可再生能源發(fā)展情景設(shè)計(jì)及評(píng)價(jià)研究

劉 貞 張希良 高 虎

(1.重慶理工大學(xué)工商管理學(xué)院，重慶400054;2.清華大學(xué)能源環(huán)境經(jīng)濟(jì)研究所，北京100084;3.國(guó)家發(fā)改委能源研究所，北京100038)

可再生能源發(fā)展情景設(shè)計(jì)及評(píng)價(jià)研究

劉 貞1，2張希良2高 虎3

(1.重慶理工大學(xué)工商管理學(xué)院，重慶400054;2.清華大學(xué)能源環(huán)境經(jīng)濟(jì)研究所，北京100084;3.國(guó)家發(fā)改委能源研究所，北京100038)

通過(guò)對(duì)當(dāng)前主要的情景設(shè)計(jì)及評(píng)價(jià)方法的研究，認(rèn)為目前我國(guó)可再生能源發(fā)展迅速，但初期的部分基本工作尚未完成。尤其是可再生能源的供給潛力及其經(jīng)濟(jì)可開發(fā)性評(píng)價(jià)。基于此，提出一種基于動(dòng)態(tài)成本曲線的可再生能源發(fā)展戰(zhàn)略情景仿真模型。動(dòng)態(tài)成本曲線生成的基本原理是在靜態(tài)成本曲線基礎(chǔ)上，考慮技術(shù)進(jìn)步、可再生能源外部?jī)r(jià)值對(duì)靜態(tài)成本曲線的影響，從而生成不同時(shí)期的可再生能源成本曲線，進(jìn)而構(gòu)成可再生能源動(dòng)態(tài)成本曲線。考慮不同種類可再生能源技術(shù)進(jìn)步水平、外部環(huán)境價(jià)值的變化，設(shè)計(jì)不同的可再生能源發(fā)展情景。基于可再生能源動(dòng)態(tài)成本曲線，并對(duì)不同的可再生能源發(fā)展情景下的投資成本、能源效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)。最后通過(guò)一個(gè)案例，分四種情景，即不考慮技術(shù)進(jìn)步，低環(huán)境方案情景;不考慮技術(shù)進(jìn)步，高環(huán)境方案情景;考慮技術(shù)進(jìn)步，低環(huán)境方案情景;考慮技術(shù)進(jìn)步，高環(huán)境方案情景;分別給出了四種情景下的裝機(jī)總量、投資總額、創(chuàng)造就業(yè)、污染物和溫室氣體減排量。

可再生能源;動(dòng)態(tài)成本曲線;技術(shù)進(jìn)步;環(huán)境外部?jī)r(jià)值

大力發(fā)展可再生能源是國(guó)家能源發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分，是提升能源安全、減少溫室氣體排放、調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、改善生態(tài)環(huán)境、縮小城鄉(xiāng)貧富差距的重要舉措之一。2005年國(guó)家《可再生能源法》頒布之后，國(guó)家可再生能源中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃于2007年出臺(tái)。作為落實(shí)可再生能源法和中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃的重要環(huán)節(jié)，省級(jí)可再生能源規(guī)劃逐步提上日程。

用于幫助制定能源政策的模型有情景優(yōu)化模型和情景模擬模型兩大類，最近出現(xiàn)了基于agent的能源政策情景仿真模型［1－6］。情景優(yōu)化模型考慮一定的約束條件，通過(guò)線性規(guī)劃確定最小成本的能源系統(tǒng)，其主要的代表模型有 MARKAL［7－9］、EFOM 和 AIM/能源排放模型［10－12］等。情景模擬模型是以情景分析為基礎(chǔ)，描述整體能源系統(tǒng)，其主要代表模型有 LEAP［13－15］、MESSAGE［16－18］等。基于agent的政策情景仿真模型，觀察能源系統(tǒng)的集聚演化過(guò)程，常見的平臺(tái)主要有 Swarm［19］，ASPEN［20］等。本研究屬于情景優(yōu)化模型范疇。

通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外區(qū)域可再生能源情景分析的相關(guān)理論、方法及案例進(jìn)行研究。可以發(fā)現(xiàn)不同的可再生能源發(fā)展階段，可再生能源發(fā)展考慮的內(nèi)容不同:①在發(fā)展初期，可再生能源份額較小，對(duì)能源市場(chǎng)的影響非常小，技術(shù)水平較低，此時(shí)，主要研究的是由政府推動(dòng)的供給側(cè)市場(chǎng);②隨著技術(shù)的相對(duì)成熟，可再生能源開始參與能源供需平衡，此時(shí)的研究側(cè)重于如何把可再生能源推向市場(chǎng)的政策研究;③技術(shù)發(fā)展已經(jīng)達(dá)到可以與傳統(tǒng)能源相競(jìng)爭(zhēng)的程度，此時(shí)，重點(diǎn)研究能源市場(chǎng)機(jī)制、能源均衡及空間協(xié)調(diào)。

研究借鑒美國(guó)加州區(qū)域可再生能源規(guī)劃方法、歐盟可再生能源目標(biāo)分解方法、加拿大RETs模型，以及世行提出的RESCREEM模型，提出一種基于動(dòng)態(tài)成本曲線的可再生能源發(fā)展情景分析方法，并把它應(yīng)用到省級(jí)可再生能源發(fā)展情景分析與評(píng)價(jià)中。

1 可再生能源發(fā)展情景設(shè)計(jì)基本方法

可再生能源情景設(shè)計(jì)的基本原理是不同政策、不同時(shí)期的項(xiàng)目成本和環(huán)境外部?jī)r(jià)值對(duì)成本曲線產(chǎn)生影響，其交叉點(diǎn)為不同時(shí)期的可再生能源規(guī)劃模型的成本最優(yōu)量。

1.1 靜態(tài)成本曲線的構(gòu)建方法

可再生能源發(fā)電靜態(tài)成本曲線需要考慮不同項(xiàng)目的單位成本及其開采量。

假設(shè)該地區(qū)共有m種可再生能源發(fā)電技術(shù)，第i種發(fā)電技術(shù)有ni個(gè)可再生能源發(fā)電廠。

第i種發(fā)電技術(shù)的第j個(gè)發(fā)電廠的裝機(jī)容量為Hi，j，第k年的可再生能源發(fā)電滿負(fù)荷小時(shí)數(shù)為 ti，j，k，第 i種發(fā)電技術(shù)的項(xiàng)目生命周期為Ti年。則第i種發(fā)電技術(shù)的第j個(gè)發(fā)電廠的可再生能源發(fā)電總量為:

假定第i種發(fā)電技術(shù)的第j個(gè)發(fā)電廠的網(wǎng)絡(luò)約束成本為 ci，t，第 i種技術(shù)可再生能源發(fā)電廠的稅率為 ri，t，行業(yè)的邊際收益率為Ri。則第i種發(fā)電技術(shù)的第j個(gè)發(fā)電廠的凈現(xiàn)值為:

假定 NPVi，j=0，則其單位發(fā)電成本為 pi，j。依據(jù)各種可再生能源發(fā)電的單位發(fā)電成本，及其發(fā)電量Qi，j可以構(gòu)建可再生能源發(fā)電靜態(tài)成本曲線。

1.2 技術(shù)進(jìn)步對(duì)靜態(tài)成本曲線的影響

技術(shù)學(xué)習(xí)曲線是影響行業(yè)成本曲線模型變化的重要因素。不同時(shí)期，不同技術(shù)的投資成本是不同的。需要預(yù)測(cè)未來(lái)哪些項(xiàng)目是值得開發(fā)的，采用什么措施，可以把具有較高成本的項(xiàng)目降低到符合市場(chǎng)開發(fā)的價(jià)值區(qū)域內(nèi)。

學(xué)習(xí)曲線的簡(jiǎn)單模型假設(shè)，每個(gè)時(shí)期的平均成本以一個(gè)不變的百分比下降。設(shè)qt表示t時(shí)期產(chǎn)出，Qt指累計(jì)至t時(shí)期的產(chǎn)量(自該產(chǎn)品投放開始);Ct表示在t時(shí)期內(nèi)所負(fù)擔(dān)的總成本，通常為可變成本。不變百分比學(xué)習(xí)曲線假設(shè)平均可變成本(或平均成本)，即Ct/Qt以一個(gè)不變速率即指數(shù)下降，

其中b為參數(shù)，其的絕對(duì)值越大，說(shuō)明平均投入的成本下降的就越快。A表示生產(chǎn)第一個(gè)單位產(chǎn)品所需的平均成本，可由Q=1時(shí)，A=C/q求得。

1.3 外部環(huán)境價(jià)值對(duì)靜態(tài)成本曲線的影響

傳統(tǒng)能源的外部環(huán)境成本主要包括直接環(huán)境成本和溫室氣體排放環(huán)境成本。即:外部環(huán)境成本=直接環(huán)境成本+溫室氣體排放環(huán)境成本。其中，直接環(huán)境成本是指主要污染物排放產(chǎn)生的成本。目前，常用兩種方法來(lái)量化燃煤發(fā)電的直接環(huán)境成本，一種是減排成本加排污費(fèi)法，是通過(guò)加總各類污染物的減排成本和排污費(fèi)來(lái)衡量的;另一種是價(jià)值評(píng)估法，是通過(guò)計(jì)算各種污染物排放所造成的實(shí)際價(jià)值損失(比如污染治理，對(duì)人體健康損害等)來(lái)衡量的。國(guó)內(nèi)外很多機(jī)構(gòu)和學(xué)者［21－22］均采用過(guò)以上方法做相關(guān)的研究計(jì)算，結(jié)果具有一定的差異。總的來(lái)說(shuō)，第一種方法的研究結(jié)果較第二種方法的研究結(jié)果偏小。溫室氣體減排成本是指由燃煤發(fā)電廠運(yùn)行過(guò)程中對(duì)產(chǎn)生的溫室氣體進(jìn)行減排行動(dòng)而產(chǎn)生的成本。

2 可再生能源發(fā)展情景設(shè)計(jì)及評(píng)價(jià)

2.1 可再生能源發(fā)展情景設(shè)計(jì)

對(duì)于直接環(huán)境成本，低環(huán)境方案主要采用世界銀行和我國(guó)相關(guān)研究機(jī)構(gòu)于2005年合作開展中國(guó)地區(qū)大氣排放環(huán)境損害的一項(xiàng)研究［23］。高環(huán)境方案則參考了歐盟國(guó)家2006年對(duì)歐盟地區(qū)大氣排放所造成的環(huán)境損害的研究成果，通過(guò)歐盟與中國(guó)各省的人均GDP、人口密度的對(duì)比，將歐盟直接環(huán)境成本調(diào)整為中國(guó)各省的直接環(huán)境成本。

對(duì)于溫室氣體排放成本，參考目前全球碳市場(chǎng)中的碳交易價(jià)格。按照規(guī)定，我國(guó)可再生能源項(xiàng)目一般最低交易價(jià)格為10歐元/t。因此，在模型中，溫室氣體排放成本高環(huán)境方案為30美元/t CO2，低環(huán)境方案為15美元/t CO2。

在運(yùn)算過(guò)程中，模型選取姜子英，程建平等［24］對(duì)燃煤電廠外部成本的分析結(jié)果，取典型燃煤電廠每千瓦時(shí)排放7.58 g SO2，3.6 g 氮氧化物，3.19 g 煙塵。CO2排放方面，借鑒IEA(2009)報(bào)告結(jié)果:我國(guó)每度煤電的CO2排放約為893 g。因此，模型環(huán)境成本內(nèi)容如表1。

在對(duì)環(huán)境效應(yīng)進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，低環(huán)境情景和高環(huán)境情景的分別選用國(guó)內(nèi)和歐盟的研究成果進(jìn)行預(yù)測(cè)，其預(yù)測(cè)結(jié)果在表2中給出。

表1 單位電量環(huán)境成本Tab.1 Environment cost per unit electricity (元/kWh)

表2 燃煤發(fā)電環(huán)境成本預(yù)測(cè)Tab.2 Environmental costs of coal-fired power generation prediction (元/kWh)

2.2 各種可再生能源發(fā)展情景分析評(píng)價(jià)

依據(jù)供電量動(dòng)態(tài)成本曲線和供電裝機(jī)容量動(dòng)態(tài)成本曲線，結(jié)合供電外部成本預(yù)測(cè)可得不同年份的發(fā)電裝機(jī)容量。

圖1 不同情景下的裝機(jī)容量Fig.1 The installed capacity in different scenarios

圖2 給出了四種情景下，對(duì)應(yīng)規(guī)劃年份的可再生能源總投資。其中:NT－LE:表示不考慮技術(shù)進(jìn)步，低環(huán)境方案情景;NT－HE:表示不考慮技術(shù)進(jìn)步，高環(huán)境方案情景;YT－LE:表示考慮技術(shù)進(jìn)步，低環(huán)境方案情景;YT－HE:表示考慮技術(shù)進(jìn)步，高環(huán)境方案情景。

在四種情景下，到2015年的累計(jì)總投資分別是413億、678億、444億和331億元人民幣。到2020年累計(jì)總投資分別是474億、1 180億、637億、1 320億人民幣;到2025年累計(jì)總投資分別為669億、1 180億、851億、2 640億元人民幣;到2030年累計(jì)總投資分別為708億、1 180億、1 010億和2 640億元人民幣。

圖3給出了不同情景下的可再生能源投資所帶來(lái)的就業(yè)總量。四種情景下，2015年的累計(jì)創(chuàng)造的就業(yè)分別為1.9 萬(wàn)、2.2萬(wàn)、2 萬(wàn)和 1.9 萬(wàn)個(gè)崗位，2020 年累計(jì)創(chuàng)造的就業(yè)分別為 2.1萬(wàn)、2.4萬(wàn)、2.3萬(wàn)和 2.5萬(wàn)個(gè)崗位，2025年累計(jì)創(chuàng)造 2.2 萬(wàn)、2.4 萬(wàn)、2.3 萬(wàn)、4.1 萬(wàn)個(gè)崗位;2030 年累計(jì)創(chuàng)造2.3 萬(wàn)、2.4 萬(wàn)、2.4 萬(wàn)和4.1 萬(wàn)個(gè)崗位。

圖2 不同情景下的投資總量Fig.2 Total investment in different scenarios

圖3 不同方案創(chuàng)造的就業(yè)總量Fig.3 The employment opportunities in different scenarios

圖4 給出不同情景下各個(gè)規(guī)劃年份的可再生能源所帶來(lái)的SO2減排總量。在四種情景下，2015年的SO2減排量分別為 14.5 萬(wàn) t，18.5 萬(wàn) t，15.2 萬(wàn) t和 12.7 萬(wàn) t;2020年的 SO2減排量分別為15.9 億 t，25.4 萬(wàn) t，18.4 萬(wàn) t，27.1萬(wàn) t;2025 年的減排量分別為19.4 萬(wàn) t，25.5 萬(wàn) t，22.1 萬(wàn) t和40.9 萬(wàn)t;2030 年的減排量分別為20.3 億t，25.95 萬(wàn) t，25.24 萬(wàn) t和 40.9 萬(wàn) t。

圖4 不同情景下的SO2減排總量Fig.4 Total SO2emissions in different scenarios

圖5 不同情景下的CO2減排總量Fig.5 Total CO2emissions in different scenarios

圖5 給出了不同方案減排CO2總量，四種情景下，2015年的減排量分別為1 302萬(wàn) t，1 665萬(wàn) t，1 364萬(wàn) t，1 145萬(wàn)t;2020年的減排量分別為1 438萬(wàn) t，2 288萬(wàn) t，1 656萬(wàn)t和2 443萬(wàn)t;2025年的減排量分別為1 743萬(wàn)t，2 297萬(wàn)t，1 988萬(wàn)t和3 680萬(wàn)t;2030年的減排量分別為1 831萬(wàn) t，2 336 萬(wàn) t，2 272 萬(wàn) t和 3 680 萬(wàn) t。

3 結(jié)論

目前，中國(guó)可再生能源發(fā)展處于發(fā)展的第二階段，然而中國(guó)可再生能源發(fā)展迅速，有部分第一階段的基礎(chǔ)工作尚未完成。因此政府采取了政府推動(dòng)和市場(chǎng)推動(dòng)兩種手段。此階段，在進(jìn)行具體戰(zhàn)略情景設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)考慮供給側(cè)技術(shù)，同時(shí)考慮政策創(chuàng)造市場(chǎng)對(duì)能源供給的影響。

本文借鑒美國(guó)加州區(qū)域可再生能源規(guī)劃方法、歐盟可再生能源目標(biāo)分解方法、加拿大RETs模型，以及世行提出的RESCREEM模型，提出一種基于動(dòng)態(tài)成本曲線的可再生能源發(fā)電情景設(shè)計(jì)及分析評(píng)價(jià)方法，并給出了一個(gè)情景分析評(píng)價(jià)案例。驗(yàn)證了該方法的可行性。

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Study on Design and Evaluation of the Development Scenarios of Renewable Energy

LIU Zhen1，2ZHANG Xi-liang2GAO Hu3
(1.The School of Business Administration，Chongqing University of Technology，Chongqing 400054，China;2.Institute of Energy，Environment and Economic，Tsinghua University，Beijing 100084，China;3.NDRC Energy Research Institute，Beijing 100038，China)

After the method how to design and evaluate the development scenario of renewable energy generation was studied，it was found that although the development speed of renewable energy in China is rapid，some early basic work of renewable energy industry has not been completed.Especially，how to evaluate the potential and economic exploitation of renewable energy is very important.Based on the above，a scenarios simulation model for renewable energy deveiopment strategy based on dynamic cosn curve was proposed.The basic principle of how to generate dynamic cost curves is based on the static cost curve，and then considering the effect of technological progress and the external value of renewable energy on the static cost curve，the cost curves in different periods can be acquired;the dynamic cost curves can be acquired by these curves in different periods.Considering the technological level and external environment value of different types of renewable energy technology，four scenarios of renewable energy were designed.And then the investment cost，energy efficiency economic and social benefits were evaluated in different scenarios.In the end，a case was given.There are four scenarios:considering technological progress with low environmental programs，considering technological progress with high environmental programs，not considering technology with low environmental programs，and not considering technological progress with high environmental programs.Total installed capacity，total investment，job creation，pollution and greenhouse gas emission reductions in four scenarios were given.

renewable energy;dynamic cost curve;technological progress;value of environmental externalities

F019.2

A

1002－2104(2011)07－0028－05

10.3969/j.issn.1002－2104.2011.07.005

2011－02－28

劉貞，博士，副教授，主要研究方向?yàn)榭稍偕茉磁c氣候變化。

國(guó)家973發(fā)展計(jì)劃(編號(hào):2010CB955602);國(guó)家自然科學(xué)基金(編號(hào):71073095);教育部人文社科項(xiàng)目(編號(hào):10YJC630161)。

(編輯:常 勇)