美國(guó)的能源轉(zhuǎn)型對(duì)中國(guó)有哪些參考意義？
1.電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型：美國(guó)現(xiàn)狀
美國(guó)電力部門的轉(zhuǎn)型主要由可靠性，成本和彈性驅(qū)動(dòng)。特朗普政府旨在推動(dòng)美國(guó)在石油和天然氣生產(chǎn)以及減少能源排放方面領(lǐng)先世界。2018年，美國(guó)成為世界上最大的原油和天然氣生產(chǎn)國(guó)。在聯(lián)邦層面，2017年出現(xiàn)了特朗普政府修訂或重新考慮奧巴馬政府實(shí)施的許多與能源相關(guān)的政策，包括美國(guó)在COP21框架下的國(guó)家確定貢獻(xiàn)(NDC)，清潔電力計(jì)劃以及車輛的公司平均燃料經(jīng)濟(jì)性標(biāo)準(zhǔn)。
除了國(guó)家層面的這些行動(dòng)外，州和地方政府層面的行動(dòng)也應(yīng)考慮在內(nèi)，這主要是由于聯(lián)邦政府對(duì)州際貿(mào)易擁有管轄權(quán)，而各州對(duì)與對(duì)客戶費(fèi)率和工廠選址等當(dāng)?shù)貑?wèn)題具有主要管轄權(quán)。不受聯(lián)邦政府監(jiān)管的市場(chǎng)因素，例如天然氣相對(duì)于煤炭的價(jià)格，風(fēng)能和太陽(yáng)能等新技術(shù)成本的降低，以及電廠決策等減緩了聯(lián)邦政策的影響。
美國(guó)將繼續(xù)推動(dòng)可再生能源的發(fā)展。2019年1月，丹尼爾西蒙斯正式宣誓就任能源部能源效率和可再生能源助理部長(zhǎng)(EERE)。
美國(guó)能源部Mark W.Menezes曾表示“可再生能源，儲(chǔ)能和能源效率，是我們整體能源和經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略的關(guān)鍵要素，我很高興西蒙斯助理部長(zhǎng)的加入能夠繼續(xù)推進(jìn)我們國(guó)家的可再生能源技術(shù)的發(fā)展。”
國(guó)會(huì)2005年簽署“能源政策法”時(shí)，51.3%的發(fā)電量來(lái)自煤炭。自那時(shí)起，水力壓裂等燃料提取技術(shù)的創(chuàng)新與水平鉆井相結(jié)合，導(dǎo)致天然氣供應(yīng)量大幅增加且價(jià)格下降。此外，可再生能源采用率顯著增加，這主要得益于風(fēng)能和太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)成本的下降，政府頒布的有利政策以及投資者對(duì)這些技術(shù)性能信心的增強(qiáng)。
也正是由于這些變化，2018年美國(guó)電力部門的煤炭發(fā)電份額下降至27.4%。這種變化也反映在最近的煤電退役趨勢(shì)中—根據(jù)AEO2019報(bào)告顯示，2018年末美國(guó)煤電裝機(jī)容量為240GW，遠(yuǎn)低于2008年的約310GW，預(yù)計(jì)到2050年將有101吉瓦的裝機(jī)完成退役。
同時(shí)，公用事業(yè)規(guī)模的可再生能源占美國(guó)總發(fā)電量的17.0%以上;值得注意的是，公用事業(yè)和小規(guī)模太陽(yáng)能發(fā)電量增加了24.4%，可再生能源發(fā)電量從2017年到2018年增長(zhǎng)了4.5%。這種轉(zhuǎn)變也反映在就業(yè)方面：在美國(guó)，太陽(yáng)能領(lǐng)域勞動(dòng)力從2010年(93502名工人)到2018年(超過(guò)242000名工人)增長(zhǎng)了159%。盡管自2016年以來(lái)經(jīng)歷了略微下降，但由于州政府的政策激勵(lì)和積壓的公用事業(yè)規(guī)模項(xiàng)目預(yù)期，2019年太陽(yáng)能領(lǐng)域勞動(dòng)力就業(yè)的前景有望改善。
2.當(dāng)前的焦點(diǎn)和潛力
以下部分主要介紹美國(guó)能源轉(zhuǎn)型的一些關(guān)鍵方法和經(jīng)驗(yàn)，以及它們對(duì)美國(guó)能源部門未來(lái)的影響以及它們對(duì)中國(guó)能源轉(zhuǎn)型的相關(guān)參考。
自下而上的政策發(fā)展
獨(dú)立于聯(lián)邦政府，一些州和城市組成了一個(gè)聯(lián)盟—美國(guó)氣候聯(lián)盟—目的在于在2025年之前實(shí)現(xiàn)州層面溫室氣體減排量比2005年下降了26~28%。聯(lián)盟成員包括19個(gè)州和波多黎各領(lǐng)土，占美國(guó)人口的40%以上以及2015年美國(guó)能源相關(guān)二氧化碳排放量的31.2%。
實(shí)現(xiàn)溫室氣體減排目標(biāo)的關(guān)鍵政策工具是可再生能源投資組合標(biāo)準(zhǔn)(RPS)，其版本已由29個(gè)州頒布。勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室估計(jì)，2018年，55%的零售電力銷售由RPS承保。美國(guó)加利福尼亞州，康涅狄格州，馬薩諸塞州，新澤西州和紐約州在2018年對(duì)其RPS計(jì)劃進(jìn)行了重大修訂。例如，到2030年，加州將其RPS目標(biāo)提高到60%，并在2045年之前強(qiáng)制實(shí)施100%的清潔能源目標(biāo)。
設(shè)定能效目標(biāo)是另一種可再生激勵(lì)方法。例如，在2018年，科羅拉多州監(jiān)管機(jī)構(gòu)將Xcel的年度能效目標(biāo)提高了25%(從2019年的400GWh提高到2023年的500GWh)，以便為客戶提供更多的利益并降低公用事業(yè)投資成本。
展望未來(lái)，更多雄心勃勃的政策將繼續(xù)從州和地方層面出現(xiàn)。在私營(yíng)部門，總部位于美國(guó)的49%的大型企業(yè)在2018年積極采購(gòu)可再生能源。在全球范圍內(nèi)，簽署清潔能源合同的公司在2017年至2018年期間增加了一倍多，達(dá)到13.4吉瓦，其中美國(guó)公司占60%。
市場(chǎng)結(jié)構(gòu)和價(jià)格
總的來(lái)說(shuō)，能源市場(chǎng)已經(jīng)從中央監(jiān)管的指揮和控制壟斷公用事業(yè)轉(zhuǎn)向競(jìng)爭(zhēng)性市場(chǎng)，但由于區(qū)域環(huán)境，政治承諾和傳輸互連，這些都已經(jīng)采取了不同的形式。除了在聯(lián)邦能源監(jiān)管委員會(huì)(FERC)管轄范圍內(nèi)運(yùn)營(yíng)的眾多區(qū)域性市場(chǎng)外，還出現(xiàn)了鼓勵(lì)優(yōu)化分配可再生能源的其他新方法。
加利福尼亞州的獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商(CAISO)已經(jīng)運(yùn)營(yíng)西部能源不平衡市場(chǎng)(EIM)，自2014年以來(lái)實(shí)現(xiàn)公用事業(yè)公司近乎實(shí)時(shí)的能源交易;這樣的機(jī)制可以通過(guò)擴(kuò)大市場(chǎng)占地面積緩解擁堵，提高系統(tǒng)靈活性和提高電網(wǎng)可靠性來(lái)防止過(guò)度可再生能源發(fā)電的縮減。八個(gè)州和一個(gè)加拿大省現(xiàn)在已經(jīng)是EIM的一部分，其中兩個(gè)公用事業(yè)公司在2018年加入，另外有五個(gè)公司計(jì)劃在2021年之前加入。
在紐約，該州的改革能源愿景(NYREV)倡議獲得了進(jìn)一步的發(fā)展。通過(guò)一系列監(jiān)管變革，NYREV打算將公用事業(yè)的角色從分銷層面的銷售電力轉(zhuǎn)變?yōu)檫\(yùn)營(yíng)分布式能源資源(DER)參與的分銷平臺(tái)。在這個(gè)愿景中，由公用事業(yè)公司維護(hù)的分配系統(tǒng)將變成電力市場(chǎng)的幕后資源，儲(chǔ)能和微電網(wǎng)也將參與到電力交易中既作為生產(chǎn)者也作為消費(fèi)者。該項(xiàng)目代表著對(duì)靈活且有彈性的電網(wǎng)的重大監(jiān)管進(jìn)步。
聯(lián)邦能源管理委員會(huì)FERC政策更新
2018年，聯(lián)邦能源管理委員會(huì)FERC實(shí)施了許多規(guī)則來(lái)提高電力系統(tǒng)可靠性，提高區(qū)域市場(chǎng)透明度，確保系統(tǒng)安全并減少客戶支出。表2說(shuō)明了聯(lián)邦能源管理委員會(huì)FERC在2018年提出的主要問(wèn)題。
基荷概念的演變
不斷增加的可再生能源滲透已經(jīng)改變了“基荷”發(fā)電的性質(zhì)及其對(duì)系統(tǒng)可靠性的貢獻(xiàn)。諸如靈活性之類的特性可以是更有用的規(guī)劃概念，用于探索最小化電力中斷的方法。通過(guò)對(duì)需求概況以及風(fēng)能和太陽(yáng)能預(yù)測(cè)的充分時(shí)間解析，運(yùn)營(yíng)商可以在必要的情況下評(píng)估來(lái)自其他來(lái)源的靈活調(diào)度功率，包括聯(lián)合循環(huán)天然氣，煤炭或核能，需求響應(yīng)(DR)或其他資產(chǎn)。
在加利福尼亞州，正在利用新的需求響應(yīng)DR方法來(lái)減少開(kāi)啟熱電廠以達(dá)到峰值負(fù)荷的需求。加利福尼亞州的獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商CAISO引入了代理需求資源市場(chǎng)，允許分布式能源(DER)的聚合器參與實(shí)時(shí)和日前能源市場(chǎng)。通過(guò)在節(jié)點(diǎn)消耗較高時(shí)實(shí)時(shí)提醒客戶并補(bǔ)償它們以減少負(fù)載，聚合器已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了高水平的應(yīng)用。與客戶的持續(xù)交互允許較小負(fù)載以更高的頻率使用需求響應(yīng)DR。
這些靈活的資源由各種機(jī)制實(shí)現(xiàn)，包括特定產(chǎn)品或向市場(chǎng)投標(biāo)服務(wù)的能力，如容量或需求響應(yīng)。
各種分布式能源DER技術(shù)(如PV)與儲(chǔ)能，熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)和微電網(wǎng)相結(jié)合，可在系統(tǒng)范圍的電網(wǎng)中斷事件中增強(qiáng)系統(tǒng)彈性。隨著停電事件的頻率和強(qiáng)度的發(fā)展，各級(jí)政策制定者正在引入新的互連流程和標(biāo)準(zhǔn)，以促進(jìn)電力系統(tǒng)中彈性技術(shù)的采用。
儲(chǔ)能的未來(lái)
近年來(lái)儲(chǔ)能系統(tǒng)成本顯著降低，并且預(yù)計(jì)未來(lái)會(huì)繼續(xù)降低。在未來(lái)，可變可再生能源可能越來(lái)越多地與儲(chǔ)能配對(duì)，以更加經(jīng)濟(jì)有效的方式提供額外的電網(wǎng)服務(wù)。最近的聯(lián)邦能源管理委員會(huì)FERC訂單通過(guò)要求電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商允許儲(chǔ)能參與能源，容量和輔助服務(wù)市場(chǎng)來(lái)顯著改變公用事業(yè)規(guī)模儲(chǔ)能的前景。此外，最近的聯(lián)邦能源管理委員會(huì)FERC訂單要求所有新連接的發(fā)電機(jī)提供主要頻率響應(yīng)能力;這可能導(dǎo)致可再生資源易受影響，越來(lái)越多地與儲(chǔ)能配對(duì)以穩(wěn)定頻率輸出。
貿(mào)易壁壘
特朗普總統(tǒng)宣布自2018年開(kāi)始對(duì)美國(guó)進(jìn)口某些光伏組件的4年關(guān)稅(第201條)。關(guān)稅從30%開(kāi)始，每年下降5%，直到2021年到期。關(guān)稅旨在激勵(lì)國(guó)內(nèi)光伏制造業(yè)的額外投資;一些人估計(jì)，未來(lái)五年新建光伏裝置短期可能會(huì)減少11%。2017年太陽(yáng)能項(xiàng)目取消和互連延遲導(dǎo)致許多項(xiàng)目進(jìn)入2018年。美國(guó)預(yù)計(jì)2018年新增光伏裝機(jī)容量為11.1GWdc，與2017年相比幾乎持平。201項(xiàng)關(guān)稅的不確定性導(dǎo)致開(kāi)發(fā)商推遲項(xiàng)目，并且可能是2018年末增加公用事業(yè)太陽(yáng)能采購(gòu)的一個(gè)原因。
3.轉(zhuǎn)移到中國(guó)
除了明顯的系統(tǒng)性差異之外，中國(guó)和美國(guó)在電力部門轉(zhuǎn)型的道路上面臨著許多共同的挑戰(zhàn)，每個(gè)國(guó)家都可以從另一個(gè)國(guó)家的經(jīng)驗(yàn)中受益。積極分享經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)可以對(duì)兩國(guó)和國(guó)際社會(huì)產(chǎn)生有益的長(zhǎng)期影響。一些值得注意的方面如下所述：
進(jìn)一步技術(shù)研發(fā)的需要
技術(shù)進(jìn)步將進(jìn)一步促進(jìn)先進(jìn)能源技術(shù)的更大部署和更廣泛應(yīng)用。在制造和處理這些技術(shù)方面仍有提高效率，降低成本和改善環(huán)境可持續(xù)性的空間。這種持續(xù)的進(jìn)步可以加速能源部門向低碳排放組合的轉(zhuǎn)變。例如不依賴稀土礦物的光伏化學(xué)，開(kāi)發(fā)能夠在各種時(shí)間范圍內(nèi)滿足特定電力部門需求的新儲(chǔ)能技術(shù)，以及海洋流體動(dòng)力學(xué)發(fā)電等新技術(shù)的進(jìn)步。
行業(yè)成熟：標(biāo)準(zhǔn)
成熟行業(yè)的一個(gè)標(biāo)志是標(biāo)準(zhǔn)化的存在，以降低交易成本和提高監(jiān)管確定性。隨著可再生能源產(chǎn)業(yè)的成熟，降低成本的份額可能來(lái)自這些標(biāo)準(zhǔn)的制定。標(biāo)準(zhǔn)化控制器等組件的通信協(xié)議可以降低與微電網(wǎng)等新生技術(shù)相關(guān)的項(xiàng)目工程成本。
同樣，建立標(biāo)準(zhǔn)合同可提高投資者信心并降低與融資相關(guān)的交易成本?？稍偕茉醋C書(REC)跟蹤工具的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)會(huì)同樣存在。隨著中國(guó)自己的可再生能源組合標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展，與美國(guó)各州實(shí)施可再生能源證書跟蹤計(jì)劃的溝通是分享經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)的寶貴途徑。隨著可再生能源證書的市場(chǎng)在全球范圍內(nèi)的增長(zhǎng)，數(shù)據(jù)庫(kù)管理和認(rèn)證方法的標(biāo)準(zhǔn)化將成為確保環(huán)境屬性證書有效性的關(guān)鍵。
靈活的電力系統(tǒng)
也許能源行業(yè)在全球面臨的最大挑戰(zhàn)是可變可再生能源在高滲透率下的有效整合。隨著行業(yè)的發(fā)展和各國(guó)陸續(xù)實(shí)現(xiàn)其政策目標(biāo)，這一挑戰(zhàn)將更加普遍。通過(guò)規(guī)劃系統(tǒng)靈活性和電力市場(chǎng)設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)有效的集成。隨著中國(guó)希望到2040年全面整合其批發(fā)電力市場(chǎng)，可以從國(guó)際經(jīng)驗(yàn)中吸取教訓(xùn)，包括美國(guó)ISO/RTO和西方EIM等司法管轄區(qū)，這些管轄區(qū)已經(jīng)證明了在整合靈活資源的同時(shí)提供可靠性電力供應(yīng)的能力。
