中美电力行业应对气候比较

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1、研究院Research电力行业在中美两国都是二氧化碳排放最多的行业，也是应对气候变化最受关注的行业。由于经济发展阶段和资源禀赋不同， 中美电力行业在电力需求结构、电力负荷特性、电力需求增长速度、发电结构、调度方式、调峰方式和辅助服务方式等诸多方面存在不同，这导致中美电力行业在应对气候变化方面的政策侧重点也存在差异。比较这些异同，有利于中国找到更有效的碳减排策略。中美电力行业 应对气候变化策略比较文 | 胡军峰 弗里德瑞凯尔 (Fredrich Kahrl) 丁建华 研究院78 能源评论 ENERGY REVIEW 2010 12研究院Research2010 12 ENERGY REVIEW

2、能源评论 79源信息署， 以下不再特别说明） ， 其中居民电力需求为13629亿千瓦时， 占38.12%， 工业电力需求为8819亿千瓦时 （美国工业用电量中包括农业用电量） ， 占24.67%， 商业电力需求为13307亿千瓦时（美国商业电力需求为美国商业和交通用电量合计） ， 占37.22%。中国2009年净电力需求为31515亿千瓦时 （中国用电量统计口径为全社会用电量， 为与美国相比较， 本文将厂用电、 输电线损和抽水蓄能用电量扣除； 数据来源于中国电力企业联合会， 以下不再特别说明） ， 其中居民电力需求为4575亿千瓦时， 占14.52%， 工业电力需求为22056亿千瓦时 （中国

3、工业电力需求为工业和建筑业用电量合计， 扣除厂用电、 输电线损和抽水蓄能用电量， 不包括农业用电量） ， 占69.99%， 商业电力需求为3944亿千瓦时，占12.51%（如图1所示） 。中美电力行业在碳减排中的分量气候变化是全世界面临的严峻挑战， 其中人类活动所导致的二氧化碳排放加剧是最主要的原因。 全球二氧化碳排放在2006年已经达到291.95亿吨， 而且还在继续增加。 为了应对气候变化， 全球二氧化碳排放量在2050年需要下降到100亿吨的水平， 任务非常艰巨。中国和美国是世界上二氧化碳排放最多的国家， 合起来占全球二氧化碳排放比重40%多， 未来还有可能进一步加大。 显而易见， 两国

4、对实现全球二氧化碳排放目标起着至关重要的作用。另外， 无论在中国还是美国， 电力行业都是二氧化碳排放最多的行业， 两国二氧化碳排放总量所占比重均超过40%。 电力行业对于中国和美国应对气候变化又起着至关重要的作用。因此， 中美要想成功实现碳减排， 必须对电力行业加以重视。 只有电力行业的碳减排成功， 各自国家的碳减排目标才有可能实现。更重要的是， 电力行业相对其他行业而言比较集中， 政策实施的效果相对明显， 如果措施得当，可以在应对气候变化方面起到立竿见影的作用。中美电力行业差异性对比电力行业作为关键的能源供给基础行业， 在中国和美国都占据着极为重要的地位。 但是由于经济发展阶段和资源禀赋不同

5、， 中美电力行业还是有着很大的区别。电力需求结构不同美国2009年净电力需求为35755亿千瓦时 （美国用电量统计口径为净用电量， 即不包括厂用电、输电线损和抽水蓄能用电量； 数据来源于美国能由于中美所处经济发展阶段不同， 电力需求的结构存在巨大差别。 美国主要是居民和商业用电占据较大的比重， 而中国则是工业用电占据较商业 37.22%工业 69.99%商业 12.51%其他 2.98%居民 14.52%居民 38.12%工业 24.67%图1 中美电力需求结构对比美国中国栏目主编： 牛秋梧 研究院Research大的比重。 由于工业用电相对比较集中， 电力需求也比较平稳， 因此满足需求相对容

6、易， 电网结构也相对比较简单； 而居民和商业用电则比较分散，电力需求波动性和随机性也较大，满足相对困难， 电网结构也需要更为复杂。 随着经济发展， 中国的居民和商业电力需求所占比重会逐渐增加，电力行业需要解决的问题将会越来越复杂。电力负荷特性不同比较来看， 美国的负荷波动比中国剧烈得多。2008年最高用电负荷美国是中国的1.34倍， 用电会用电量计算。 而且按照净用电量计算出的电力需求增长率与此处数据差别应该不大） 。 假设未来中美电力需求增长速度保持不变， 则到2020年美国净用电量将达到40330亿千瓦时， 中国净用电量将达到102260亿千瓦时， 中国电力需求将是美国的2.5倍（如图3所

7、示） 。由于中国正处于经济高速增长的时期， 电力需求增长也相对很快。 为了满足高速增长的电力需求， 中国需要新建大量的发电机组， 其中既包括化石能源发电， 也包括非化石能源发电， 这些发电机组如何布局和协调， 是中国面临的一个很重要的问量却只是中国的1.13倍。 为了满足剧烈波动的负荷需求， 美国需要有足够的调峰发电能力， 中国负荷波动则相对较小， 调峰需求不如美国强烈。电力需求增长不同美国19962009年的平均电力需求增长率为1.10%， 中国19962009年的平均电力需求增长率为10.02% （中国1996年电力需求没有统计抽水蓄能用电量， 因此中国电力需求增长率按照全社题。 美国的电

8、力需求增长则较慢， 不需要过多考虑新增发电机组的问题。发电结构不同美国2009年净发电量为39531亿千瓦时（ 美国发电量统计为净发电量，即不包括厂用电和抽水蓄能用电量） ，其中煤电为17645亿千瓦时， 占44.64%， 天然气发电为9204亿千瓦时， 占23.28%， 水电为2721亿千瓦时， 占6.88%， 核电为725965411156.22%66.49%最高负荷（万千瓦）负荷率（）80000美国中国700006000050000400003000020000100000图2 中美电力负荷特性对比图3 中美电力需求增长对比单位： 亿千瓦时200920201200001000008000

9、06000040000200000美国中国80 能源评论 ENERGY REVIEW 2010 12研究院Research2010 12 ENERGY REVIEW 能源评论 817987亿千瓦时， 占20.20%， 可再生能源发电量为1411亿千瓦时 （美国可再生能源发电包括小水电、风电、 太阳能发电、 地热发电、 潮汐发电、 生物质能发电等） ， 占3.57%。 中国2009年发电量为36812亿千瓦时， 其中火电为30117亿千瓦时， 占81.81%，水电为5177亿千瓦时， 占14.06%， 核电为701亿千瓦时， 占1.90%， 风电为276亿千瓦时， 占0.75%（如图4所示） 。

10、中美两国发电机组都是以火电为主， 分别占比是80%和70%， 但是， 美国火电中还有将近三分之一的天然气发电， 中国主要都是煤电。 由于天然气发机组并网发电。 中国则更多采用行政命令的方式，发电机组在建设审批时会预先设定一个发电利用小时数， 上网发电时按照预先设定的发电利用小时的安排。 由于行政干预往往采用平均分配的方式， 中国的调度方式体现为平均调度的特点。 平均调度不考虑各个发电机组的成本， 为满足同样的电力需求， 相比其他调度方式所需成本往往较高， 碳减排效果也较差。 为了祛除这种调度方式的弊病，中国于2007年开始在5个省份试点节能发电调度，即优先调度非化石能源发电， 然后调度天然气发

11、电和煤电， 煤电的调度顺序按照发电煤耗的顺序安排发电。调峰方式不同由于调度方式不同， 中美在满足高峰负荷的方式上也不一样。 中美两国煤电机组的年利用小时数差别很大， 中国煤电机组年利用小时为4865小时， 是美国利用程度的87.05%。 美国主要通过天然气机组调峰， 其他机组比如煤电、 水电、 核电等则主要满足基础负荷需求， 而在中国则主要通过煤电机组调峰， 相应利用小时数相对较少。辅助服务方式不同由于电力负荷预测和实际情况总会存在一定差别， 同时风电等可再生能源发电具有随机性， 电力行业需要提供辅助服务不可避免。 辅助服务根据要求不同可以大体分为三类， 即自动调节辅助服务、 旋转备用辅助服务

12、和启动备用辅助服务。 中美在辅助服务的技术上差别不大， 但是在辅助服务电较为清洁， 二氧化碳排放较少， 在同等火电发电量的情况下， 中国二氧化碳排放比美国要多。 另外，美国核电发电量占了20%， 中国则只有大约2%， 虽然水力发电美国比中国少一些， 但可再生能源发电美国总体上大大领先。调度政策不同美国采用边际成本调度的方式， 即按照发电机组的边际成本排序， 优先调度边际成本低的发电图4 中美发电结构对比美国中国其它 1.43%可再生发电 3.57%核电 20.20%水电 6.88%天然气发电 23.28%煤电 44.64%其它1.48%风电 0.75% 核电 1.90% 水电 14.06%火电

13、 81.81%随着经济发展，中国的居民和商业电 力需求所占比重会逐渐增加，电力行 业需要解决的问题将会越来越复杂。82 能源评论 ENERGY REVIEW 2010 12研究院Research的利用补偿机制方面却存在巨大的差别。美国辅助服务利益补偿主要经由市场机制提供， 通过辅助服务电力市场确定辅助服务补偿标准， 中国则主要通过行政法规的方式， 经由电力监管委员会制定辅助服务补偿标准来补偿电厂提供的辅助服务， 自动调节辅助服务则要求电厂必须义务性提供。中美电力行业应对气候变化政策异同气候变化的政策在很多方面相一致。 但是由于中美电力行业特点不同， 中美电力行业在应对气候变化方面所考虑的重点以

14、及采取的政策也存在差别，美国更多采取的是需求侧政策， 而中国更多采取的是供给侧政策。需求侧政策异同需求侧政策一般有两个目的， 一个目的是减少电力需求， 另一个目的是降低电力负荷波动。 有的需求侧政策只能实现一个目的， 即或者减少电力需求， 或者降低电力负荷波动， 有的需求侧政策则两个目的都可以实现。 单纯减少电力需求的政策包括终端能效管理、 差别电价政策、 阶梯电价政策；单纯降低电力负荷波动的政策包括分时电价政策、供电可靠性合同管理； 既可以减少电力需求又可以降低电力负荷波动的政策包括需求侧管理政策和分布式发电政策。中美在需求侧政策方面既有相同的方面也有不同的方面（如表2所示） ， 中美共同采

15、用的需求侧政策包括四类， 即终端能效管理、 需求侧管理、 分时电价政策和阶梯电价政策， 另外美国还有分布式发电政策和供电可靠性合同管理， 中国则有差别电价政策。供给侧政策异同供给侧政策一般也有两个目的， 一个目的是提高非化石能源发电比例， 另一个目的是提高化石能源发电效率。 提高非化石能源发电比例的政策包括可再生能源配额政策， 可再生能源电价补偿政策，提高化石能源发电效率的政策包括关停小火电政策、 新增火电机组能效标准政策、 输配电能效标准政策， 两个目的都可以实现的政策包括节能调度电力行业应对气候变化的政策大体分为两类，即需求侧政策和供给侧政策。 中美电力行业应对机组类型煤电机组4865（中

16、国为火电年利用小时， 因为中国火电机组基本上为煤电机组）5589水电机组34863328核电机组332879102077（中国为风电年利用小时， 因为中国可再生能源发电主要是风电）2961可再生能源发电表1 2009年中美不同类型发电机组年利用小时天然气NGCC机组3723858天然气NG调峰机组年利用小时研究院Research2010 12 ENERGY REVIEW 能源评论 83政策、 碳税政策和碳交易政策。可以看到， 在电力行业供给侧政策方面， 中美相同的政策为可再生能源配额政策。 另外美国的供给侧政策还包括可再生能源电价补贴政策和碳交易政策。 中国还包括标杆电价政策、 关停小火电政策、 新增火电机组能效标准政策、 节能调度政策和输配电能效标准政策（如表3所示） 。中国电力行业应对气候变化比美国要迅速得多。 美国电力需求一般每年增长12%， 而中国电力需求则达到每年增长810%。 按照现有的增长速度， 中国电力需求将在2011年超过美国， 并在2020年达到美国的22