最低環(huán)境影響的發(fā)電方式來滿足電力調(diào)峰需求。
　?。ㄈ┌l(fā)電結構以煤為主。
　　中國的資源稟賦決定了中國的發(fā)電結構在未來仍將以煤電為主，其他發(fā)電技術機組只可能作為補充。這種發(fā)電結構導致兩個困難，一個困難是調(diào)峰能力較差，無法很好的滿足電力系統(tǒng)調(diào)峰需求，另一個困難是在同等發(fā)電量的情況下，煤電的CO2排放因子較高，CO2減排困難。因此可以借鑒美國經(jīng)驗，考慮采用天然氣發(fā)電、抽水蓄能等進行調(diào)峰。
　?。ㄋ模┱{(diào)度方式亟待轉變。
　　中國目前的調(diào)度方式無論是在成本還是在應對氣候變化方面都較差，2007年在5個省份開始試點節(jié)能調(diào)度，但是卻無法很好地解決利益補償以及電力系統(tǒng)調(diào)峰需求。因此可以借鑒美國電力行業(yè)經(jīng)驗，考慮采用邊際成本調(diào)度方式。
　?。ㄎ澹┹o助服務市場還未建立。
　　中國輔助服務還是采用行政命令的方式，通過行政法規(guī)對輔助服務的補償標準進行設定。這種方式確定的輔助服務補償標準往往與實際成本水平相脫節(jié)，而且當輔助服務成本變化時，補償標準的改變則較為緩慢。因此可以借鑒美國的經(jīng)驗，建立輔助服務市場，通過市場機制來確定輔助服務補償標準。
　　
　　（六）市場機制減排配套措施缺失。
　　美國電力行業(yè)應對氣候變化的措施更多采用市場機制進行。比如需求側政策更多采用能效市場方式，通過市場手段激勵大家采取終端能效措施，減少電力需求，供給側政策更多采用碳交易方式，通過碳排放指標的確定和交易來減少電力行業(yè)CO2排放。但是能效市場的前提是市場化的終端電價機制，碳交易則要求有合理的碳排放指標的確定和市場化的上網(wǎng)電價機制。這些在中國都不存在，因此也無法采用美國的市場機制CO2減排方式。
　　
　　五、結論
　　
　　中國和美國是世界上CO2排放最多的國家，占了全球CO2排放總量的40%多，因此承受的CO2 減排壓力將越來越大。因此中美兩國需要加強聯(lián)系，在未來CO2減排的過程中起領導地位。其中中美兩國的電力行業(yè)在各自國家又都是CO2排放最多的行業(yè)，都占各自國家CO2 排放總量的40%以上，因此在CO2減排方面電力行業(yè)在各自國家都是最受關注的行業(yè)。
　　但是兩個國家由于經(jīng)濟發(fā)展階段和資源稟賦的區(qū)別，電力行業(yè)存在很大差別，因此在應對氣候變化方面并不能夠簡單互相借鑒。中美電力行業(yè)存在差別的領域包括電力需求結構、電力負荷特性、電力需求增長、發(fā)電結構、調(diào)度方式、調(diào)峰方式和輔助服務方式等。相應在應對氣候變化上所采取的政策也各有差別，美國更注重需求側政策，中國更注重供應側政策。
　　相比美國電力行業(yè)，中國電力行業(yè)在應對氣候變化上挑戰(zhàn)更多，困難更大，包括電力需求增長迅速，電力負荷波動日益劇烈，發(fā)電結構以煤為主，調(diào)度方式亟待轉變，輔助服務市場還未建立，市場機制減排配套措施缺失等，其中在解決電力負荷波動、調(diào)度方式和輔助服務市場等問題上可以借鑒美國電力行業(yè)的經(jīng)驗，尤其在需求側能效管理和如何用最低成本、最高可靠性和最低環(huán)境影響的發(fā)電方式來滿足電力需求的方面可以借鑒美國的成功經(jīng)驗，2010年11月4日國家發(fā)改委和國家電監(jiān)會等六部門聯(lián)合發(fā)布《電力需求側管理辦法》，就是在需求側能效管理方面一個良好的例子，但是如何用更好的發(fā)電方式滿足電力需求則進展較少。其他問題則可能無法借鑒美國電力行業(yè)的經(jīng)驗。
　　因此，對于中國電力行業(yè)應對氣候變化而言，需要在深入研究和分析美國電力行業(yè)經(jīng)驗的基礎上，對各種CO2 減排政策在中國電力行業(yè)的適用性進行研究，以確定適合中國電力行業(yè)的真正可行的應對氣候變化政策，為中國CO2 減排作出貢獻。
　　
　　注釋：
　　美國用電量統(tǒng)計口徑為凈用電量，即不包括廠用電、輸電線損和抽水蓄能用電量。美國的數(shù)據(jù)都來源于美國能源信息署，后面不再特別說明。
　　美國工業(yè)用電量中包括農(nóng)業(yè)用電量。
　　美國商業(yè)電力需求為美國商業(yè)和交通用電量合計。
　　中國用電量統(tǒng)計口徑為全社會用電量，為與美國相比較，此處數(shù)據(jù)將廠用電、輸電線損和抽水蓄能用電量扣除。中國的數(shù)據(jù)都來源于中國電力企業(yè)聯(lián)合會，后面不再特別說明。
　　中國工業(yè)電力需求為工業(yè)和建筑業(yè)用電量合計，扣除廠
　　用電、輸電線損和抽水蓄能用電量，不包括農(nóng)業(yè)用電量。
　　美國最高用電負荷分夏季和冬季分別統(tǒng)計，但中國只統(tǒng)計最高用電負荷，不分季節(jié)。為便于比較，美國最高用電負荷采用2009 年夏季最高用電負荷數(shù)據(jù)。
　　中國1996 年電力需求沒有統(tǒng)計抽水蓄能用電量，因此中國電力需求增長率按照全社會用電量計算。而且按照凈用電量計算出的電力需求增長率與此處數(shù)據(jù)差別應該不大。
　　美國發(fā)電量統(tǒng)計為凈發(fā)電量，即不包括廠用電和抽水蓄能用電量。
　　美國可再生能源發(fā)電包括小水電、風電、太陽能發(fā)電、地熱發(fā)電、潮汐發(fā)電、生物質(zhì)能發(fā)電等。
　　中國發(fā)電量為全社會發(fā)電量，包括廠用電和抽水蓄能用電量。2009 年全國6000 千瓦及以上電廠廠用電率為5.76%，其中火電廠用電率為6.62%，水電廠用電率為0.40%，但是核電和風電的廠用電率沒有統(tǒng)計，無法估算各自的凈發(fā)電量。但是廠用電是否扣除對發(fā)電結構影響不大，因此中國發(fā)電結構指全社會發(fā)電量結構，未扣除廠用電和抽水蓄能用電量。
　　中國火電包括煤電和天然氣發(fā)電，但是天然氣發(fā)電量沒有統(tǒng)計。根據(jù)作者粗略統(tǒng)計，2008 年中國燃氣電廠有74 個，發(fā)電量為497 億KWh，占火電發(fā)電量不足2%，可以忽略，因此可以粗略認為中國火電發(fā)電量就是煤電發(fā)電量。
　　
　　參考文獻：
　　中國電力企業(yè)聯(lián)合會網(wǎng)站. www.cec.org.cn.
　　中國電力企業(yè)聯(lián)合會.改革開放三十年的中國電力［M］.北京：中國電力出版社.2008.
　　中國電力企業(yè)聯(lián)合會.中國電力行業(yè)年度發(fā)展報告2009［R］.北京：中國電力出版社.2009.
　　中國電力企業(yè)聯(lián)合會.中國電力行業(yè)年度發(fā)展報告2010［R］.北京：中國電力出版社.2010.
　　中國電力企業(yè)聯(lián)合會.中國電力工業(yè)統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析2010［M］.美國能源信息署網(wǎng)站. www.eia.gov.
　?。ň庉嫞汉螛罚?br/>