深度解讀美國(guó)清潔電力計(jì)劃的背景和影響

導(dǎo)讀  　　8月3日，奧巴馬宣布了其任期中最重要也是最受爭(zhēng)議的環(huán)境能源政策——美國(guó)清潔電力計(jì)劃（下稱CPP， Clean Power Plan）。CPP旨在減少發(fā)電廠的碳排放，以應(yīng)對(duì)氣候變化方面。環(huán)保署公布CPP Overview稱：“該計(jì)劃有穩(wěn)健切實(shí)的標(biāo)準(zhǔn)，和按照各州情況因地制宜的減排目標(biāo)。” 　　這一計(jì)劃毫無(wú)疑問(wèn)將影響美國(guó)電力市場(chǎng)的發(fā)電格局、發(fā)電成本和電價(jià)、以及電力系統(tǒng)的大氣污染物和溫室氣體排放。本文將解讀這一政策的制定背景并解讀目前為止該計(jì)劃對(duì)經(jīng)濟(jì)環(huán)境造成的后果。文末無(wú)所不能（caixinenergy）也獨(dú)家為大家?guī)?lái)了美國(guó)環(huán)保署長(zhǎng)達(dá)9頁(yè)的CPP Overview文件中的五個(gè)最核心部分的要點(diǎn)。 　　背景一：煤電仍然是美國(guó)發(fā)電主力 　　雖然頁(yè)巖氣革命大大降低了天然氣發(fā)電的成本，但是迄今為止，煤炭仍然是美國(guó)最主要的發(fā)電來(lái)源。如圖一所示，除了12年春天和15年初兩個(gè)月外，近五年來(lái)，煤電所占的市場(chǎng)份額仍然比天然氣高。 圖一：美國(guó)煤電和天然氣電市場(chǎng)份額歷史變化 （圖源：美國(guó)能源信息署） 　　煤電對(duì)天然氣的優(yōu)勢(shì)不僅體現(xiàn)在成本較低上，也體現(xiàn)在其發(fā)電成本的金融風(fēng)險(xiǎn)較天然氣發(fā)電低。實(shí)際上，天然氣價(jià)格上漲很容易傳導(dǎo)到發(fā)電市場(chǎng)。相反的，天然氣價(jià)格的下跌并不能完全的傳導(dǎo)到發(fā)電市場(chǎng)，轉(zhuǎn)化為天然氣發(fā)電成本的下降。這是因?yàn)樘烊粴廨敋夤艿赖男藿ǔ３?huì)受到環(huán)境保護(hù)組織和當(dāng)?shù)鼐用竦膹?qiáng)烈狙擊。因此在2014年冬天，PJM市場(chǎng)等地在天然氣價(jià)格歷史新低的同時(shí)，卻出現(xiàn)了歷史最高售電價(jià)。這就是因?yàn)樘烊粴廨旊娔芰Σ蛔阍斐伞? 　　由于成本和風(fēng)險(xiǎn)兩個(gè)方面的比較優(yōu)勢(shì)，如果沒(méi)有新的政策出臺(tái)，煤電仍然會(huì)繼續(xù)在電力市場(chǎng)中擁有很大份額。這對(duì)美國(guó)2030年減排目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)是很大威脅。 　　背景二：煤電將是新能源的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手并威脅新能源的發(fā)展 　　在大型風(fēng)電太陽(yáng)能發(fā)電企業(yè)面臨補(bǔ)貼斷崖式終止和穩(wěn)定供給責(zé)任兩大政策夾擊的背景下，市場(chǎng)中煤電是新能源最大的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。由于大多數(shù)美國(guó)電力市場(chǎng)開(kāi)始要求新能源企業(yè)在日前市場(chǎng)做出發(fā)電承諾，如果發(fā)電量達(dá)不到發(fā)電承諾，新能源企業(yè)就必須在時(shí)前市場(chǎng)購(gòu)買(mǎi)足夠電量彌補(bǔ)發(fā)電不足。這就導(dǎo)致風(fēng)電和太陽(yáng)能發(fā)電的運(yùn)營(yíng)成本不再為零，而是一個(gè)由風(fēng)電預(yù)測(cè)誤差分布和傳統(tǒng)機(jī)組發(fā)電成本決定的風(fēng)險(xiǎn)成本。在剛剛獲得美國(guó)能源經(jīng)濟(jì)學(xué)會(huì)2015年學(xué)生論文獎(jiǎng)的研究中，筆者核算了德克薩斯州風(fēng)電的運(yùn)營(yíng)成本分布（如下方左圖所示）。筆者在這篇研究中指出，風(fēng)電發(fā)電企業(yè)的運(yùn)營(yíng)成本大量集中在10-25美元每兆瓦的水平。而同在這一水平上的發(fā)電機(jī)組主要是煤電機(jī)組。 （圖源：Yu.Y, 2015） 　　因此，在補(bǔ)貼取消后，面對(duì)自身成本的風(fēng)電太陽(yáng)能企業(yè)，其成本決定的最主要的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手是煤電。在補(bǔ)貼終止后，如果沒(méi)有新的管制政策加持，風(fēng)電太陽(yáng)能企業(yè)必將面對(duì)煤電企業(yè)的強(qiáng)有力競(jìng)爭(zhēng)，這對(duì)美國(guó)新能源發(fā)電目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)。 　　上述兩大背景，可以說(shuō)是對(duì)為何在天然氣價(jià)格、風(fēng)電太陽(yáng)能成本雙雙下跌的時(shí)候，美國(guó)還需要為控制溫室氣體排放出臺(tái)清潔電力計(jì)劃的原因。 　　小科普：時(shí)前市場(chǎng)和日前市場(chǎng)為電力現(xiàn)貨交易市場(chǎng)專業(yè)名詞，具體解讀見(jiàn)文末。 　　后果一：煤炭行業(yè)的寒冬和電價(jià)的上漲 　　受到該計(jì)劃沖擊最直接的是煤炭行業(yè)。美國(guó)能源信息署公布的研究報(bào)告指出，清潔電力計(jì)劃會(huì)造成煤炭產(chǎn)量最高40%的下降（如圖三所示）。產(chǎn)量削減的同時(shí)，煤價(jià)也會(huì)下跌8%-10%左右。因此可以說(shuō)，該政策對(duì)美國(guó)煤炭行業(yè)來(lái)說(shuō)，是極其嚴(yán)厲而后果嚴(yán)重的。如果該計(jì)劃真的實(shí)施，美國(guó)煤炭行業(yè)的倒閉潮和長(zhǎng)期冬天可以預(yù)見(jiàn)。 圖三：美國(guó)煤炭產(chǎn)量情景預(yù)測(cè) 　?。ˋEO：無(wú)清潔能源計(jì)劃；CPP：清潔能源計(jì)劃；CPPEXT：清潔能源計(jì)劃+排放限制；CPPNUC：清潔能源計(jì)劃和核電擴(kuò)張。圖源：美國(guó)能源信息署） 　　于此同時(shí)，預(yù)計(jì)美國(guó)電價(jià)會(huì)因清潔電力計(jì)劃二上漲。特別是在計(jì)劃最初的十年，全美平均電價(jià)預(yù)計(jì)會(huì)上漲10%左右。這樣的漲幅對(duì)居民生活的直接影響不大，但是對(duì)美國(guó)經(jīng)濟(jì)會(huì)產(chǎn)生較顯著影響。需要指出的是，許多高煤電比例州，如俄亥俄州，電價(jià)上漲將超過(guò)此幅度。而煤電比例較高的州，也是目前美國(guó)制造業(yè)較為集中的地區(qū)。可以說(shuō)，如果該計(jì)劃實(shí)施，對(duì)美國(guó)制造業(yè)回歸而言，很可能帶來(lái)負(fù)面的影響。 圖四：美國(guó)平均電價(jià)情景預(yù)測(cè) 　　（AEO：無(wú)清潔能源計(jì)劃；CPP：清潔能源計(jì)劃；CPPEXT：清潔能源計(jì)劃+排放限制；CPPNUC：清潔能源計(jì)劃和核電擴(kuò)張。圖源：美國(guó)能源信息署） 　　Bushnell等四位能源和環(huán)境經(jīng)濟(jì)學(xué)家在2014年年底曾經(jīng)對(duì)2014年版本的清潔電力計(jì)劃出評(píng)估。從這個(gè)評(píng)估中，我們能夠大致看到。和碳交易政策（Cap）相比，清潔電力計(jì)劃（Rate standard）讓西部低價(jià)天然氣的成本更低。因此，除了有利于清潔能源，清潔電力計(jì)劃更加有利于天然氣機(jī)組。 圖五：美國(guó)西部發(fā)電成本受清潔電力計(jì)劃影響 （圖源：Busnell et.al 2014） 　　后果二：區(qū)域排放政策敏感 　　清潔電力計(jì)劃的總體環(huán)境后果已經(jīng)有很多報(bào)道。但是要特別指出的是。清潔電力計(jì)劃的減排和不同州采用什么樣的政策有很大關(guān)系。Bushnell等在他們的研究中分析了當(dāng)不同地區(qū)選擇不同政策時(shí)的減排效果。 圖六展現(xiàn)了當(dāng)內(nèi)陸和沿海州分別采用清潔電力計(jì)劃（Rate）或碳交易（Cap）政策市，碳排放削減量。途中可以看到，各州的排放削減水平不僅被本州選擇什么樣的政策所決定，也對(duì)其他州選擇什么樣的政策非常敏感。 圖六：不同政策情景下的各州減排 （百萬(wàn)噸，圖源：Busnell et.al 2014） 　　小科普：電力市場(chǎng)交易類(lèi)型（感謝能豆粉徐帆提供） 　　電力市場(chǎng)的交易類(lèi)型可根據(jù)交易周期、交易標(biāo)的及交易性質(zhì)進(jìn)行劃分： 　　1、按交易目的和交易標(biāo)的的不同可分為電能交易（電力和電量）、輔助服務(wù)（調(diào)頻、備用、無(wú)功、黑啟動(dòng)等）交易、發(fā)電權(quán)交易等。 　　2、按交易標(biāo)的的性質(zhì)不同可分為電力實(shí)物交易和電力金融交易兩大類(lèi)。 　　3、交易標(biāo)的為電力/電量，一般按周期設(shè)置中長(zhǎng)期市場(chǎng)和現(xiàn)貨市場(chǎng)。中長(zhǎng)期市場(chǎng)包括年度合約市場(chǎng)、月度合約市場(chǎng)，一般以雙邊交易為主。現(xiàn)貨市場(chǎng)包括日前市場(chǎng)、實(shí)時(shí)市場(chǎng)（又叫平衡市場(chǎng)），一般以交易中心競(jìng)價(jià)交易為主。各市場(chǎng)關(guān)系如下圖： 　　美國(guó)清潔電力計(jì)劃五大核心要點(diǎn) 　　CPP是什么 　　清潔能源計(jì)劃將會(huì)減少來(lái)自發(fā)電廠的碳排放。同時(shí)，該計(jì)劃將保障能源供給的可靠性和價(jià)格可接受性； 　　這是美國(guó)第一次出臺(tái)全國(guó)性減排措施； 　　化石能源仍會(huì)是美國(guó)能源未來(lái)重要的一部分，CPP只是想使化石能源發(fā)電變得更加清潔(clean)，更加高效(efficient)，于此同時(shí)擴(kuò)大清潔能源的使用。 　　為什么要有CPP 　　2014年是有史以來(lái)美國(guó)最熱的一年。 　　有記錄以來(lái)最熱的15個(gè)年份，有14個(gè)年份出現(xiàn)在本世紀(jì)前15年。 　　世界頂尖科學(xué)家們通過(guò)長(zhǎng)期大量的數(shù)據(jù)分析，告訴我們：人類(lèi)活動(dòng)正導(dǎo)致氣候變暖。 　　火電廠是美國(guó)目前最大的單一碳排放來(lái)源，占全美二氧化碳排放量的31%。 　　CPP的好處 　　到2030年CPP完成，美國(guó)能源業(yè)的碳排放將減少32%（2005年基準(zhǔn)）； 　　二氧化硫排放減少90%（2005基準(zhǔn)）； 　　氮氧化物排放減少72%（2005基準(zhǔn)）； 　　帶來(lái)260至450億美元的純經(jīng)濟(jì)利益； 　　顯著改善公眾健康。 　　CPP實(shí)施安排 　　CPP將會(huì)遵從當(dāng)年Clean Air Act的操作辦法：建立環(huán)保署與各州的合作關(guān)系，由EPA設(shè)定各州的總體減排目標(biāo)，由各州靈活選擇方法來(lái)實(shí)現(xiàn)各自目標(biāo)。 　　環(huán)保署將設(shè)定中期（interim）和最終(final)二氧化碳排放表現(xiàn)率(emission performance rate)。該表現(xiàn)率分為化石能源燃燒發(fā)電（指燃燒煤和石油）和天然氣燃燒發(fā)電兩類(lèi)。 　　中期目標(biāo)須在2022年至2029年間實(shí)現(xiàn)；最終目標(biāo)須在2030年內(nèi)實(shí)現(xiàn)； 　　將建立碳排放交易機(jī)制； 　　CPP實(shí)施辦法 　　提高當(dāng)前燃煤火電廠的熱效率，減少每單位發(fā)電量的碳排放； 　　提高現(xiàn)有天然氣發(fā)電設(shè)施的清潔能源發(fā)電比重，以替代高溫室氣體排放的火電廠發(fā)電； 　　提高以風(fēng)電和光伏為代表的零排放清潔能源發(fā)電比重，以替代高溫室氣體排放的火電廠發(fā)電。 　　言論：媒體觀點(diǎn) 　　紐約時(shí)報(bào) ： 　　肯塔基州共和黨參議員、多數(shù)黨領(lǐng)袖米奇·麥康奈爾(Mitch McConnell)在奧巴馬講話之前就已經(jīng)表示，他會(huì)竭盡所能地反對(duì)這些法規(guī)，他稱總統(tǒng)制定這些法規(guī)，是因?yàn)樗呀?jīng)對(duì)“必須與人民選出來(lái)的國(guó)會(huì)合作感到厭煩”。 　　華爾街日?qǐng)?bào)： 　　IHS Global Energy分析師霍奇(Bob Hodge)表示，西部低成本企業(yè)的情況會(huì)好一些，但只要是煤炭企業(yè)，就沒(méi)有誰(shuí)是贏家。他說(shuō)，這不是能一笑置之的問(wèn)題；就行業(yè)而言，不過(guò)是看誰(shuí)輸?shù)米钌倭T了。 　　彭博： 　　美國(guó)國(guó)家礦業(yè)協(xié)會(huì)主席哈爾·奎恩（HAL Quinn）表示：“EPA的最終能源清潔計(jì)劃不過(guò)是一種政治上的權(quán)宜之計(jì)，并不是為這個(gè)國(guó)家提供低耗能源的現(xiàn)實(shí)之舉。”他還宣稱，協(xié)會(huì)將制止這個(gè)計(jì)劃實(shí)施。 　　美國(guó)有線電視新聞網(wǎng)： 　　能源行業(yè)花費(fèi)百萬(wàn)美元試圖揭露環(huán)境變化的原因，但是民意顯示多數(shù)美國(guó)人認(rèn)為地球正在變暖。（作者：于洋 斯坦福大學(xué)環(huán)境與土木工程系博士。）