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

　　作者：Mark Dyson,，落基山研究所董事;Alex Engel,，落基山研究所咨詢師

　　美國電力系統(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,，競爭性電力市場中電力公司和商業(yè)發(fā)電運(yùn)營商的默認(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),。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)營成本更低的水平。對于已經(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)電相同的成本競爭力,，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,，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成本對比

　　我們在研究中還應(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)美國市場,，落基山研究所發(fā)現(xiàn)美國電網(wǎng)可在新建燃?xì)怆姀S投資和運(yùn)營成本上避免至少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)，并對可再生能源和分布式能源資源利用率做了相對保守的估計(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的市場機(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電力部門投資方向后可能帶來的成本節(jié)約機(jī)會外,，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能技術(shù)的成本預(yù)計(jì)將持續(xù)下降，我們預(yù)測經(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,，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比運(yùn)營當(dāng)前已建燃?xì)怆姀S的運(yùn)營成本更低，同時(shí)提供與燃?xì)怆姀S相同的電網(wǎng)服務(wù),。這將導(dǎo)致美國燃?xì)怆姀S運(yùn)營小時(shí)數(shù)的減少和收入的降低,。在評估價(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,。

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

　　迅速行動可抓住機(jī)遇并規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)

　　目前美國電力系統(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)，我們必須迅速行動起來,。為了抓住這一機(jī)遇,，監(jiān)管部門、市場運(yùn)營商,、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)，包括電池儲能技術(shù),、電力公司規(guī)模及分布式太陽能光伏技術(shù),、新一代需求靈活性技術(shù)以及有針對性的能效項(xiàng)目等。

　　市場運(yùn)營商和州監(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),。在開放的市場中,，市場運(yùn)營商可開發(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,。在垂直一體化市場中,，監(jiān)管部門可調(diào)整電力公司商業(yè)模式，停止對電力公司自有資產(chǎn)的傾斜,，打造電網(wǎng)服務(wù)競爭性市場。

　　電力公司可以變革其資源規(guī)劃和采購方式,，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，美國有可能將在長時(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,。