可再生能源，特別是風(fēng)電與光伏，近年來在持續(xù)保持快速增長，建設(shè)成本實(shí)現(xiàn)大幅度下降。在大部分時(shí)間與空間范圍內(nèi)，風(fēng)光的長期度電成本(LCOE)已經(jīng)比燃煤發(fā)電更低，甚至低于其燃料成本。根據(jù)行業(yè)協(xié)會最新的項(xiàng)目技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，2023年前后，我國海上風(fēng)電度電成本已從兩年前的1元/kWh大幅下降到0.3元/kWh左右;而光伏發(fā)電在日照資源良好的地區(qū)，平均滿負(fù)荷發(fā)電小時(shí)數(shù)可達(dá)到3000小時(shí)，而度電成本低至0.1 - 0.2元/kWh。

如此低的長期度電成本，意味著更強(qiáng)的競爭力，也意味著風(fēng)光可以占據(jù)更大的市場份額，以體現(xiàn)市場效率(總成本最小化)與公平(成本更低的技術(shù)獲得更大市場份額)原則。

考慮到不同電源“市場價(jià)值”，也就是從一個(gè)完美競爭開放市場獲得收益能力的不同，從微觀經(jīng)濟(jì)學(xué)的“零利潤均衡”出發(fā)，需要界定可再生能源競爭力等價(jià)為：其“長期成本等于長期收益”對應(yīng)的份額水平，而不是各種出力特性不同電源的平均成本比較。基于技術(shù)經(jīng)濟(jì)視角，風(fēng)光依靠自身的競爭力，可以在收益下降到自身成本水平之前實(shí)現(xiàn)份額的擴(kuò)大。在這之后之后，就必須繼續(xù)依靠額外氣候政策的幫助。

當(dāng)然，技術(shù)經(jīng)濟(jì)視角無疑是對我們生活世界的高度簡化，只是為理解更復(fù)雜的現(xiàn)實(shí)提供參考基準(zhǔn)。風(fēng)光是否能夠?qū)崿F(xiàn)這一最優(yōu)發(fā)電份額，系于很多超越技術(shù)經(jīng)濟(jì)的社會、政策乃至政治因素。這些因素或是市場發(fā)育不夠健全無法給出足夠及時(shí)準(zhǔn)確的行為引導(dǎo)信號。

比如光伏過度集中地區(qū)中午的電力價(jià)格仍舊高高在上;可能出于更廣闊的經(jīng)濟(jì)發(fā)展目標(biāo)追求，比如發(fā)展儲能/電動汽車等戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè);可能來自于電力系統(tǒng)運(yùn)行的習(xí)慣(保持穩(wěn)定輸出等);可能是一些被忽略的間接成本，比如社會接受度，可得土地乃至建設(shè)速度約束。這些超越部門技術(shù)經(jīng)濟(jì)的因素，不一定是阻礙最優(yōu)份額實(shí)現(xiàn)，還有可能導(dǎo)致現(xiàn)實(shí)際份額超過最優(yōu)水平。

本文中，我們聚焦那些影響風(fēng)光最優(yōu)份額實(shí)現(xiàn)的限制性因素。從技術(shù)經(jīng)濟(jì)最優(yōu)參照系出發(fā)，我們會分析這些障礙因素為何、如何以及在多大程度上造成各種不完美，影響最優(yōu)份額的更快實(shí)現(xiàn)，從而為政策、機(jī)制乃至體制上的必要改變以克服這些障礙提供啟示基礎(chǔ)。

我們的討論結(jié)合不同利益群體的表態(tài)與互動，立于最新行業(yè)發(fā)展與動態(tài)。如果沒有特別說明，我們舉出的特定時(shí)間/空間的例子意味著它們是冰山一角，具有典型性與代表性，而不是孤立個(gè)案。

希望這些能夠引發(fā)更多行業(yè)層面的討論。

風(fēng)光最大比例：35%

風(fēng)電光伏長期度電成本已經(jīng)大幅低于傳統(tǒng)化石能源。在此基礎(chǔ)上一個(gè)直接的技術(shù)經(jīng)濟(jì)推論是：新的風(fēng)電光伏，而不是新的煤電或者其他電源，應(yīng)該首先滿足新增需求，或者替代舊機(jī)組壽命到期之后的容量需求。更進(jìn)一步來說，如果新的風(fēng)光成本也大幅低于了既有機(jī)組的流動成本(主要是燃料)，那么意味著既有機(jī)組可以提前關(guān)停與退役，從而成為擱置資產(chǎn)(stranded assets)。

筆者機(jī)構(gòu)按照浙江省的需求動態(tài)(負(fù)荷特性)與風(fēng)光出力特性開展了模型模擬。此為開源模型，可在https://colab.research.google.com/drive/1xEb6iMXx75nKBZnTO-zDdxjTJFNiqYty查看與下載運(yùn)行試用。

在風(fēng)光度電成本(元/kWh)比目前煤價(jià)下的煤電普遍低40%-50%的設(shè)定下，我們的估計(jì)顯示：在缺乏氣候排放約束的情況下，競爭力更強(qiáng)的風(fēng)電仍取得更大的發(fā)展，在電源結(jié)構(gòu)中占到1/3的份額。雖然無法滿足夜間電力需求，但光伏也呈現(xiàn)出類似的趨勢。

在風(fēng)光容量到達(dá)一定比例之后，就會出現(xiàn)“自我彼此競爭”的情況，無法獲得足夠的收益以回收成本。傳統(tǒng)化石能源方面，煤炭因?yàn)槠溟L期平均成本仍舊具有競爭力，仍舊保持25%左右的份額。而各種類型的天然氣發(fā)電由于燃料成本高，僅占很小的比例。核電與水電在系統(tǒng)中有一定份額，但是它的發(fā)展無疑受限于自然條件或者廠址資源，總體潛力有限。

圖1 浙江省基于風(fēng)光競爭力的最優(yōu)電源結(jié)構(gòu)

(需求飽和水平設(shè)定為1.2倍當(dāng)前水平)

來源：卓爾德中心項(xiàng)目模擬結(jié)果，基于Google Colab與Python開源庫構(gòu)建

總體而言，風(fēng)光的發(fā)電份額，在考慮抽水蓄能充放損失的情況下，占到總體用電量的35%。這是浙江案例的結(jié)果。

其他地區(qū)因?yàn)樨?fù)荷水平、特性與風(fēng)光出力曲線形狀的不同，可能有所區(qū)別。有些地區(qū)風(fēng)電與負(fù)荷高峰更一致，份額更大;有些地區(qū)反向波動更劇烈，份額更小。但是整體上，我們認(rèn)為，這是我國平均意義上的、在缺乏氣候約束下，風(fēng)電與光伏需要實(shí)現(xiàn)的大致最優(yōu)發(fā)電份額。

相比目前我國13%左右，長三角地區(qū)仍低于10%的風(fēng)光份額，未來一段時(shí)間風(fēng)光的建設(shè)仍需要繼續(xù)提速，以盡快趨近這一最優(yōu)份額，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效率與環(huán)境減排的共同實(shí)現(xiàn)。

必須指出的是：即使是這部分份額，相當(dāng)一部分(大致總量?)風(fēng)光是通過捆(bundled)成傳統(tǒng)電源那樣實(shí)現(xiàn)利用的。它們僅具有風(fēng)光的名字，但是并不具有風(fēng)光減排、成本低與波動出力系統(tǒng)影響方面的實(shí)質(zhì)。它們在排放特性上更加接近天然氣，而成本則因?yàn)榻壎ㄐ禄茉椿蛘邇δ埽让弘姴⒉坏投嗌伲到y(tǒng)影響方面更像是傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的基荷供應(yīng)。

障礙之一：所謂“增量轉(zhuǎn)型”

把風(fēng)光不可控的電源整成傳統(tǒng)可控電源那樣，可以更好地“適應(yīng)”過去的調(diào)度方式。這包括不依賴預(yù)測而依靠大量備用平衡、粗尺度開機(jī)組合計(jì)劃、照顧煤電的冗余與不靈活。

過去的風(fēng)光發(fā)展，雖然有例外，但是的確是按照“存量不變、增量風(fēng)光去滿足新增需求”的思路展開的。這的確有優(yōu)點(diǎn)——不觸動既得利益群體，特別是煤電。新增需求如果是3%，給定風(fēng)光的比例還很低，這個(gè)空間顯得還足夠大，讓風(fēng)光在年度尺度上去填補(bǔ)，而最大程度保持煤電整體機(jī)組(fleet)運(yùn)行方式不變。

理解這種方式，有兩個(gè)特別重要的數(shù)字，一個(gè)是60%，對應(yīng)于煤電機(jī)組通常意義上的最小出力，以及我國電力需求低谷相比最大負(fù)荷的水平。從一天的尺度來看，電力需求往往在100%-60%之間波動，煤電機(jī)組有充分的調(diào)節(jié)域?qū)崿F(xiàn)這種調(diào)節(jié);從一年的尺度看，60%的平均出力，對應(yīng)著4500-5000小時(shí)的發(fā)電量，對于10多億千瓦的煤電總盤子，經(jīng)濟(jì)性上還過得去;從系統(tǒng)運(yùn)行來看，安排大量機(jī)組，都運(yùn)行在60%的水平(全是備用!)。

一旦需求上去了，這些機(jī)組可以足夠有效的提升出力，調(diào)度最方便，系統(tǒng)最穩(wěn)健。事實(shí)上，有2021年文章在做系統(tǒng)電力平衡與充足性校核時(shí)，的確是按照煤電出力60%，而不是默認(rèn)中的額定功率100%來校核。這是思維慣性帶來的方法論特色——充足性與靈活性沒有更好地區(qū)分。

另外一個(gè)重要的數(shù)字是15%，對應(yīng)于部分行業(yè)利益群體聲稱的“風(fēng)光接入電網(wǎng)成本快速上升”的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，也對應(yīng)于2024/2025年風(fēng)光即將實(shí)現(xiàn)的比例。有文章曾指出：“國內(nèi)外研究表明，新能源電量滲透率超過10%~15% 以后，系統(tǒng)成本將進(jìn)入快速增長的臨界點(diǎn)，未來新能源場站成本下降很難完全對沖消納新能源所付出的系統(tǒng)成本上升”。而這所謂的“國內(nèi)外研究”從哪里來的，具體指的是哪些結(jié)果與結(jié)論，卻語焉不詳。

這一15%顯然是“計(jì)算”過的，意味著既有煤電還能大體保持60%利用率。目前水電+核電大約占20%，天然氣5%，那么剩下的空間就是煤電的。所以，這種想法是邏輯自洽的。問題是：煤電為何需要保持在60%以上?維持60%以上，電力行業(yè)還能實(shí)現(xiàn)碳減排潛力嗎?長期愿景到底是什么樣的?

“存量不動，增量調(diào)整”的發(fā)展方式，并不是沒有代價(jià)的，反而可能會有較大代價(jià)。理論上，風(fēng)電光伏進(jìn)入系統(tǒng)，“首先替代增量，然后替代存量”的說法從一開始就是不成立的。因?yàn)轱L(fēng)光的出力是天氣決定的。你讓它“聽話”只替代增量，不替代存量，那就必須把風(fēng)電光伏改造成傳統(tǒng)電源那樣。加裝儲能，實(shí)現(xiàn)出力平滑。在煤電發(fā)電比重還占據(jù)主體接近60%的時(shí)候，這無疑存在浪費(fèi)，最終付出經(jīng)濟(jì)上的代價(jià)。

圖2 煤電基本不動滿足基荷，

其他電源跟隨需求調(diào)整的系統(tǒng)運(yùn)行方式(左)

與基于高時(shí)間分辨率離散化競爭(右)示意圖

來源：左：https://chinadialogue.net/zh/4/69556/

右：Lara, J. D., Henriquez-Auba, R., Callaway, D. S., & Hodge, B.-M. (2021). AGC Simulation Model for Large Renewable Energy Penetration Studies. 2020 52nd North American Power Symposium (NAPS), 1–6.https://doi.org/10.1109/NAPS50074.2021.9449687

目前的項(xiàng)目級儲能要求往往是“20%容量，2小時(shí)”。因?yàn)榧友b儲能的昂貴，這種方式也不可能實(shí)現(xiàn)對風(fēng)光的完全“改造”。因此第二個(gè)代價(jià)就是電量的切除。我國風(fēng)電的利用小時(shí)數(shù)一致徘徊在2200小時(shí)左右，跟同一緯度的美國地區(qū)長期超過3000小時(shí)的利用率形成鮮明對比。盡管這其中可能有很多其他方面的原因，但是主觀切除是否不可忽視、值得進(jìn)一步研究的實(shí)證問題。這種代價(jià)既是經(jīng)濟(jì)上的，也是資源利用上的。

更重要的是：因?yàn)闆]有電源間的替代(fuel switch)，那么從絕對排放角度，系統(tǒng)(與歷史比較)是沒有減排的。單位kWh排放強(qiáng)度的下降，絕大部分來源于分母——發(fā)電量的增加，而不是分子——化石能源排放量相比歷史的絕對減少。如果轉(zhuǎn)型的確切含義不僅是電力結(jié)構(gòu)變化，還有從高碳到足夠低碳，那么這其實(shí)意味著沒有轉(zhuǎn)型。只不過是電量盤子更大了，帶來計(jì)算結(jié)果上的“稀釋”效應(yīng)。

帶來的結(jié)果就是，這種增量替代方式對整體需求蛋糕的擴(kuò)大提出了不小的要求。簡單估計(jì)，2022年我國非化石電力占總發(fā)電量8.5萬億度的34%，意味著還有5.6萬億的化石能源電量，絕大部分是煤電。

那么到2030年，如果存量不動，要實(shí)現(xiàn)《能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命戰(zhàn)略(2016-2030)確定的非化石能源發(fā)電量占全部發(fā)電量的比重力爭達(dá)到 50%的目標(biāo)，那么電力需求至少超過11.2萬億，需要從現(xiàn)在開始的8年保持年均3.5%的增長速度。只要這個(gè)速度上不去，增量思維下風(fēng)光的比重增加也就停滯了。

圖3“存量不動，增量滿足”下的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)變化

目標(biāo)(2030)需要足夠的需求增長示意圖

總之，只要煤電發(fā)電量不擴(kuò)大，這樣的系統(tǒng)排放偶爾停止增長(所謂的并不精確的“達(dá)峰”)可能很容易，但是絕對減排則需要改弦易轍。“增量滿足”方式，在快速變化的經(jīng)濟(jì)形勢下，可能未來越來越難做到。

障礙之二：合同交易決定物理潮流

在我國，發(fā)電機(jī)組與調(diào)度的交互權(quán)利仍舊是高度不對稱的。發(fā)電機(jī)組往往需要提前很長時(shí)間提交自身的出力安排，且無法在接近實(shí)時(shí)的時(shí)候靈活調(diào)整，而調(diào)度卻可以在70%-100%的很大范圍內(nèi)調(diào)整它們的出力。

合理的系統(tǒng)協(xié)調(diào)界面，需要明確機(jī)組報(bào)出力曲線的“關(guān)門時(shí)間”——通知系統(tǒng)運(yùn)營者。在此之前，機(jī)組應(yīng)該有充分的自由調(diào)整自身發(fā)電安排。過長時(shí)間尺度提前量的交易，比如所謂的“帶曲線中長期交易”，有時(shí)候不是必須的。

這種不對稱的僵直安排，往往還伴隨著電力交易與物理運(yùn)行層面的混雜，使得系統(tǒng)物理層面更有效率運(yùn)行變得不可能。理論上，給定電力的均一性質(zhì)，無論交易層面通過長期合同、雙邊談判還是場外交易(OTC)形成何種頭寸，物理運(yùn)行層面都可以實(shí)施經(jīng)濟(jì)調(diào)度——讓此時(shí)此刻成本最低的機(jī)組優(yōu)先滿足需求。雙邊合同與整體統(tǒng)一平衡是兼容的。

但是在我國，由于政策、管理方面的不合理慣性，機(jī)組往往定下了何種長期計(jì)劃，就必須嚴(yán)格按此實(shí)施。比如：2023年6月，浙江省發(fā)改委(能源局)公開發(fā)文，要求嚴(yán)格落實(shí)年度發(fā)電中長期交易電量。這似乎意味著長期計(jì)劃多少，到時(shí)候必須發(fā)多少，而不能在實(shí)時(shí)市場通過更靈活的買賣電實(shí)現(xiàn)自身承諾。這實(shí)際上就是物理發(fā)電計(jì)劃，限制了系統(tǒng)更靈活有效率的運(yùn)行可能。

這同樣與風(fēng)光水電利用不充分有關(guān)，即所謂“緊張時(shí)送端不送、寬松時(shí)受端不要”。受端即使不要，也是交易層面的事情，并不是物理上這部分免費(fèi)電力無法利用的充分理由。在一個(gè)存在明顯燃料成本的化石能源與近乎零成本的風(fēng)光水構(gòu)成的系統(tǒng)中，不首先使用后者是沒有道理的。

整體上的節(jié)省成本(做大蛋糕之意)，參與主體也會發(fā)現(xiàn)，相比于自身發(fā)電，還有更合適的方式去實(shí)現(xiàn)更大利潤。比如一個(gè)煤電廠累積了100MWh的出力義務(wù)，某些情況下它會發(fā)現(xiàn)相比自己全發(fā)，買50MWh水電履約可能更合適，節(jié)省燃料支出，利潤更高。這種發(fā)電權(quán)交易，既可以通過自調(diào)度(self-dispatch，歐洲范式)，也可以通過集中調(diào)度(centralised dispatch，美國范式)在總體結(jié)算層面實(shí)現(xiàn)。

唯一需要改變的，就是提高交易靈活性或者明確調(diào)度平衡系統(tǒng)的價(jià)值標(biāo)準(zhǔn)。因此，我國水電因?yàn)楦珊挡蛔慊蛘邩O度富裕產(chǎn)生的反復(fù)揚(yáng)棄，與難以界定證實(shí)的“省間壁壘”敘事并不相關(guān)(irrelevance), 即使它(壁壘)可能在交易合同層面存在。問題在于：電力交易與運(yùn)行層面混雜，系統(tǒng)運(yùn)行缺乏明晰的價(jià)值觀規(guī)則而服從于更高層級的自由量裁權(quán)。

這種交易決定物理出力與潮流的事情，很多國家市場化改革早期也出現(xiàn)過，但是后來合同往往都金融化了，不需要物理執(zhí)行。比如：1996年美國(USA)聯(lián)邦監(jiān)管委員會的888號令明確指出：以追蹤生產(chǎn)和消費(fèi)之間的電力流為基礎(chǔ)的市場是不可行的。實(shí)際潮流路徑與合同路徑不可能一致。

我國需要盡快消除所謂“省間市場”——既沒有生產(chǎn)者，也沒有消費(fèi)者，而是根據(jù)交易合同決定跨區(qū)/跨省功率潮流的電力特供。這不僅沒有必要，而且在極端情況(比如2022年的川渝大旱)下還可能造成供應(yīng)安全問題。

障礙之三：煤電合謀操縱市場?

山東連續(xù)超長小時(shí)的負(fù)電價(jià)現(xiàn)貨市場引發(fā)了社會各界的高度關(guān)注，究其原因眾說紛紜，猜測很多。從直覺上講，零電價(jià)、負(fù)電價(jià)較頻繁出現(xiàn)很正常——表征系統(tǒng)會存在過發(fā)電時(shí)刻。

但是山東持續(xù)21小時(shí)負(fù)價(jià)格，跨越了光伏發(fā)電的高峰/低谷周期，似乎是不正常的。系統(tǒng)存在太多的特權(quán)供電，比如外來電，以及必須行政考核的機(jī)組/用戶，積累了太多中長期頭寸而實(shí)時(shí)交易流動性不足可能是更需要考慮的原因。

此外，市場中的煤電機(jī)組，是否存在合謀操縱市場，需要我國的能源監(jiān)管機(jī)構(gòu)——國家能源局給一個(gè)公開透明可校核的說法。理論上，只要價(jià)格稍微低過零，因?yàn)榘l(fā)一度虧一度，邊際成本為零的風(fēng)電與光伏(沒有市場外收益來源，比如補(bǔ)貼)就會停止發(fā)電。

相比只能緩慢調(diào)整的熱力型機(jī)組，風(fēng)機(jī)停轉(zhuǎn)或者光伏脫網(wǎng)即可快速實(shí)現(xiàn)輸出下降。因此，光伏向下調(diào)整出力，會很快極大改善整個(gè)系統(tǒng)供過于求的局面。長時(shí)間、明顯低于零、貼住行政限價(jià)的出清價(jià)格，是否存在合謀操縱市場，涉及不同市場耦合與補(bǔ)償機(jī)制的互動影響，屬于高度專業(yè)與細(xì)節(jié)導(dǎo)向的實(shí)證工作。

限于實(shí)時(shí)交易數(shù)據(jù)的缺乏，以及本文的篇幅，我們另文擇機(jī)討論。但是首先要明確的是，這不是一個(gè)“因?yàn)閲庥胸?fù)電價(jià)，因此這里負(fù)電價(jià)就不奇怪”的問題。

障礙之四：限制風(fēng)光更快速建設(shè)

從現(xiàn)狀看，極其廉價(jià)的風(fēng)電光伏發(fā)電正在快速建設(shè)，既包括海上風(fēng)電與很多省份的分布式光伏，還包括西部地區(qū)眾多希冀采用廉價(jià)可再生能源電力發(fā)展高耗能工業(yè)與商業(yè)模式的科技園、產(chǎn)業(yè)園與綜合能源系統(tǒng)利用。比如在新疆哈密、青海格爾木，以及甘肅，寧夏，內(nèi)蒙古的諸多地區(qū)。

但是，電力系統(tǒng)的無條件開放性還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不是一個(gè)前提。各種生造的概念，比如“并網(wǎng)條件”、“調(diào)幅輔助服務(wù)”、“消納能力”等仍然甚囂塵上。強(qiáng)配儲能大大加劇了行業(yè)發(fā)展的負(fù)擔(dān)，并且造成了上游設(shè)備廠商的進(jìn)一步”內(nèi)卷“，損害長可持續(xù)創(chuàng)新能力。

我國知名能源智庫NGO組織——能源基金會曾發(fā)文表示：2021/2022年，非化石能源的新增發(fā)電仍只能滿足約3/4的新增電力需求，意味著余下的1/4需要常規(guī)能源補(bǔ)足。新增可再生無法滿足新增需求無疑是個(gè)統(tǒng)計(jì)事實(shí)。但是關(guān)鍵問題是它的含義是什么?是傳統(tǒng)電源仍不可或缺(現(xiàn)狀是它們還占發(fā)電量的60%)，還是新能源發(fā)展還需規(guī)模更大以及提速發(fā)展?

再則，這在邏輯上存在倒果為因的問題。這種“無法滿足新增需求”是壓抑增長與利用率的結(jié)果，而非做不到。除了上述存在的切除電力問題，各個(gè)省份都以所謂“落實(shí)消納條件”的理由，限制裝機(jī)增長也是個(gè)重要因素。行業(yè)協(xié)會特別反映：中東南部風(fēng)電開發(fā)還存在并網(wǎng)方面的阻礙，包括并網(wǎng)辦理流程長、接入側(cè)細(xì)則不清晰、并網(wǎng)協(xié)調(diào)復(fù)雜。

小結(jié)

長遠(yuǎn)來看，風(fēng)電光伏要占據(jù)主體的份額，需要依靠顯性的電力部門排放總量約束。但是，這并不是近中期需要討論的問題。更加需要討論的迫切問題是：給定風(fēng)電光伏已經(jīng)是理性的新增電源選擇，為何它們?nèi)耘f受到各種操作性、系統(tǒng)性、壟斷性與理念文化上的限制?

“存量不動，增量改革”曾經(jīng)是我國改革開放很多領(lǐng)域的重要經(jīng)驗(yàn)。可惜的是，電力部門如果這么改，那么一方面可能浪費(fèi)金錢，另一方面將無法實(shí)現(xiàn)絕對減排。政策、機(jī)制與體制上的有效改變，才能改變這一現(xiàn)狀，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)效率的提升以及更有效率減排的目標(biāo)。

氣候安全的最終目標(biāo)顯然不是達(dá)峰就可以了，更不必說“達(dá)峰”并不具有長期穩(wěn)定性。或許我們可以期望在近期“達(dá)峰”之后改弦易轍，開始存量替代?現(xiàn)在無疑到了十字路口。