“上大壓小”政策的綜合評估

張樹偉+陳曉娟

我國的電力系統(tǒng)結構經歷了從火電主導到火、水主導，進而多種電源快速發(fā)展的階段。最近10年，在電荒緩解之后，機組容量偏小、效率偏低的問題日益暴露。2004年，國家發(fā)改委出臺了新建燃煤電站的技術標準，要求新建火電單機容量原則上應為60萬千瓦及以上，發(fā)電煤耗要控制在286克標準煤/千瓦時以下，從而開啟了中國火電的“大機組”時代。在能源強度下降20%目標的壓力下，從“十一五”開始，小火電關停，代之以大機組（稱為“上大壓小”）的政策開始推進。

“十一五”期間，全國累計關停小機組7700萬千瓦。其中油電大約700-1000萬千瓦，其余均為煤電機組。2011、2012年進一步關停350萬與200萬千瓦，而2013年關停也達到450萬千瓦。大部分關停煤電壽命超過20年、容量低于20萬千瓦，但是也有一些建成時間很短的。而新上的大型機組，主要是60萬千瓦超臨界與100萬千瓦超超臨界機組。2006年初，單機20萬千瓦及以下小火電機組容量超過2.2億千瓦，占比為47%。而通過這些年不斷地上大壓小與上馬大容量機組，到現(xiàn)在，我國電力系統(tǒng)60萬千瓦以上的大機組，已經占據(jù)了1/3的份額。

在一個主要由大機組構成的系統(tǒng)中，單純看大機組本身，的確具有比小機組更好的能源利用與排放績效。但是，如果擴大到系統(tǒng)的角度，很顯然，大機組更適合工作在基荷；負荷尖峰時刻則更適合小機組，特別是投資成本小、啟停非常迅速的天然氣機組。因為它的利用小時數(shù)非常低（通常一年內只有幾十到幾百個小時），燃料成本低到可以忽略的地步，效率高低變得無足輕重，而投資成本大小成為關鍵。一個合理的電力系統(tǒng)，對應于負荷曲線的特性，應該是大中小各種機組配合的系統(tǒng)。如果說從電力系統(tǒng)運行角度，電力系統(tǒng)“電源結構”很難存在最優(yōu)標準，但是不同單機容量機組間的配合，以更好地契合峰荷、腰荷與基荷的特性，往往存在實用性的標準。

而另一方面，許多研究對過去一段時間小火電提前退役的影響進行了評估，特別是燃煤消耗與污染物排放方面的評估居多。但是，這些評估基本是靜態(tài)評估，基于一個2005年假想的“效率不變”基準線。這一上大壓小帶來了可觀的能源節(jié)約與排放減少。但是，如果從靜態(tài)變?yōu)閯討B(tài)評估，也就是考慮機組的年齡（Vintage）結構帶給整體能源與環(huán)境的影響，那么結果可能并非如此。

既有小機組已經運行了一段時間，很可能在未來10-15年就會到期關閉，而新建大機組無疑將有很大可能性運行到設計壽命結束，比如30年以上（否則意味著再一次的提前退役）。如果10年之后新增火電就出現(xiàn)了政策上的限制，那么“上了大機組”的累計排放將可以預計的要高于“小火電正常到期”的假想情況。這種累計排放的增加，其實是與最初關停小火電的初衷相矛盾的。

上大壓小的環(huán)境產出

中電聯(lián)（2011）的報告測算，“十一五”期間，電力化石能源排放減少17.4億噸（相比2005年效率基準線），其中小火電關停是一個主導的因素；而Price等（2011）在《能源政策》雜志的文章計算表明，2006-2008年，通過小火電關停，節(jié)省了7500萬噸標準煤（相比2005年效率）。但這些研究，都是靜態(tài)的測量。

如果我們考慮到整個煤炭裝機的年齡結構，如此大規(guī)模的小火電關停與大機組替代（8000萬千瓦以上，相當于一個歐洲大國的總裝機量），動態(tài)的結果可能與靜態(tài)完全不同。

基于年齡結構與30年設計壽命進行測算，在未來，如果一直沒有新建煤電機組的限制政策，那么提前退役小火電將取得長期的減排結果。相比小火電到壽命自然退役的情況，提前關停小火電提高了2005-2012年的總體煤電效率0-0.7%。2005-2050年累計，關停小火電使得累計CO2排放減少0.1億噸以上。

但是，如果在2020年，煤電行業(yè)出現(xiàn)了政策限制。那么，自然退役與提前退役的情況就可能反過來。最為激進的，就是2020年后不再新建燃煤電站。自然退役條件下，大量的小機組在2020年左右將退役，從而在總的電源結構中，煤電的比例將出現(xiàn)大幅度下降。而提前退役情況下，由于2006-2013年巨量的煤電大機組的建設，這部分機組到30年后，也就是大約2030-2040年間，才有大量的電廠到期退役，排放將持續(xù)30年。2005-2050年累計，其CO2排放將比正常退役情況多出5.3億噸。如果沒有局部污染物排放體系的升級，本地污染物的累計排放情況也大致如此。這一測算并沒有考慮加裝CCS的可能性，因為這很可能會從經濟上讓煤炭進一步喪失競爭力。

那么，2020年后不再新建燃煤電站的可能性有多大呢？這不是一個預測問題，而是一個政策問題。從國際比較來看，美國已經推出了2030年電力行業(yè)相對2005年減排30%的行政命令，煤炭發(fā)電不加裝CCS很難有它的位置，加裝了CCS在成本上更難跟天然氣發(fā)電競爭。

從這種意義上以及我國重度霧霾的嚴重影響來看，環(huán)境資源是比能源資源更加稀缺的。如果環(huán)境約束是緊的，可能相當一部分化石能源的命運將是永久地留在地殼之中。煤電自然也就沒有了它的位置，甚至有可能進一步提前退役，成為“擱置”資產（stranded asset）。面臨未來的不確定性與新的信息與政策出臺的可能性，大量大火電機組的上馬無疑進一步加劇了“浪費”的風險。

在我國，2020年是否頒布這樣的限制法令，將更多地取決于其他競爭性電源是否可以彌補火電空缺的問題，特別是核電與可再生能源的發(fā)展態(tài)勢與成本競爭力。至少從最近幾年看，由于整體經濟處于“換擋期”，總體需求增長緩慢，非火電機組快速增長，火電機組會從總量增長減弱與結構調整兩方面受到擠壓。大機組的年負荷因子也只在50%左右，開工不足問題嚴重。

小機組的優(yōu)勢

長期來看，一個基于大比例（比如超過80%）可再生能源的電力系統(tǒng)越來越成為人們的期待。但是，可再生能源隨機性、間歇性的特點決定了系統(tǒng)總是在或大或小的概率上，存在可再生出力無法滿足需求的時刻。這種情況下，儲能或者其他化石能源備用機組就顯得愈加不可或缺了。

在我國云南、遼寧，甚至甘肅等地區(qū)，由于各種能源資源極其豐富，一個純非化石能源系統(tǒng)是完全有可能產生的。在一個起作用的電力系統(tǒng)中，火電機組有可能進一步降低負荷水平，甚至完全“淪為”備用。這種情況下，無疑小機組具有緊密跟隨負荷、風力出力變化更好的靈活度，其深度調峰的代價相比而言也較低。

過去，我國風電的布局思路延續(xù)了傳統(tǒng)的大機組模式，集中開發(fā)、匯聚上網、升壓外送、降壓使用，走了一條與國際可再生能源發(fā)展不同的發(fā)展道路。由于嚴重棄風、系統(tǒng)靈活性下降等問題的暴露，人們越來越認識到風電分布式接入、就地利用模式的優(yōu)勢。

而分布式能源的發(fā)展，并不局限于風電，傳統(tǒng)的電源也一樣。分布式電源基本都是滿足小范圍需求的小機組，并且構成了智能電網系統(tǒng)重要的組成部分。

上大壓小的減排成本

“上大壓小”即使就其靜態(tài)減排效果的取得來衡量，可以預計其減排成本將非常高，因為小機組的固定投資已經屬于沉沒成本，其增量成本將是新增機組的全部成本（固定投資+運行+燃料）與小機組的可變成本（運行+燃料）的差值。據(jù)測算，其實現(xiàn)單位CO2減排的成本在800元以上，比CCS還高。其他的局部污染物（比如二氧化硫與氮氧化物），由于基于已有的80%左右的脫硫率，以及一定水平的脫硝率，其減排成本也將高于其他煤炭利用設施，比如鋼鐵與其他燃煤鍋爐行業(yè)。

這一測算，還僅是項目本身的成本變化，沒有考慮其帶來的就業(yè)變化等社會影響。作為一項“命令-控制”型政策，上大壓小的減排成本不低。

目前系統(tǒng)中的大、小機組，無疑都具有滿足電力需求、提供調峰服務等功能，而大機組在滿足需求快速增長、提高系統(tǒng)整體效率方面居功至偉。未來不需要建設小機組（因為效率低），但現(xiàn)存的小機組在系統(tǒng)中將越來越有價值（因為靈活、只有可變成本故經濟性好），這應該是共識；而現(xiàn)在大機組可以說已是火電主體，未來是否需要繼續(xù)建設煤電大機組應當審慎思考。