可再生能源和分布式能源資源組合如何幫助美國避免約1萬億美元新建燃氣電廠成本
作者：Mark Dyson，落基山研究所董事;Alex Engel，落基山研究所咨詢師
美國電力系統是全球最龐大、最復雜、最昂貴的系統之一，但美國電網的核心基礎設施已相當陳舊。其中近500吉瓦裝機，也就是大約半數的現存火電裝機(包括燃煤、燃氣和核電廠)很可能將在2030年退役，因此造成的巨大容量缺口急需新的投資來填補。
要替代這些行將退役的發電設施，競爭性電力市場中電力公司和商業發電運營商的默認選擇將是投資新的燃氣電廠。燃氣發電技術至今已相當成熟，并且與即將退役的老舊發電設備相比具有更高的經濟效益，尤其是在近期天然氣價格持續走低的情況下(雖然仍有波動)。然而，由于退役設施規模過于龐大，要在2030年前用新建燃氣電廠替代全部退役裝機，美國電力系統需要高達約5000億美元的投資。同時，這一投資還意味著4000到5000億美元額外的燃料成本，并造成50億噸二氧化碳排放。
幸運的是，新建燃氣電廠并不是美國電力系統唯一的選擇。落基山研究所在近日發布的最新報告中評估了“清潔能源資源組合”，可再生能源與分布式能源資源(DERs)或能為電網提供與新建燃氣電廠相同的服務。落基山研究所的分析發現，由于近期可再生能源及分布式能源資源技術的創新發展及其成本的迅速下降，與新建燃氣電廠選項對比，清潔能源資源組合能夠帶來大量的成本節約并顯著降低投資風險，同時還不會產生相關的二氧化碳排放和空氣污染。更加引人注目的是，清潔能源資源組合的新建成本仍在快速下降，很可能在未來20年內降低到比高效燃氣電廠運營成本更低的水平。對于已經確定計劃投入1000億美元新建燃氣電廠的電力市場投資者和用戶而言，這無疑預示著極大的投資風險。
不同案例研究均顯示顯著的成本節約
落基山研究所對全美各地四個計劃中的新建燃氣電廠項目提案進行了分析。這些案例包括2座計劃以高利用率運行的聯合循環燃氣輪機(CCGT)電廠，和2座計劃在峰值時段運行的燃氣輪機電廠。這些待建電廠項目位于全美各地的不同區域，其可用資源、資源成本、氣候與天氣決定的用電需求及用戶基礎均不相同。
在這四個案例中，落基山研究所均發現清潔能源資源組合具備與燃氣發電相同的成本競爭力，同時也能滿足電網服務和系統可靠性的所有要求。根據行業標準成本預測，且不計算政府補助的前提下，研究發現其中三個案例中，針對具體區域設計的清潔能源資源優化組合的成本比待建燃氣電廠成本要低8%-60%。僅在一個案例中，清潔能源資源組合的成本略高于待建燃氣電廠。然而，進一步的分析表明，保守的碳價(低于每噸8美元)或可行的社區規模太陽能成本下降幅度都可以輕松逆轉這一結論。類似地，可再生能源和儲能技術成本再經過兩年的成本下降也將足以彌補清潔能源資源組合與燃氣電廠的成本差距。
圖1：四個案例分析中清潔能源資源組合凈成本與計劃中燃氣電廠成本對比
我們在研究中還應用了大量保守性估計，高估了清潔能源資源組合成本并低估了其產生的效益。此研究使用了基于具體資產的計算方式，因此可能忽略了通過系統層面整體規劃可能實現的規模經濟效應所帶來的成本節約。我們也并未將清潔能源資源組合可帶來的多種效益計入分析，包括現存的政府補貼(如稅收減免政策)、碳減排量、燃料價格波動降低以及輸電配電層面效益等。
價值3500億美元的投資機遇
將分析范圍擴大到整個美國市場，落基山研究所發現美國電網可在新建燃氣電廠投資和運營成本上避免至少3700億美元投資，并可以將這些成本節約中的一部分用來投資可再生能源及分布式能源資源。
落基山研究所模擬了在2030年前替代超過半數退役熱電裝機的資源組合情景，該情景能夠為電網提供同樣的能源供給、峰值容量和彈性服務，并對可再生能源和分布式能源資源利用率做了相對保守的估計。這一發展路徑可在2030年前為可再生能源及分布式能源資源市場帶來3500億美元的投資機遇，并在同一時段內避免35億噸二氧化碳排放。
圖2：2018至2030年間清潔能源資源組合在美國的市場機遇
燃氣電廠將面臨盈利風險
除了顯示出重塑美國電力部門投資方向后可能帶來的成本節約機會外，我們的分析還揭示了現有及未來投建將可能在短期內面臨的盈利風險。由于可再生能源和電池儲能技術的成本預計將持續下降，我們預測經清潔能源優化資源組合成本將在未來20年內下降約40%。根據天然氣價格的不同走勢，不斷下降的清潔能源資源組合成本將在2026年(如果天然氣價格因潛在液化天然氣出口市場發展而上漲到2003-2008年間平均水平)或2040年左右(如果天然氣價格一直保持當前的低價水平)達到比高能效燃氣電廠運營成本更低的水平。
也就是說，在未來的10到20年里，新建全新清潔能源資源組合的成本很有可能會比運營當前已建燃氣電廠的運營成本更低，同時提供與燃氣電廠相同的電網服務。這將導致美國燃氣電廠運營小時數的減少和收入的降低。在評估價值數十億美元的新建項目投資中，新建燃氣電廠的投資者們應認真地考慮這一新興趨勢。
圖3：2020-2040年間聯合循環燃氣輪機運營成本與清潔能源資源組合平準化成本對比
迅速行動可抓住機遇并規避風險
目前美國電力系統已公布的將于2020年代中期前投資超過1000億美元的新建燃氣電廠。為避免這些投資給商業電廠投資者(在開放市場中)或電力公司用戶本身(在垂直一體化的州中)在將來造成資產擱淺風險，我們必須迅速行動起來。為了抓住這一機遇，監管部門、市場運營商、電力公司與技術供應商都應該發揮各自的作用。
州監管部門應認真評估新建燃氣發電設施成本回收的替代選擇，充分考慮替代方案的最新價格和功能數據，包括電池儲能技術、電力公司規模及分布式太陽能光伏技術、新一代需求靈活性技術以及有針對性的能效項目等。
市場運營商和州監管部門應尋求最具成本效益的項目來提供投資激勵。在開放的市場中，市場運營商可開發有助于分布式能源資源應用的產品，以及不會將成本效益愈發明顯的技術與熱力發電產品概念相混淆的產品。在垂直一體化市場中，監管部門可調整電力公司商業模式，停止對電力公司自有資產的傾斜，打造電網服務競爭性市場。
電力公司可以變革其資源規劃和采購方式，以準確反映可再生能源資源和分布式能源技術的價值，并將技術應用和部署的“軟成本”降到最低。長久以來，電力公司規劃方式都依靠大規模發電設施投資來滿足不斷增長的用電需求。但如今，用電需求已趨于平緩，且大規模發電設施也不再是最具成本效益的投資選項，因此電力公司應抓住這一機遇，通過自身改革來反映市場新常態。
技術和服務供應商可以提供可滿足電網需求的資源組合，包括單獨技術供應或作為優化組合的部分，并繼續降低那些阻礙集中供應資源組合發揮成本效益的軟成本。服務供應商還可以通過公開透明地分享經驗與最佳實踐來提高用戶對非傳統解決方案(如基于換流器的可靠性服務)的信心。
如果失去了當前投資周期的機遇，美國有可能將在長時間內付出巨額成本和大量碳排放的代價。而通過充分利用清潔能源資源不斷提高的經濟效益，美國電力行業可以避免因新建燃氣電廠及相應燃料成本而鎖定的至少3700億美元投資，并優先利用這些投資發展清潔能源資源，在2030年前避免35億噸二氧化碳排放。