張樹偉：可再生能源替代煤電？還是互補更靠譜一點
【文 | 張樹偉】
在市場商品體系中，不同類型的技術與產品是互補關係還是替代關係是一個有趣的話題。微觀經濟學上，互補性的商品往往是“配套的”，一個的需求增加（減少）也會增加（減少）另外一個商品的需求；而替代性的商品往往具有相同或者類似的功用，一種商品的增加往往會減少另外一種商品的需求，反之則反。
那麼，在我國，新興的可再生能源與仍佔據主體地位的煤電之間是互補還是替代關係呢？這並不是一個容易達成一致的問題。
一方面，我國很多公共問題的討論存在計劃思維與市場思維方式的混雜，現實運行更是因嚴重缺乏時間與空間一致性標準，充滿着更有權力者的自由量裁。
在市場競爭年度電量（kWh）的視角，可再生能源多發一度電，煤電就得少發一度電（如果其他條件相同），那麼顯然二者是替代關係，從小時間尺度來講（比如15分鐘），同樣風電上去了，煤電就需要（以及應該）向下調節以保持系統平衡，這是個基本的市場份額問題；但如果是計劃視角，可再生與化石能源共同滿足了給定的需求，“系統規劃者”安排二者的角色互相配合，那麼顯然二者是“互補”關係，這是電力系統各種文件報告所謂“協調”、“統籌”等詞有高頻率使用的基本原因。
另一方面，電力系統存儲仍舊困難，需要實時平衡的特點在物理上也區別於普通商品。可再生能源間歇性與不確定性的特點，使其他機組雖然利用的必要性越來越低，但仍舊是系統平衡所需要的。在極端情況下，比如無風或無太陽的情況下，保證系統需求仍舊是可以滿足的。
從長期看，系統的電源結構必然是多元化的。即使從市場競爭視角，在某些電力產品市場（比如平衡市場），二者還有可能構成需求方（產生平衡誤差）與供給（提供平衡資源）的關係，顯然也會成為互補關係。
煤電與可再生能源的關係在不同的時間、空間情況下存在各種特定的可能，這些在其他國家都可以找到很好的例子來説明。如果一種電源進入系統，提升了另外一種電源的價值，那麼他們可能很大程度是互補的，反之則可能在大部分情況下是替代的。在這個問題上，我國的特色往往在於一種將連續問題二值化，將有限價值無限化的思維方式——“講個優點，評勞模”；“講個缺點，就可以踏上一萬隻腳”，將電源的競爭與互補關係一成不變“定位化”，成為一個常數，而不隨空間時間充分變化。
比如涉及不同電源優缺點的問題。從價值的視角，任何一種電源往往都具有三種價值：經濟價值、環境價值和安全價值。
煤電往往強調其“穩定、可控”的特點與主體地位，從而顯示對可再生能源的優勢；可再生能源強調其“清潔、綠色”的特點，從而顯示對煤電的優越感。兩方的擁躉都從來不試圖討論其價值存在是否足夠大乃至無窮，是否在另外一種價值上出現短板而抵消了部分甚至全部其他優勢，從而無法充分論證其發展的必要性甚至是必然性。
本文中，我們基於這一價值體系框架作為參考基準，分析我國能源體制與文化中的特色互補與替代的問題。
可再生能源與煤電——直接的競爭關係
在各個時間尺度上，要滿足需求，保持系統的平衡，能量市場（在歐美競爭性市場往往佔整個電力市場的95%以上）上可再生能源出力每多一度，意味着其他機組就少一度。
在我國，仍舊有約70%的電力來自於煤電。可以預見，如果實施市場化的調度機制，煤電將在大部分時間成為邊際機組，可再生能源進入市場，會將邊際煤電推出市場，從而二者構成“頭對頭、腳對腳”的直接競爭關係。
歐洲與美國的案例可以提供這方面充分的證明。在2012-2016年的5年間，英國的煤電比重下降了35%，排放下降了一半。下降的份額被天然氣、風電與光伏所佔據；美國過去10年煤電比重下降了20%，排放下降了10%。煤電的份額被更多的天然氣與風光所替代。
如果説英國的快速下降是碳定價與最小定價的主要貢獻，那麼美國無疑其氣候政策在倒推，其煤炭比重的下降完全是市場機制自動發揮作用。
若有足夠的需求增長，競爭關係是否還存在
美國與英國的案例無疑都是需求已經飽和很多年，幾乎無總量增長情況下的結果。但是如果我國年電力總量還保持5%左右甚至更高的增長，那麼這種競爭是否會緩解乃至不存在？
答案無疑是否定的，因為負荷曲線以及可再生能源出力曲線的形狀的關係。可再生能源進入系統，無疑帶給系統很多結構性的變化，比如光伏多了，傳統高峯負荷可能變成低谷，即使有電量需求的增長。這種結構性變化帶給煤電的影響，是規模擴張所無法抵消的。
即使需求曲線形狀不變化的保持高速增長，可再生能源的接入仍舊要持續的改變剩餘需求曲線的形狀，從而對其他機組形成替代，需求的增長需要新的機組以滿足高峯負荷（這往往應該是天然氣機組的角色），而煤電的利用率會持續下降。因此，可再生能源對煤電的替代，從零開始就是“存量”的結構性替代，這一關係並不會因需求增長就不存在，更不存在可再生能源進入系統，是先增量、後存量一説。
中國式“打捆”外送——互補關係
儘管需求永遠不是一條直線，但是在目前大量“點對點”、“點對網”送電中，把不同波動特性的電源捆綁成一條直線外送成為了基本選擇。所謂的“100%的風電，還是配上50%、乃至95%的煤電”。這種情況下，可再生能源與煤電高度互補，稱為配套電源。越來越多的可再生能源產生了越來越多的煤電需求，從而產生對越來越大的電網傳輸容量（與尖峯外送匹配）的需求。這儼然已經成為一種正向反饋，互相加強的“龐氏騙局”。
這一格局中最大的輸家，無疑是東部地區的受電省份，放着自己已經建成的低成本與零成本機組不利用，卻去利用存在明顯輸電成本的外來電，有時還要承受“不接受清潔外來電”的道德指責。
將這種“新增電源——長距離外送——僵直消化”方式徹底掃進歷史的垃圾堆，已經成為2020年前，以及十四五規劃中無可迴避的基本任務。
煤電提供輔助服務，二者便不是競爭關係？
可再生能源屬於不可控電源，因此在提供系統輔助服務（比如向上調峯）上必然受到限制。系統要保持平衡，調度體系必須具有可控電源的部分資源以平衡系統的偏差。這是競爭性市場的基本範式。但是，即使提供服務，這種服務的價值也是有限而不是無限的，不需要在道義層面上“評勞模”。
當然，在我國調度仍舊是整個體系的指揮官，整個的系統平衡範式仍舊是低分辨率、高度自由量裁的。各個機組更像是調度的兒子或者戰士，而不是彼此平等的市場參與者。所謂參與者的“平衡責任”，也因為權利全部上交沒有了相應的義務（發多少電在小的時間尺度都不需要機組做主）。這方面的本質性改變，特別是對應於系統成本最小化的，有足夠時間分辨率的經濟調度原則的採用，成為下一步電力體制改革的重中之重。
煤電內部是互補還是替代？
9月底，國務院發文正式廢除了存在15年，早已經不反應煤電發電成本的分省標杆電價體系，改為“基準價+上下浮動”的市場化機制。基準價按各地現行燃煤發電標杆上網電價確定，浮動範圍為上浮不超過10%、下浮原則上不超過15%。新的電價由發電企業、售電公司、電力用户等通過協商或競價確定。
協商與競價如何開展，如何獲得市場份額，變成了各個市場主體發揮主觀能動性的事情，無疑也將強化煤電內部的競爭關係。與此同時，這也面臨着信息不對稱與市場流動性的問題，並不是説打破了舊的新的就可以自動建立起來。這有賴於政府的牽線搭橋，以及市場主體數量與能力的大幅提升。
事實上，煤電企業並非銅板一塊。有些市場開發的好，份額更大了，即使價格下降了，利潤可能更大；有些效率低的，發一度虧一度的，本來就沒啥發電量，也不會受影響，屬於殭屍企業；新的機組，如果沒有大的市場份額，面臨大的還貸壓力，可能有資金斷裂的風險，這是經濟意義上定義的“落後產能”；而有些小機組，雖然效率低一些，但是靠近用户，節省輸電費用，還能賺到足夠的利潤。煤電內部是高度非均一的，情況各有不同。
不能把煤炭行業當成一個人，做“擬人化”理解，具有“人格化”的脾氣，這個很難有任何含義。煤電過去是主體，現在也是主體，未來取決於環境、經濟與安全約束，“擬人化”的擺老資格從邏輯上無法證明未來保持主體地位。
與此同時，近期能源主管部門發佈了《關於下達2019年煤電行業淘汰落後產能目標任務的通知》，要求各地確定“關停”名單，30萬千瓦以上的都有可能被認定為“燃煤小熱電”。這仍舊是一種“不上談判桌，就上飯桌上的菜單”的安排。小機組並不是落後產能，期待看到主要的市場主體爭取上談判桌，而不是飯桌。
儲能如何改變可再生能源與煤電的替代關係？
在競爭性市場中，儲能越來越多的加入進來，以價格套利、提供輔助服務、緩解電網阻塞等方式幫助改善系統的性能，轉移負荷，提高系統的安全程度。無論如何，所謂“平滑機組出力”均不是其目的，這（應該）是一個互聯電力系統的基本功能。
現實中，往往存在其他眾多的更合適、更便宜的選擇。在這樣的系統中，如果可再生能源比重不大，儲能往往是低谷充電（往往是煤電邊際機組的時候），而在高峯放電（天然氣是邊際機組的時候），這相當於用煤電去替代天然氣發電，從而儲能的加入在大部分情況下都將增加系統的排放。
至於總的系統成本，增加與減少的情況都存在。如果可再生能源比重非常大，那麼其作為邊際機組的情況會變得更加頻繁，儲能的減排性將得到更好的確認。
相比沒有儲能的情況，可再生能源與煤電的替代在可再生能源份額低的情況下有所緩和，儲能抵消了部分可再生能源對傳統能源的替代；但是可再生能源份額高了，儲能的加入會進一步減弱煤電的份額，將煤電推出開機組合。
在國內，情況可能完全不同。截至2018年6月底，全國投運電化學儲能項目累計裝機533MW，用户側佔50%，發電側與電網領域佔35%與15%。這其中，70%是鋰離子電池。這些儲能的目的完全不是緩解電網阻塞等，而是平衡一些機組的出力。這本來應該是一個互聯電網最基本的功能。
筆者在2016年曾提到，儲能應用需要避免一種錯誤的組合——缺乏波動性定價的市場、對儲能放電單獨補貼、補貼通過消費者消化、何時放電由調度決定。而這句話對於我國改革中的電力系統仍舊有效。
在目前的調度體系下，儲能跟普通發電電源並無區別。所謂系統級儲能的上馬則是“泡沫”。只有發電，才能回收固定資本，缺乏商業模式。這種情況下，儲能越大，可再生能源與煤電的競爭程度會不變或者更加激烈，因為他們都是“發電”目的，並且存在電到電轉化的效率損失。
從滿足消費者電力需求的角度，可再生能源與煤電二者應該是充分替代與競爭的。這一規範性表達要成為現實，繫於市場機制，特別是更短、更快市場的建設與發揮作用。
可再生能源接入引發的系統平衡靈活性增加的需求，也不是新增煤電的角色，而是新增天然氣與已建成煤電（特別是小機組）發揮作用的空間。這也不是煤電的功勞，而是可再生能源應得的市場份額。可再生能源優先調度，是系統成本最小化的要求。
即使傳統的煤電發揮這種角色與作用，也不意味着與可再生能源的協調或者互補。這種作用的收益——整個系統的平衡、安全，是消費者的福利。可再生能源如果從破壞這種平衡獲得了足夠的“懲罰”，比如支付不平衡罰金（雙邊市場中承諾出力與實際出力的差別），那麼也並不需要額外的進一步懲罰。這是法律上“刑罰對應、刑罰適當”的基本含義。
在新的十四五規劃中，需要明確的區分經濟還是政治問題，取消各種不具有時間空間穩定性的抽象“定位”。煤電內部需要充分競爭起來。煤電整體虧損、煤電歷史貢獻大能夠説明的只是過去與現狀，而不是未來。這方面，對煤電行業的整體性“擬人化”理解，往往是缺乏任何含義的。煤電承擔輔助服務對可再生能源業毫無財務結算等方面的含義。