中美電力行業(yè)應(yīng)對氣候變化比較

　　摘要：中美電力行業(yè)在各自國家都是CO2 排放最多的行業(yè)，因此也是應(yīng)對氣候變化最受關(guān)注的行業(yè)。但是由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展階段和資源稟賦不同，中美電力行業(yè)也存在很多不同，包括電力需求結(jié)構(gòu)，電力負(fù)荷特性，電力需求增長，發(fā)電結(jié)構(gòu)，調(diào)度方式，調(diào)峰方式和輔助服務(wù)方式等方面。同時中美電力行業(yè)在應(yīng)對氣候變化方面所采取的政策也不同，美國更注重需求側(cè)政策，中國更注重供給側(cè)政策。因此在借鑒美國電力行業(yè)應(yīng)對氣候變化方面，不能全盤照搬，應(yīng)該結(jié)合中國電力行業(yè)特點進(jìn)行深入分析，以明確可以借鑒之處，找出真正適合中國電力行業(yè)應(yīng)對氣候變化的政策和措施。
　　關(guān)鍵詞：中美電力行業(yè)；氣候變化；電力需求
　　中圖分類號：
　　
　　一、導(dǎo)論
　　
　　全球氣候變化是全世界面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，其中人類活動所導(dǎo)致的CO2排放加劇是最主要的原因。全球CO2排放在2006 年已經(jīng)達(dá)到291.95億噸，而且還在繼續(xù)增加，但是為了應(yīng)對氣候變化，全球CO2排放在2050 年需要下降到100億噸的水平，CO2減排的任務(wù)非常艱巨。
　　中國和美國是世界上CO2 排放最多的國家，合計占了全球CO2排放40%多的比重，未來比重還有可能進(jìn)一步加大，因此為了實現(xiàn)全球CO2排放目標(biāo)，中國和美國起著至關(guān)重要的作用。
　　無論在中國還是美國，電力行業(yè)都是CO2排放最多的行業(yè)，占了各自國家超過40%的排放量。因此電力行業(yè)對于中國和美國應(yīng)對氣候變化至關(guān)重要，中美要想成功實現(xiàn)CO2減排，必須對電力行業(yè)加以重視。只有電力行業(yè)的CO2減排成功，各自國家的CO2減排目標(biāo)才有可能實現(xiàn)。而且電力行業(yè)相對其它行業(yè)而言比較集中，政策實施的效果相對明顯，也可以對應(yīng)對氣候變化，減少CO2排放做出重要的貢獻(xiàn)。
　　
　　二、中美電力行業(yè)對比
　　
　　電力行業(yè)作為關(guān)鍵的能源供給基礎(chǔ)行業(yè)，在中國和美國都占據(jù)著極為重要的地位。但由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展階段和資源稟賦不同，中美電力行業(yè)還是有著很大的區(qū)別。
　　（一）電力需求結(jié)構(gòu)不同
　　美國2009 年凈電力需求為35755億KWh①，其中居民電力需求為13629億KWh，占38.12%，工業(yè)電力需求為8819億KWh②，占24.67%，商業(yè)電力需求為13307億KWh③，占37.22%。中國2009 年凈電力需求為31515億KWh④，其中居民電力需求為4575 億KWh，占14.52%，工業(yè)電力需求為22056億KWh⑤，占69.99%，商業(yè)電力需求為3944億KWh，占12.51%。如圖1所示。
　　
　　
　　圖1顯示，由于中美所處經(jīng)濟(jì)發(fā)展階段不同，電力需求的結(jié)構(gòu)存在巨大的差別。美國主要是居民和商業(yè)用電占據(jù)較大的比重，而中國則是工業(yè)用電占據(jù)較大的比重。由于工業(yè)用電相對比較集中，電力需求也比較平穩(wěn)，因此滿足需求相對容易，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)也相對比較簡單，而居民和商業(yè)用電則比較分散，電力需求波動性和隨機(jī)性也較大，滿足相對困難，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)也需要更為復(fù)雜。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，中國的居民和商業(yè)電力需求所占比重也會逐漸增加，電力行業(yè)需要解決的問題也會越來越復(fù)雜。
　　（二）電力負(fù)荷特性不同
　　美國2009年最高用電負(fù)荷為72596萬KW⑥，相應(yīng)可計算出美國2009年負(fù)荷率為56.22%。中國2009年最高用電負(fù)荷為54111 萬KW，相應(yīng)可計算出中國2009年負(fù)荷率為66.49%。如圖2所示。
　　可以看出，美國的負(fù)荷波動比中國劇烈得多。2008年最高用電負(fù)荷美國是中國的1.34倍，用電量則美國只是中國的1.13倍。為了滿足劇烈波動的負(fù)荷需求，美國需要有足夠的調(diào)峰發(fā)電能力，中國負(fù)荷波動則相對較小，調(diào)峰需求不如美國強(qiáng)烈。
　　（三）電力需求增長不同
　　美國1996—2009年的平均電力需求增長率為1.10%，中國1996—2009年的平均電力需求增長率為10.02%⑦，如果未來中美電力需求增長速度保持不變，則到2020年美國凈用電量將達(dá)到40330億KWh，中國凈用電量將達(dá)到102260億KWh，中國電力需求將是美國的2.5倍。如圖3所示。
　　由于中國正處于經(jīng)濟(jì)高速增長的時期，電力需求增長也相對很快。為了滿足高速增長的電力需求，中國需要新建大量的發(fā)電機(jī)組，其中既包括化石能源發(fā)電，也包括非化石能源發(fā)電，這些發(fā)電機(jī)組如何布局和協(xié)調(diào)是中國面臨的一個很重要的問題。美國的電力需求增長則較慢，不需要過多考慮新增發(fā)電機(jī)組的問題。
　　（四）發(fā)電結(jié)構(gòu)不同
　　美國2009 年凈發(fā)電量為39531億KWh⑧，其中煤電為17645億KWh，占44.64%，天然氣發(fā)電為9204億KWh，占23.28%，水電為2721億KWh，占6.88%，核電為7987億KWh，占20.20%，可再生能源發(fā)電量為1411億KWh⑨，占3.57%，中國2009 年發(fā)電量為36812億KWh⑩，其中火電為30117億KWh，占81.81%，水電為5177億KWh，占14.06%，核電為701億KWh，占1.90%，風(fēng)電為276億KWh，占0.75%。如圖4所示。
　　可見，中美兩國發(fā)電機(jī)組都是以火電為主，美國占了將近70%，中國則占了80%，但是美國火電中還有將近1/3的天然氣發(fā)電，中國則主要都是煤電。由于天然氣發(fā)電較為清潔，CO2 排放較少，在同等火電發(fā)電量的情況下，中國CO2排放比美國要多。另外美國核電發(fā)電量占了20%，中國則只有大約2%，美國核電發(fā)電量大約是中國的10倍，水電美國比中國少一些，可再生能源發(fā)電美國則大大領(lǐng)先。
　　（五）調(diào)度方式不同
　　美國的調(diào)度方式采用邊際成本調(diào)度的方式，即按照發(fā)電機(jī)組的邊際成本排序，優(yōu)先調(diào)度邊際成本低的發(fā)電機(jī)組上網(wǎng)發(fā)電。中國的調(diào)度方式則更多采用行政命令的發(fā)式，發(fā)電機(jī)組在建設(shè)審批時會預(yù)先設(shè)定一個發(fā)電利用小時數(shù)，上網(wǎng)發(fā)電時按照預(yù)先設(shè)定的發(fā)電利用小時安排。由于行政干預(yù)往往采用平均分配的方式，因此中國的調(diào)度方式體現(xiàn)為平均調(diào)度的特點。由于平均調(diào)度不考慮各個發(fā)電機(jī)組的成本，為滿足同樣的電力需求，平均調(diào)度相比其他調(diào)度方式所需成本往往較高，CO2減排效果也往往較差。為了改變調(diào)度方式的弊病，中國于2007 年開始在5個省份試點節(jié)能發(fā)電調(diào)度，即優(yōu)先調(diào)度非化石能源發(fā)電，然后調(diào)度天然氣發(fā)電和煤電，煤電的調(diào)度順序按照供電煤耗的順序安排發(fā)電。如表1所示。
　　（六）調(diào)峰方式不同
　　由于調(diào)度方式不同，中美在滿足高峰負(fù)荷的方式上表現(xiàn)也不一樣。由于天然氣發(fā)電的邊際成本較高，在邊際成本調(diào)度中往往排在最后，因此在美國主要由天然氣發(fā)電機(jī)組和水電機(jī)組來滿足高峰負(fù)荷。而在中國則主要表現(xiàn)為由煤電來滿足高峰負(fù)荷。2009年中美各種發(fā)電方式的年利用小時數(shù)如表2所示。
　　可以看到，中美兩國煤電機(jī)組的年利用小時數(shù)差別很大。中國煤電機(jī)組年利用小時為4865小時，是美國利用程度的87.05%。美國主要通過天然氣機(jī)組進(jìn)行調(diào)峰，其他機(jī)組比如煤電、水電、核電等則主要滿足基礎(chǔ)負(fù)荷需求，而在中國則主要通過煤電機(jī)組進(jìn)行調(diào)峰，相應(yīng)利用小時數(shù)相對較小。
　　（七）輔助服務(wù)方式不同
　　由于電力負(fù)荷預(yù)測和實際情況總會存在一定的差別，以及風(fēng)電等可再生能源發(fā)電的隨機(jī)性等特征，電力行業(yè)不可避免需要提供輔助服務(wù)。輔助服務(wù)根據(jù)要求不同可以大體分為三類，即自動調(diào)節(jié)輔助服務(wù)、旋轉(zhuǎn)備用輔助服務(wù)和啟動備用輔助服務(wù)。中美在輔助服務(wù)的技術(shù)上差別不大，但是在輔助服務(wù)的利用補償機(jī)制方面卻存在巨大的差別。
　　美國輔助服務(wù)利益補償主要通過市場機(jī)制進(jìn)行，通過輔助服務(wù)電力市場的方式確定輔助服務(wù)補償標(biāo)準(zhǔn)，中國則主要通過行政法規(guī)的方式，通過電力監(jiān)管委員會制定輔助服務(wù)補償標(biāo)準(zhǔn)來補償電廠提供的輔助服務(wù)，其中自動調(diào)節(jié)輔助服務(wù)還要求電廠必須義務(wù)提供。
　　
　　
　　三、中美電力行業(yè)應(yīng)對氣候變化政策異同
　　
　　電力行業(yè)應(yīng)對氣候變化的政策大體分為兩類，即需求側(cè)政策和供給側(cè)政策。中美電力行業(yè)應(yīng)對氣候變化的政策在很多方面相一致。但是由于中美電力行業(yè)特點不同，中美電力行業(yè)在應(yīng)對氣候變化方面所考慮的重點以及采取的政策也存在差別，美國更多采取的是需求側(cè)政策，而中國更多采取的是供給側(cè)政策。
　　（一）需求側(cè)政策異同
　　需求側(cè)政策一般有兩個目的，一個目的是減少電力需求，另一個目的是降低電力負(fù)荷波動。有的需求側(cè)政策只能實現(xiàn)一個目的，即或者減少電力需求，或者降低電力負(fù)荷波動，有的需求側(cè)政策則兩個目的都可以實現(xiàn)。單純減少電力需求的政策包括終端能效管理、差別電價政策、階梯電價政策，單純降低電力負(fù)荷波動的政策包括分時電價政策、供電可靠性合同管理，既可以減少電力需求又可以降低電力負(fù)荷波動的政策包括需求側(cè)管理政策和分布式發(fā)電政策。中美在需求側(cè)政策方面既有相同的方面也有不同的方面，如表3所示。
　　
　　可以看到，中美共同采用的需求側(cè)政策包括四類，即終端能效管理、需求側(cè)管理、分時電價政策和階梯電價政策，另外美國還有分布式發(fā)電政策和供電可靠性合同管理，中國則有差別電價政策。
　　（二）供給側(cè)政策異同
　　供給側(cè)政策一般也有兩個目的，一個目的是提高非化石能源發(fā)電比例，一個目的是提高化石能源發(fā)電效率。提高非化石能源發(fā)電比例的政策包括可再生能源配額政策，可再生能源電價補償政策，提高化石能源發(fā)電效率的政策包括關(guān)停小火電政策、新增火電機(jī)組能效標(biāo)準(zhǔn)政策、輸配電能效標(biāo)準(zhǔn)政策，兩個目的都可以實現(xiàn)的政策包括節(jié)能調(diào)度政策、碳稅政策和碳交易政策。中國供給側(cè)政策的異同如表4所示。
　　可以看到，在電力行業(yè)供給側(cè)政策方面，中美相同的政策為可再生能源配額政策，另外美國的供給側(cè)政策還包括可再生能源電價補貼政策和碳交易政策，中國包括標(biāo)桿電價政策、關(guān)停小火電政策、新增火電機(jī)組能效標(biāo)準(zhǔn)政策、節(jié)能調(diào)度政策和輸配電能效標(biāo)準(zhǔn)政策。
　　
　　四、中國電力行業(yè)應(yīng)對氣候變化的挑戰(zhàn)
　　
　　相比美國電力行業(yè)，中國電力行業(yè)應(yīng)對氣候變化時既有可以借鑒美國電力行業(yè)的地方，也有自己需要解決的獨特的難題，因此更具有挑戰(zhàn)。
　　中國電力行業(yè)在應(yīng)對氣候變化時需要考慮的挑戰(zhàn)包括以下幾個方面：
　　（一）電力需求增長迅速。
　　中國電力需求增長比美國要迅速的多。美國電力需求一般每年增長1％～2%，而中國電力需求則達(dá)到每年增長8％～10%。按照現(xiàn)有的增長速度，中國電力需求將在2011 年超過美國，并在2020 年達(dá)到美國的2～2.5 倍。為了應(yīng)對如此迅速的電力需求增長，中國電力行業(yè)需要快速增加電力供給能力，其中化石能源發(fā)電必將占據(jù)絕大多數(shù)的比重，應(yīng)對氣候變化將更為困難。
　　（二）電力負(fù)荷波動日益劇烈。
　　隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，中國居民和商業(yè)的電力需求比重也必然增加，電力負(fù)荷波動應(yīng)該趨向于增大，未來將越來越和美國負(fù)荷特性相一致。因此有必要在這一方面借鑒美國的經(jīng)驗，一方面注重降低負(fù)荷波動的需求側(cè)政策，另一方面注重如何用最低成本、最高可靠性和最低環(huán)境影響的發(fā)電方式來滿足電力調(diào)峰需求。
　　（三）發(fā)電結(jié)構(gòu)以煤為主。
　　中國的資源稟賦決定了中國的發(fā)電結(jié)構(gòu)在未來仍將以煤電為主，其他發(fā)電技術(shù)機(jī)組只可能作為補充。這種發(fā)電結(jié)構(gòu)導(dǎo)致兩個困難，一個困難是調(diào)峰能力較差，無法很好的滿足電力系統(tǒng)調(diào)峰需求，另一個困難是在同等發(fā)電量的情況下，煤電的CO2排放因子較高，CO2減排困難。因此可以借鑒美國經(jīng)驗，考慮采用天然氣發(fā)電、抽水蓄能等進(jìn)行調(diào)峰。
　　（四）調(diào)度方式亟待轉(zhuǎn)變。
　　中國目前的調(diào)度方式無論是在成本還是在應(yīng)對氣候變化方面都較差，2007年在5個省份開始試點節(jié)能調(diào)度，但是卻無法很好地解決利益補償以及電力系統(tǒng)調(diào)峰需求。因此可以借鑒美國電力行業(yè)經(jīng)驗，考慮采用邊際成本調(diào)度方式。
　　（五）輔助服務(wù)市場還未建立。
　　中國輔助服務(wù)還是采用行政命令的方式，通過行政法規(guī)對輔助服務(wù)的補償標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)定。這種方式確定的輔助服務(wù)補償標(biāo)準(zhǔn)往往與實際成本水平相脫節(jié)，而且當(dāng)輔助服務(wù)成本變化時，補償標(biāo)準(zhǔn)的改變則較為緩慢。因此可以借鑒美國的經(jīng)驗，建立輔助服務(wù)市場，通過市場機(jī)制來確定輔助服務(wù)補償標(biāo)準(zhǔn)。
　　
　　（六）市場機(jī)制減排配套措施缺失。
　　美國電力行業(yè)應(yīng)對氣候變化的措施更多采用市場機(jī)制進(jìn)行。比如需求側(cè)政策更多采用能效市場方式，通過市場手段激勵大家采取終端能效措施，減少電力需求，供給側(cè)政策更多采用碳交易方式，通過碳排放指標(biāo)的確定和交易來減少電力行業(yè)CO2排放。但是能效市場的前提是市場化的終端電價機(jī)制，碳交易則要求有合理的碳排放指標(biāo)的確定和市場化的上網(wǎng)電價機(jī)制。這些在中國都不存在，因此也無法采用美國的市場機(jī)制CO2減排方式。
　　
　　五、結(jié)論
　　
　　中國和美國是世界上CO2排放最多的國家，占了全球CO2排放總量的40%多，因此承受的CO2 減排壓力將越來越大。因此中美兩國需要加強(qiáng)聯(lián)系，在未來CO2減排的過程中起領(lǐng)導(dǎo)地位。其中中美兩國的電力行業(yè)在各自國家又都是CO2排放最多的行業(yè)，都占各自國家CO2 排放總量的40%以上，因此在CO2減排方面電力行業(yè)在各自國家都是最受關(guān)注的行業(yè)。
　　但是兩個國家由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展階段和資源稟賦的區(qū)別，電力行業(yè)存在很大差別，因此在應(yīng)對氣候變化方面并不能夠簡單互相借鑒。中美電力行業(yè)存在差別的領(lǐng)域包括電力需求結(jié)構(gòu)、電力負(fù)荷特性、電力需求增長、發(fā)電結(jié)構(gòu)、調(diào)度方式、調(diào)峰方式和輔助服務(wù)方式等。相應(yīng)在應(yīng)對氣候變化上所采取的政策也各有差別，美國更注重需求側(cè)政策，中國更注重供應(yīng)側(cè)政策。
　　相比美國電力行業(yè)，中國電力行業(yè)在應(yīng)對氣候變化上挑戰(zhàn)更多，困難更大，包括電力需求增長迅速，電力負(fù)荷波動日益劇烈，發(fā)電結(jié)構(gòu)以煤為主，調(diào)度方式亟待轉(zhuǎn)變，輔助服務(wù)市場還未建立，市場機(jī)制減排配套措施缺失等，其中在解決電力負(fù)荷波動、調(diào)度方式和輔助服務(wù)市場等問題上可以借鑒美國電力行業(yè)的經(jīng)驗，尤其在需求側(cè)能效管理和如何用最低成本、最高可靠性和最低環(huán)境影響的發(fā)電方式來滿足電力需求的方面可以借鑒美國的成功經(jīng)驗，2010年11月4日國家發(fā)改委和國家電監(jiān)會等六部門聯(lián)合發(fā)布《電力需求側(cè)管理辦法》，就是在需求側(cè)能效管理方面一個良好的例子，但是如何用更好的發(fā)電方式滿足電力需求則進(jìn)展較少。其他問題則可能無法借鑒美國電力行業(yè)的經(jīng)驗。
　　因此，對于中國電力行業(yè)應(yīng)對氣候變化而言，需要在深入研究和分析美國電力行業(yè)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，對各種CO2 減排政策在中國電力行業(yè)的適用性進(jìn)行研究，以確定適合中國電力行業(yè)的真正可行的應(yīng)對氣候變化政策，為中國CO2 減排作出貢獻(xiàn)。
　　
　　注釋：
　　美國用電量統(tǒng)計口徑為凈用電量，即不包括廠用電、輸電線損和抽水蓄能用電量。美國的數(shù)據(jù)都來源于美國能源信息署，后面不再特別說明。
　　美國工業(yè)用電量中包括農(nóng)業(yè)用電量。
　　美國商業(yè)電力需求為美國商業(yè)和交通用電量合計。
　　中國用電量統(tǒng)計口徑為全社會用電量，為與美國相比較，此處數(shù)據(jù)將廠用電、輸電線損和抽水蓄能用電量扣除。中國的數(shù)據(jù)都來源于中國電力企業(yè)聯(lián)合會，后面不再特別說明。
　　中國工業(yè)電力需求為工業(yè)和建筑業(yè)用電量合計，扣除廠
　　用電、輸電線損和抽水蓄能用電量，不包括農(nóng)業(yè)用電量。
　　美國最高用電負(fù)荷分夏季和冬季分別統(tǒng)計，但中國只統(tǒng)計最高用電負(fù)荷，不分季節(jié)。為便于比較，美國最高用電負(fù)荷采用2009 年夏季最高用電負(fù)荷數(shù)據(jù)。
　　中國1996 年電力需求沒有統(tǒng)計抽水蓄能用電量，因此中國電力需求增長率按照全社會用電量計算。而且按照凈用電量計算出的電力需求增長率與此處數(shù)據(jù)差別應(yīng)該不大。
　　美國發(fā)電量統(tǒng)計為凈發(fā)電量，即不包括廠用電和抽水蓄能用電量。
　　美國可再生能源發(fā)電包括小水電、風(fēng)電、太陽能發(fā)電、地?zé)岚l(fā)電、潮汐發(fā)電、生物質(zhì)能發(fā)電等。
　　中國發(fā)電量為全社會發(fā)電量，包括廠用電和抽水蓄能用電量。2009 年全國6000 千瓦及以上電廠廠用電率為5.76%，其中火電廠用電率為6.62%，水電廠用電率為0.40%，但是核電和風(fēng)電的廠用電率沒有統(tǒng)計，無法估算各自的凈發(fā)電量。但是廠用電是否扣除對發(fā)電結(jié)構(gòu)影響不大，因此中國發(fā)電結(jié)構(gòu)指全社會發(fā)電量結(jié)構(gòu)，未扣除廠用電和抽水蓄能用電量。
　　中國火電包括煤電和天然氣發(fā)電，但是天然氣發(fā)電量沒有統(tǒng)計。根據(jù)作者粗略統(tǒng)計，2008 年中國燃?xì)怆姀S有74 個，發(fā)電量為497 億KWh，占火電發(fā)電量不足2%，可以忽略，因此可以粗略認(rèn)為中國火電發(fā)電量就是煤電發(fā)電量。
　　
　　參考文獻(xiàn)：
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　　（編輯：何樂）