厘清能源轉型的“效果”與“效率”

朱彤

在“雙碳”政策推動下，中國能源轉型與減碳進程進一步提速。2021年-2023年，中國風能發電和太陽能光伏發電裝機總和從6.34億千瓦增加到10.5億千瓦，兩年增長65%；新能源汽車銷售量從352.1萬輛快速增加到949.5萬輛，兩年增長1.7倍；新型儲能累計裝機規模從400萬千瓦增至3139萬千瓦，兩年增長6.8倍。截至2023年底，中國可再生能源（含水電和生物質）發電總裝機達15.16億千瓦，占全國發電總裝機的51.9%；可再生能源發電量達到2.07萬億千瓦時，約占發電量的31.3%。

此外，中國電力部門碳減排也取得了明顯成效。2022年，全國單位發電量二氧化碳排放約541克／千瓦時，比2005年降低了36.9%。

然而，我們在為上述成績而欣慰的同時，不應忽視中國能源轉型實踐中逐漸顯現的一些問題。這里僅舉三例：

一是可再生能源規?？焖僭鲩L面臨的網絡瓶頸制約日益凸顯。比如，2021年為加快屋頂分布式光伏發展而實施的“整縣推進”政策對推動分布式光伏發展效果明顯。2022年全國新增分布式光伏發電并網裝機容量51.11GW（吉瓦），占當年光伏發電并網裝機容量的58.4%，與2020年新增分布式光伏占比相比增加了35個百分點。然而，該政策實施不到兩年，全國很多地方就因電網冗余消耗殆盡而對分布式光伏并網亮起紅燈。

二是一些應對“風光電”波動性和間歇性的政策措施面臨“必要性”與“經濟性”的兩難困境。比如，2021年7月國家發展改革委和國家能源局發布的“鼓勵”集中式風力發電和光伏發電站配建儲能的政策，在實踐中演變為20多個省份先后實施“強制配儲”政策。各地“強制配儲”政策一方面推動了中國新型儲能短期出現爆發式增長，另一方面給配儲的新能源發電企業帶來了沉重的成本負擔，且至今缺乏完善的儲能成本補償機制。不僅如此，在這些企業“兩小時”配儲成本還難以消化和承受時，一些地方在“風光電”規?？焖僭鲩L的壓力下，強制配儲的要求開始從“兩小時”擴大到“三小時”，甚至“四小時”。在這種情況下，配儲成本不單單是“完善配儲成本補償機制”就能解決的了，可能需要先對這些成本的“合理性”進行評估。

三是高比例波動性可再生能源電力系統的高“系統成本”問題。隨著電力系統中風光電占比的增加，未來電力系統需要的“系統靈活性”規?？赡軘当队谀壳暗碾娏ο到y，從而導致“系統成本”大幅上升。經濟合作與發展組織（OECD）和國際核能協會（NEA）2019年發布的一份研究報告指出：當波動性可再生能源在電力系統滲透率為10%時，其所研究的案例系統成本為7美元/MWh（兆瓦時）；當滲透率提高到30%時，系統成本相當于10%時的2.5倍；當滲透率達到50%時，系統成本相當于10%滲透率的4.3倍。當然，由于不同電力系統的“靈活性”差異較大，波動性可再生能源相同滲透率下的電力系統成本也不相同，甚至差異很大。現有電力系統的技術靈活性和機制靈活性越強，現有機制對大量分布式、小規模靈活性資源的利用能力越強，利用效率越高，波動性可再生能源規模擴張導致的系統成本上升幅度越小。但無論如何，系統成本大幅上升趨勢是能源轉型不能回避的問題。我們需要認真思考：是否有減少系統成本持續增加的替代方案，以減少中國能源轉型的代價。

上述問題的前兩個問題是能源轉型實踐中產生的問題，而第三個問題則是根據能源轉型邏輯“發現”，并且在不遠的將來大概率會發生。從本質上反映了能源轉型與碳中和進程中“效果”與“效率”實際和可能的沖突。

2023年底中國風力發電和光伏發電合計裝機容量已接近11億千瓦。圖/新華

能源轉型效果與效率沖突的原因分析

2023年底中國風力發電和光伏發電合計裝機容量已接近11億千瓦，距離2030年完成12億千瓦裝機的發展目標僅一步之遙。這表明中國推動風力發電和光伏發電的相關政策無論是實現程度還是速度，效果都很好。然而，并不意味著政策效率高，即實現具體能源轉型和脫碳目標所支付的“經濟成本”低。從實踐來看，由于種種原因，能源轉型與脫碳實踐中效果與效率對立的案例并不鮮見。其關鍵原因有兩點：

第一，氣候變化倒逼的能源轉型決定了“效果”的地位重于“效率”。歷史上發生的能源轉型，比如，煤炭替代植物薪柴、石油替代煤炭等，都是由效率更高的技術創新驅動的。正如加拿大著名能源轉型專家瓦茨拉·夫斯米爾教授所說，每當效率更高的新“能量原動機”出現取代舊的原動機，顯著提高了人類所能利用的能源的量級，能源轉型就會發生。

然而，當前正在進行的能源轉型是氣候變化倒逼的。這從兩個方面導致能源轉型與脫碳實踐中“效果”優先的局面：一方面，應對氣候變化，緩解全球變暖的緊迫性所形成的輿論氛圍和心理壓力導致加快能源轉型和脫碳更重視“效果”的思維慣性，實踐中也傾向于采用能短期迅速看見效果的措施（即短平快的政策工具）；另一方面，氣候變化問題的“全球外部性”導致應對氣候變化的國際博弈中表現出“鞭打快?！钡奶卣鳎噲D讓積極落實承諾的國家加快轉型，提前實現碳中和，而對由此發生的成本不置一詞。

具體地說，各國能源轉型與碳中和進程中必然面臨兩個難題：減碳成本分攤和碳泄漏。前者是指減碳國家付出“真金白銀”減少碳排放量使全球受益，理論上受益國家應該分攤減碳成本（如果結合排放“共同但有區別的責任”原則，至少作為歷史排放主要責任方的發達國家應該分攤相應減碳成本）；后者是指積極減碳國家的碳減排量被不承諾減排國家，或者承諾減排但沒真正落實減排的國家增加的減排量抵消，甚至反超。導致積極減排國家的減排效果受到嚴重削弱甚至無效，而實際碳減排國家的成本卻實際支付了。國際治理機制內在缺陷決定了這兩個問題成為無解難題。

第二，當前能源轉型不僅是不同能源品種替代，更是能源系統的轉型。化石能源時代的兩次能源轉型如石油替代煤炭、天然氣替代石油和煤炭，都屬于同一能源系統中不同能源品種的替代。

當前的能源轉型除了有不同能源品種的替代外，更是不同能源系統之間的轉型，即以可再生能源為主導的零碳能源系統替代以化石能源為主導的高碳能源系統。目前的化石能源系統和未來的零碳能源系統技術特征、網絡架構和用能的商業模式差異很大。這大大提高了能源轉型與脫碳政策實施中“效果”與“效率”兼顧的難度。因此，在現有能源系統及其背后的能源體制機制不做根本性變革條件下推動能源轉型，很容易導致“低效率”的能源轉型與脫碳效果，并且從中長期來看又難以持續。

實現“有效率”的能源轉型

筆者認為，將“系統思維”與“效率原則”貫穿到能源轉型實踐中，對于緩解和避免能源轉型與碳中和進程中的“效果”與“效率”對立問題，從而實現“有效率”的能源轉型與脫碳至關重要。我們用“系統思維”和“效率原則”去分析前面提到的三個“問題”，可以極大地拓展政策制定和實施的思維視角。

第一個問題實際上反映了中國“能源系統轉型滯后于可再生能源規模擴張”的現實，以及調整中國能源轉型政策重心的必要性：應該把加快系統轉型置于中國能源轉型政策的優先地位上。過去，中國能源轉型政策一直以擴大可再生能源規模為直接政策目標。這一政策一直行之有效的前提是現有的能源（電力）系統存在一定的冗余，有足夠的靈活性應對波動性風光電發電量增加。然而，隨著中國風光電發電量占比從2020年的10%快速增加到2023年的15%，電力系統的冗余能力已達到極限。這意味著中國能源轉型已經進入一個“新”階段：需要通過加快能源系統根本變革，大幅提高系統靈活性來為可再生能源發展提供更大空間。而且，隨著光伏發電和風力發電技術進步帶來發電成本大幅下降與競爭力提升，可再生能源發電規模擴張應該主要交給市場，政策重點應該轉向難度更大、可再生能源發電企業自身難以解決的系統轉型方面來。

第二個問題強配儲能政策實際上已經涉及了“系統”問題，其基本邏輯是：電網難以承受風光電大幅增加帶來的波動性，因而需要由風光發電企業配置儲能設施來解決。然而，無論從“效率原則”還是從“系統思維”角度，強制風電和光伏發電企業配置儲能設施的做法都存在諸多值得商榷之處。

首先，從“效率原則”來看，電化學儲能目前成本過高，提高電力系統靈活性還有更經濟的手段。比如，改變抑制系統靈活性的網絡運行規則，在部分負荷增加電轉熱設備，加快提升負荷靈活性的技術改造和機制構建，增加區域電網聯絡線，都是提高系統靈活性更有效率的措施。當然，盡快完善電力現貨市場與輔助服務市場，提高機制靈活性是當務之急。

其次，從“系統思維”角度來看，用強制風光發電企業配儲的方式來解決波動性風光電增加導致的系統平衡問題，實際上是假定現有電力系統是最優的，已經沒有提升靈活性的空間和潛力。如前面所分析的，這顯然并不是事實。波動性風光電規模擴大的應對思路是大幅提高電力系統靈活性，靈活性可以來自電源側、電網側，也可以來自負荷側。決定靈活性資源的提供方來自哪一個環節取決于現階段哪一種靈活性資源更有經濟性。

最后，要求達到一定規模的風力發電和光伏發電企業承擔的系統平衡責任是合理的，但以強制配儲的方式要求風力發電和光伏發電企業承擔平衡責任顯然是低效率的。風力發電和光伏發電企業是以自建儲能設施的方式還是以購買靈活性資源的方式承擔平衡責任，應該是企業自主的理性選擇。由于目前并不存在企業能夠做出這些理性決策的體制機制環境，因而構建有利于發現靈活性資源（包括大規模靈活性資源和本地分散的靈活性資源）及其價值實現的機制才是有效率的系統靈活性提升之道。

第三個問題，高比例波動性可再生能源電力需要比現有電力系統更多的“備用”和其他靈活性資源來平衡系統，導致系統成本大幅度上升。這一結論不存在邏輯問題。

有趣的是，德國學者Lion Hirth等通過長期跟蹤“德國平衡悖論”現象再次讓我們開了腦洞：2008年-2023年德國的風能＋太陽能裝機容量增加了5倍，平衡備用容量反而減少了50%，2008年-

2020年平衡備用（aFFR和FCR）價格也下降了80%左右。這至少表明，波動性可再生能源發電量的增加與備用容量增加不是簡單線性關系，而是存在著系統成本增速的可能性。

我們再進一步拓展思路：隨著零碳能源（包括節能）技術成本大幅下降，構建（一個或多個）以終端用戶為主的分布式零碳能源系統，而不僅僅是分布式電力系統，同樣可以起到降低其系統成本的作用。

總而言之，以化石能源為主的能源系統向以可再生能源為主的零碳能源系統轉型，其轉型的困難和阻礙不只來自實實在在的“利益沖突”，更來自在應對能源轉型問題時難以跳出兩百多年來化石能源系統及其體制機制所形成的“慣性思維”，以及由氣候變化倒逼的能源轉型所伴隨的特殊問題和風險。

（編輯：王延春）