電力成本的全解析

文 | 張浩天

作者供職于能研智庫

電力生產、輸送和消費影響著全球市場經濟體的各個方面。市場價格和生產成本是電力經濟學的重要衡量標準。然而，至少在過去的20年中，人們越來越認識到市場價格和生產成本并不代表電力成本的全部；電力供應對社會和環境的影響也會對個人、經濟體和國家產生影響，但這些影響通過市場價格無法完全體現，但這些影響不但重要，而且不容忽視。

因此對電力成本進行全面核算十分重要，特別是在當前經濟體正在處于能源轉型背景之下。本文對電力成本進行了全面解析，供大家參考。

一、全部成本的分割、衡量和內化

供電成本分為3類。第一類是電廠級成本，包括用于建造電廠的混凝土、鋼材，燃料以及人力成本。

第二類是電力系統層面的成本，通過輸配電網連接產生的成本，即包括電廠在擴建、加固或連接電網方面對系統施加的成本，以及當某些技術（通常是風能和太陽能光伏）的輸出不確定或顯示間歇性時，維持旋轉儲備或額外可調度容量的成本。

第三類甚至更廣泛，包括影響電力部門以外個人和社區福祉的項目。這些成本被稱為外部或社會成本，包括當地和區域空氣污染的影響、氣候變化、主要成本、通常不完全保險的成本、事故、土地使用或資源消耗。社會成本還包括不同電力技術選擇對能源和電力供應安全、就業和區域凝聚力或創新和經濟發展的影響。如果這些影響是負面的，它們會增加一項技術的全部成本；如果是正面的，原則上，它們需要作為一項社會效益予以扣除。

目前，能源供應的全部成本包括3類成本：電廠級成本、電網級系統成本和外部社會和環境成本。

在電網級系統成本和外部成本的情況下，造成這些成本的行動者并不是主要受其影響的行動者。因此，電網級系統成本也有一個“外部”或“社會”組成部分。實質上，這意味著外部參與者、政府、監管機構或系統運營商需要介入，以確保此類外部成本不會過度生產，并正確內化。經濟理論設計了一系列相應的工具，包括標準和技術法規、污染稅、排放交易等新市場、更好的信息和研究，以及全面加強法律體系。克服知識鴻溝也是邁向可持續電力系統的一部分。

對電價上漲的擔憂經常阻礙內部化努力。然而，專家和知情決策者有責任堅持將社會成本內化，因為存在一種合理的信心，即成本內化將改善整個社會的福祉，這意味著餅只會變得更大。這種內部化需要在單個技術層面上進行，以產生相關的替代效應，從而形成一個將電力供應的全部成本降至最低的整體系統。必要時，可以設計適當的補償機制，以克服不受歡迎的分配后果。

基于外部成本計量的全面成本核算不是一個無爭議的話題。市場框架之外的社會成本貨幣化可能被誤解為試圖將人類福祉降低到美元和美分的問題。所涉及的巨大不確定性也容易成為貶低者的目標，這些不確定性可產生隨時間或可比項目之間發生重大變化的結果。其他人指出，社會因素是一種影響，即使是非常全面的努力，也不會受到影響。

大多數批評都是基于對完全成本核算試圖實現的誤解。對于電力供應的全部成本的社會成本部分確定的估計將永遠無法模仿關于市場價格所傳達的個人和社會偏好的更可靠的信息。目標是提供數量級的估計，允許公眾討論和政策制定，以最有意義的方式將最緊迫的問題納入所有政策制定的不可避免的權衡取舍。在這樣做時，全成本會計將不可避免地混合硬市場數據，合理可靠的估計和不太可靠的估計。即使是由善意和有經驗的從業者進行的，也可以最好地考慮后者的估計，作為智能和知情的猜測。

例如，由于空氣污染造成的一定程度的社會成本或重大事故的影響，往往與本報告中的代表性技術有關。是否存在特定污染控制設備或某些物理障礙可能會減少或增加此類影響。在這種情況下，需要將實用的良好判斷應用于決定使用哪種參考技術。主要是出于這個原因，本報告是根據主題領域而不是根據技術進行組織的。目標不是建立排名，而是要關注應該更好地內化到政策過程中的未充分研究的問題。

這是否意味著任何一個數字都不比沒有一個數字好；出于政策制定的目的，盡管存在不確定性和警告，但負責任的研究人員根據具有適當來源，不確定性和警告的最佳可用信息提出的數字肯定會好于沒有數字。全成本核算的目的不是為了從事經濟帝國主義，也不是在市場價格和社會成本之間建立徒勞的對立。其唯一目的是為了在電力部門制定更好的政策。

不同政策領域的能源供應外部性，如電網系統成本、大氣污染或氣候變化等，被逐一考慮。在可計算一般均衡模型、全經濟投入產出模型或宏觀經濟計量模型的幫助下，綜合考慮這些因素的另一種選擇，將降低首先向決策者提出的調查結果的透明度和可讀性。

二、電廠級生產成本

電廠級生產成本是3個類成本中最小的一個。通過電廠級成本與核電、煤電的成本進行比較，同時也利用它評估各種技術的平準化電力成本（LCOE）。

平準化電力成本表示不同基本負載技術的折扣終身成本，平均超過發電量。其目的是為監管電力系統中的電力設施的投資選擇提供信息，但在放松管制的電力系統中其相關性較低，在發電機的使用壽命期間，收入在不同時期內變化。平準化電力成本也無法捕獲某些技術的系統成本。盡管有這些限制，但由于其簡單性和透明性，它通常是第一參考基準。

三、電網級系統成本

雖然系統成本一直存在于非捆綁式電力系統中，但在過去幾年中，隨著許多國家部署大量間歇性可再生能源（VRE），該主題已成為焦點。這種系統效應通常分為以下3大類。

第一，剖面成本與間歇性可再生能源輸出的間歇性有關，它們能夠證明，在有間歇性可再生能源發電的情況下，提供剩余負載通常更為昂貴。因此，即使間歇性可再生能源的電廠級成本與可調度技術的成本相當，整個系統也會變得更加昂貴。

第二，平衡成本與因不可預見的電廠停運而產生的電力生產不確定性或與生產相關的預測誤差有關。與發電相關的不可預見的電廠停運或預測錯誤要求進行更大數量的旋轉備用。間歇性可再生能源發電量的不確定性也可能導致常規發電廠的爬坡和循環增加，發電廠調度效率低下，總體而言，系統成本更高。

第三，由于電廠的位置限制，電網和連接成本反映了對輸配電網基礎設施的影響。雖然所有電廠都有一些選址限制，但對間歇性可再生能源的影響更為顯著。由于地理位置的限制，可能有必要修建新的輸電線路或增加現有基礎設施（電網加固）的容量，以便將電力從生產中心輸送到負荷中心。

此外，高比例的分布式光伏來源可能需要對配電網進行大量投資，尤其是在發電量超過需求時，允許電力從生產商流入電網。連接成本（即將電廠連接到最近的輸電網連接點的成本）也可能很高，尤其是在必須連接遠程資源的情況下，有時海上風電也會如此。

任何對系統影響的量化都是具有挑戰性的，不僅因為所涉及現象的內在復雜性，而且因為系統成本在很大程度上取決于所分析的系統的個別特性、所考慮的時間范圍以及技術評估及其在發電組合中的份額。此外，發電組合的構成以及對未來技術的可用性和成本的假設在系統成本評估中起著關鍵作用。隨著時間的推移，創新和技術進步可以進一步改變系統。因此，對系統成本的任何估算都受到重大不確定性的約束，不能輕易地外推到不同的系統或不同的環境中。

在此給出一個核能和可再生能源的不同可調度和可再生技術的電網級系統成本重建示例：低碳電力系統中的系統效應，盡管從那時起間歇性可再生能源的增長提供了證據，其結果仍然保持良好。這個說明性的數字的目的不是為一個特定的系統提供一個系統成本的估計，而是幫助可視化這些效果，并給它們的價值一個數量級。雖然不確定性相當大，但大多數估計認為，與間歇性可再生能源集成相關的電網級系統成本很大，并且與發電份額（即滲透水平）成比例增加。相比之下，煤炭、天然氣、核電或水電等可調度技術的系統成本至少要低一個數量級。

鑒于系統影響的程度以及對電力市場的影響，各國政府和決策者應盡可能引入旨在內部化的政策。更具體地說，所有技術都必須暴露在市場價格之下，并承擔將電廠連接到輸配電基礎設施的全部成本。

四、其他成本

1.氣候變化影響

在過去二十年中，減少溫室氣體（GHG）排放以防止或減輕人為氣候變化影響的愿望一直是許多國家決策者關注的高度優先事項。然而，這一優先事項并未轉化為量化和貨幣化石燃料燃燒影響的能力。在這方面有3個主要問題：不確定性的不同維度；扣除未來影響；不同利益相關者之間的公平問題。

因此，由于上述因素，多邊進程選擇了不同的方法。不是估算邊際社會成本，而是將社會最優的排放量作為目標。這些量化目標可以根據年度溫室氣體排放量，它們在地球大氣層中產生的濃度或后者引起的全球溫度升高來制定。最后，正是這一指標最好地綜合了決策者和公眾對不同氣候變化影響的范圍和概率—與工業革命前的全球平均溫度相比，全球平均溫度的增加。國際論壇已達成共識，即應避免溫度升高超過2°C。

對大量不同氣候和能源模型中建立的2ds對應的邊際成本進行綜合分析，得出了2025年和2050年450和500ppm濃度目標的邊際減排成本（MAC）值。這些數值意味著到2025年每噸二氧化碳的成本至少為100美元，到2050年每噸二氧化碳的成本至少為200美元。

2.空氣污染

空氣污染是發電最大的非內在化成本。據世界衛生組織（WHO）稱，它是世界上最大的單一環境健康風險。2014年和2016年的世衛組織研究發現，2012年有700多萬人死于空氣污染。大約300萬人死于戶外空氣污染，電力是其中的重要因素，430萬人死于家庭空氣污染。即使發展中國家的空氣污染主要是一個問題，經合組織國家也會受到影響。最近的一項研究估計，由于空氣污染，經合組織國家的社會福利損失遠遠超過1萬億美元，相當于國內生產總值（GDP）的3%左右。

最細的研究表明空氣污染源是不同大小的顆粒物（PM）、地面臭氧（O?）、硫氧化物（SOx）、氮氧化物（NOx）和鉛。這些排放在化石燃料——煤、石油、天然氣或生物質的燃燒過程中產生，并且主要影響呼吸系統，導致健康不良（發病）或過早死亡。在這兩種情況下，仍有很大的不確定性。雖然關于不確定性，人口密度和風散布模型仍有許多問題需要說明，但現有工作已得出一些初步結論。一般而言，支持化石燃料的等級順序，其中煤燃料循環比石油燃料循環更具破壞性，后者比天然氣燃料循環更具破壞性。考慮到氣候變化的影響，這種差異將被放大。一般來說，核燃料循環的外部成本較低，盡管事故發生的概率較低，但在估計中增加了非常高的后果因素。光伏和風能在使用階段基本上是無排放的能源，但在整個生命周期中會產生影響。

由于化石燃料燃燒是溫室氣體以及地方和區域空氣污染的主要來源，因此這兩個領域存在明顯的協同作用。雖然減少空氣污染的政策可以（但不一定）減少溫室氣體排放，但減少溫室氣體排放總能降低空氣污染。

3.重大事故的成本

過去三十年中，由自然災害和人為事故造成的損失（不一定是死亡人數）不斷增加。許多因素促成了這一趨勢，并增加了社會對事故和災難危險的脆弱性：人口和全球經濟的增長、工業化、城市化以及沿海和其他風險易發地區的發展，以及更多的復雜且相互關聯的基礎設施。更好的報告也可能導致這種脆弱性。自然災害造成的死亡人數和經濟后果是最大的。如果只考慮人為事故，能源部門是第二大貢獻者，交通造成的死亡約占60%。

然而，對于所有能源技術而言，與嚴重事故相關的外部成本比污染和碳排放正常運行時產生的成本低幾個數量級。但是，不應忽視所有能源鏈中嚴重事故的風險，因為它們有可能對人類健康、環境和整個社會造成大規模和長期的影響。嚴重事故也往往有廣泛的媒體報道，并吸引人們和不同利益相關者的關注。許多研究指出，如此廣泛的媒體報道可能會導致高估概率和嚴重事故的感知風險。因此，人們認為廣泛報告的災害導致死亡的可能性高于事件，事件在媒體中報道的較少，但死亡率較高。風險規避也起著重要作用。總體而言，應開展更多的科學和經濟研究以及披露關于嚴重事故影響的更多事實信息，并提請公眾和決策者注意。

4.土地利用變化和自然資源枯竭

不同形式的發電可能對其使用的土地、其消耗的資源的可用性以及其影響的生態系統產生巨大而持久的影響。雖然這種影響可能是巨大的，但土地利用變化的確切性質在很大程度上取決于地點和技術。研究對土地利用變化的影響也對全面成本核算提出了一個基本的方法挑戰：因為大多數土地實際上是私人交易的，而公共土地在經合組織國家則受到嚴格的監管。

土地利用變化最顯著的外部成本是對自然區域生態系統的影響。考慮到整個燃料循環，包括燃料提取、發電和廢物處理，大多數電源都有重要的土地需求。目前，對土地利用要求最高的燃料是生物質。

土地利用屬于較大的自然資源利用范疇，包括水污染和自然資源枯竭。雖然發電對水質的影響有限，但開采以外，不可再生能源資源的消耗經常被提到，這是一個值得政策關注的問題。盡管存在這些顧慮，但化石燃料和鈾等不可再生資源的消耗不應成為決策中需要考慮的主要問題。石油、煤炭、天然氣和鈾作為私人價值高、附加社會價值小的商品，在大型、流動性強的國際市場上交易，在這些市場上，有關長期稀缺性的信息廣為人知，一旦成為真正令人擔憂的原因，將立即被定價。從政策制定的角度來看，對資源消耗問題的最佳反應是確保現有市場盡可能保持開放和競爭，并廣泛共享有關資源可用性的信息。

5.能源和電力供應安全

能源，特別是電力的持續可用性和可負擔性是現代社會不可或缺的條件。許多國家的政府都在關注影響能源和電力供應安全的因素，并正在尋求制定政策框架和戰略以加強這些因素。

關于能源供應安全的討論長期以來缺乏有意義的量化。根據經濟合作與發展組織核能署制定了40多年來經合組織國家供應安全的指標—簡化的供需指數或SSDI—顯示，在該研究的40年時間內，絕大多數經合組織國家的能源供應安全性得到顯著改善。

研究中的大多數經濟體（澳大利亞、加拿大、芬蘭、法國、日本、荷蘭、瑞典、英國和美國）在1970～2007年，SSDI的價值顯著增加。這是由于引進核能發電、降低能源強度和增加煤炭、石油和天然氣等進口燃料的多樣化而導致的。

總的來說，所有低碳技術，如核能、水電、風能和太陽能，在外部能源供應安全方面都具有許多吸引人的特點。然而，在對內部或技術供應安全的貢獻方面，特別是在電力系統方面，它們存在差異。因此，各國政府應建立框架，允許所有低碳技術為能源供應的安全作出貢獻，并努力使系統成本充分內化，以進一步區分可調度和不可調度的低碳能源。

6.電力行業產生就業

由于競爭性勞動力市場中不同技術所需的就業是競爭性、企業成本最小化的結果，人們可能會問，為什么就業應被視為正外部性。除了構成經濟成本外，這是因為高就業率有助于社會凝聚力和社會總體福祉。從這個角度來看，不僅要考慮不同技術所需的勞動力數量，還要考慮不同技術所需的勞動力質量。在其他條件相同的情況下，勞動力資格越高，雇傭合同期限越長，地方、區域和國家經濟層面的社會凝聚力的正外部性越大。

如果包括運營和制造業，則有跡象表明，核能比其他形式的發電更加勞動密集。與可再生發電廠相比，它還具有更高的教育要求，這可能與社會凝聚力和區域發展方面的溢出積極相關。根據現有證據，NPP建設和運營部門的教育要求似乎高于陸上風能電，光伏和CSP。

7.能源創新對經濟績效和增長的影響

能源部門的技術變革有助于宏觀經濟：增加值、收入和就業；依賴廉價和可靠的能源供應的經濟，企業和家庭的運作；創新浪潮和供需雙方產生的溢出效應，構成了政府資助能源基礎研發的主要原因。研發資金的趨勢發生了顯著變化。自2000年以來，可再生能源研發的公共預算增加了5倍，能源效率增加了2倍。對于核能而言，從1980年開始，主要用于裂變，每年約80億美元急劇下降至目前的不到30億，融合現在占據了更大的份額。

如果與其他工具結合使用，研發資金往往最為成功。例如，在氣候變化政策中，污染定價應輔之以對清潔創新的具體支持（例如通過額外的研發補貼）。有前途的新清潔技術在政策支持方面應該得到最大程度的關注，即使這意味著減少旨在改善現有臟技術的研發支持。因此，政策應該支持廣泛的低碳技術，因為沒有一個單一的銀彈存在。通過使用具有長期前景的投資組合方法，創新政策也需要保持一致。

8.全面成本核算對電力部門的政策影響

電力的生產和消費不僅是一個重大的經濟問題，而且還是對人類健康、長壽和自然環境產生不利影響的重要因素。在這種洞察力的推動下，對外部效應、外部性或社會成本的應用經濟研究經常以電力部門為出發點。雖然對社會成本的估計不可避免地顯示出很大的不確定性，但研究集中在識別關鍵問題領域。然而，決策者從未正確執行這些研究得出的政策結論。看來，從幾個無偏見的研究中得出的結論，至少從定性上來說，意味著在空氣污染和氣候變化方面的行動要比世界各國愿意考慮的要有力得多。

9.空氣污染、氣候變化和系統成本構成最大的非生物成本

發電正常運行的外部成本超過了發電生命周期的其他階段（上游或下游）的成本，以及至少一個數量級的重大事故成本。開采和運輸發電的主要燃料（如煤、石油、天然氣或鈾）確實有社會成本，但后者在當地受到很好的限制，與空氣污染的成本相比顯得蒼白無力。就生命周期的最后階段而言，退役和廢物儲存確實構成了核電的重大成本。然而，這些是經濟成本，對于這些成本，規定通過電力生產商組成的基金內部化，并在客戶價格和電價中進行傳遞。

能源結構的重大事故，無論是石油泄漏、天然氣管道爆炸、大壩潰決、采礦災難或核事故，盡管這些事故對相關人員來說可能是可怕的，但幸運的是，在所有發電技術的生命周期內，這些事故很少發生，因此在全額成本核算中并不占很大比例。當然，政策制定的問題是，此類事故受到了媒體和公眾的極大關注。煤礦開采和水力發電（這兩種技術不會引起廣泛的公眾關注）記錄的死亡人數最多。尤其是石油泄漏和核事故，與他們所造成的損害和人員傷亡相比，受到了媒體和政策的大量關注。

任何形式的事故或外部因素引起的個人遭受的痛苦，無論是否引起公眾注意，都不能簡化為統計數據。政策制定者面臨著平衡兩個方面的困難任務，即當前合法的公眾關注以及能源系統長期結構的必要性，這是構建360°視角下最小化事故和困難的最佳選擇。空氣污染和與氣候變化相關的溫室氣體排放的巨大影響，甚至是某些可再生技術變化的數十億系統成本，都無法對公眾的看法產生影響。空氣污染構成了最大的內部污染發電成本。它也是一個深入研究的領域，具有穩定的研究方案、一致的方法和收斂的結果。在世界范圍內，每年有300萬人死于環境空氣污染，其中發電占很大比例。

氣候變化的全部成本伴隨著很高的不確定性，但分析師常常將其描述為數萬億美元或歐元。氣候變化行動在這方面具有獨特的作用。公眾意識，媒體關注和政治關注都很激烈，但到目前為止還未能轉化為有效的溫室氣體減排。由系統成本構成的低報全額成本也必然會進一步增加。然而，在電力市場專家圈子之外，這個問題實際上是未知的。

供應安全、就業影響和技術創新的影響是技術問題。然而，與系統成本相反，它們確實擁有自己的（如果相當有限的）選區，這些選區確保至少在部分（如果不完善的）內部化過程中考慮它們。

從以上分析，我們認為決策者必須將最重要的全部成本內部化。

公眾的注意力并沒有廣泛地集中在空氣污染等問題上，在這些問題上，多年來穩定的壓力積累起來，與遺傳因素和其他因素相結合，導致呼吸系統疾病和心力衰竭。這一過程的復雜性和持續時間使得覆蓋、報告、傳播和吸收相關信息變得更加困難。

在這種情況下，公眾、媒體和政策制定者容易受到注意力的偏見。每10年發生一次50人死亡的事故將導致媒體和政策的關注度超過1000例過早死亡，加上大量人口的發病率增加，因為在同一時間段內污染程度不變。雖然無法計算和比較個人的痛苦，但為了改善總體福利而進行的冷靜思考表明，由于空氣污染造成的大量傷亡人數至少需要與罕見事故一樣多的關注。但是，輿論、社會力量政治壓力確保政策關注和資源不成比例地支持后者。