电网改造是实现巴黎气候承诺的关键

最初发表于世界观察研究所博客。作者：菲利普·基林（Philip Killeen）

我参加了6月的年度BP《 2016年世界能源统计回顾》启动活动，我看着BP首席经济学家Spencer Dale借鉴了历史教训。他说：“即使可再生能源的增长速度超过历史上任何其他能源技术，我们也不太可能实现去年12月在巴黎设定的碳减排目标。”单靠增加对可再生能源技术的投资根本不足以加速向适应气候变化的能源未来的过渡。相反，越来越明显的是，基本的电网改造对于实现巴黎的气候承诺至关重要。

是1878年。巴黎市将举办第三届年度世界博览会，届时将展出最新的美术和创新机械。从开关卢浮宫到卢浮宫到卡尼尔歌剧院的整个歌剧之路一直延伸着64盏电灯，这在历史上是第一次。从不远处的一家公用事业公司出售照亮震惊的公平市民的电力，这些电力是通过燃煤发电机发出的传输线发送的。受益于巨大的需求和规模经济，像这样的电网迅速增长，迅速成为全球能源市场的主导技术。这些网格系统的基本构想在近140年中几乎没有变化。

现在快进到2015年12月。在越来越多的科学使命和减轻气候变化的公众兴趣的推动下，在巴黎举行的具有里程碑意义的COP21气候谈判中，有188个国家提交了行动计划，即“国家自主贡献”或“国家自主贡献”。除其他措施外，许多国家自主贡献公司提出了雄心勃勃的目标，以迅速将国家能源网格（几乎仍然严重依赖化石燃料）过渡到可再生和可持续能源。

重大变化已经在进行中。许多政府在第21届联合国气候变化大会（COP21）期间对清洁能源的坚定承诺使人放心，尽管全球化石燃料价格暴跌，但私营部门对可再生能源的投资却在飞涨，而技术成本却在下降。结果，2015年轻松打破了可再生能源的记录，这是迄今为止全球最大的新增产能。现在，世界每年增加的可再生能源发电能力超过了所有化石燃料和核能的总和。结合这一趋势，能源消耗产生的碳排放量在近四分之一世纪以来首次停滞。

不便的现实

然而，事实仍然是，这些趋势必须继续急剧加速以实现缓解气候变化的目标。国际能源署（International Energy Agency）的450情景设定了基准能源情景，该目标与通过将大气中的温室气体浓度限制在每百万二氧化碳（CO2）450左右来将全球温度升高限制在2摄氏度的目标相一致。为了实现这一目标，《 450情景》预测，未来20年全球碳排放量每年将下降5.5％。就背景而言，这是我们2015年（未来20年）每年实现的两倍。

按照目前的设计，现代电力系统不太可能取代足够的化石燃料发电，以达到，甚至更难以维持这些减排水平。撇开预计将对增加全球能源供应造成压力的许多社会经济趋势，这个问题的根本原因是电网的基础架构。

自从1878年发明以来，这些系统几乎完全以自然垄断的形式运行。在仅由化石燃料，核能或大型水力发电的电力系统中，这种市场结构非常有意义。通过授予公用事业公司向消费者提供电力的垄断权，政府可以确保获得负担得起的可靠电力服务。私人电力公司的投资者保证了电力的俘虏市场，因此不愿为昂贵的集中式发电厂，电网扩展和维护买单。

简而言之，常规电力系统依赖于一项基本交易，在该交易中，公用事业公司获得稳定的货币回报，以换取为消费者可靠地供电以及对电网基础设施（例如输电线路和电厂资产）的投资。由于新技术使信息和电力都可以从电网和用电者之间来回流动，因此电力在一个方向流动的系统的持续生存能力受到了威胁。

破坏性技术：分散所有权

颠覆性技术不辜负他们的同名名字，这使传统网格系统的平衡变得不稳定。迅速出现且负担得起的技术和实践，例如分布式可再生能源发电，热电联产系统，热电联产，储能，微型和智能电网以及需求方管理工具（仅举几例），正在允许电力供应客户开始自己向电网提供能源资产。这种趋势的好处不容小under。除了对减少碳排放量产生明显影响外，分布式能源技术正在成为解决服务水平低下和农村地区能源获取问​​题的关键工具。

到目前为止，公用事业公司显然已成为这一趋势的失败者。随着新技术使越来越多的消费者从电网中脱颖而出或成为“生产者”（向电网本身提供能源资产），公用事业正在丧失其获得这些资产收益的能力。一旦被认为只是一种理论上的假设，许多公用事业现在正经历着“公用事业死亡螺旋”，电网缺陷使较小的客户群中的公用事业维护成本增加，导致电费上涨并引发更多的缺陷。

从根本上讲，这种动态使公用事业与消费者，更重要的是与实现可持续能源未来的动力背道而驰。面对下降的利润率和不确定的利润率，公用事业公司不太可能支持整合屋顶分布式太阳能等分布式可再生能源中更高份额的计划。在许多情况下，公用事业公司已经积极反对这些努力。

公用事业规模不是银弹

面对日益增长的公众压力，他们对缓解气候变化做出有意义的贡献，可以理解的是，各国政府通常将大型公用事业规模的可再生能源项目列为优先事项，以此作为快速替代以化石燃料为动力的能源生产的有效途径。这种情绪反映在对2015年安装的大型（例如兆瓦（MW）规模及以上）可再生能源发电厂的偏见中。例如，到今年年底，全球太阳能光伏（PV）容量的一半以上是4兆瓦及更大的项目，而2015年投放市场的风力涡轮机的平均大小为2兆瓦。但是，如何将这些项目有效地集成到常规电网中，却被证明是取得有意义进展的关键障碍。

中国不断发展的能源体系也许是这一挑战的最明显例子。中国的国家自主贡献（NDC）的最新目标是到2030年满足可再生能源电力需求的20％，中国正在迅速建立骄人的业绩记录。到2015年底，该国仅安装了145吉瓦（GW）的风力发电。但是，2015年有将近33.9 GW的电力未使用，相当于300万美国家庭的年电力消耗。

除其他因素外，这种巨大的风能浪费与中国过时的电网基础设施直接相关。该国将近80％的风能装在人口稀少的北部地区，这意味着它必须走很长一段路才能到达南部足够大的电力需求市场。鉴于风的间歇性以及中国电网系统中缺乏足够的储能设施，这些能源的绝大部分必须在生产时被消耗。不幸的是，电力传输基础设施未能跟上风力涡轮机安装的快速增长，并且浪费了许多这种清洁能源和减排潜力。

COP21之后，分层策略是电网转型的关键

中国在风能方面的断断续续的经历以及公用事业公司在全球范围内对破坏性能源技术的反对意见都凸显了对精心规划和协调发展电网的需求。实际上，只有通过调整市场上的财务激励措施，使公用事业公司的利益与全球对可持续性的推动相一致，才能实现这种协调。这种调整可以而且应该从政府层面开始，进行分层的政策改革，提供针对各种可再生能源机会的特定特征和规模而量身定制的法规和激励措施。

对于大规模的可再生能源项目，诸如招标系统之类的开放市场政策正在成为一种关键工具。招标系统利用拍卖，潜在的项目投资者竞相从政府那里获得开发合同。投资者以每千瓦时（kWh）的发电价格出价，这代表了投资者为使电厂实现盈利而需要的最低保证回报。竞争激烈的竞标价格确保了政府将工厂本身的支出降至最低，从而节省了用于支持传输基础设施发展的资金。此外，由于拍卖项目的规模是由政府预先确定的，因此招标政策可以确保扩大发电量与区域供应需求和网络扩张限制相协调。在巴西，这些系统使风电场的安装成本比2009年降低了44％，并被用于整合印度空前水平的太阳能。

对于小规模的分布式可再生能源发电，净计量政策已经变得越来越普遍，要求公用事业公司赔偿生产者因供应给电网的过量电力。对这些程序的批评指出，如果生产者有权获得其电的全额零售价，那么他们还应为电网的维护和开发成本做出贡献。但是，值得注意的是，分布式发电为公用事业公司带来了某些好处，包括避免了对附属发电厂的投资成本，燃料成本以及输配电系统中较低的损失率。另一方面，可再生能源设备的技术成本下降和破坏性技术的成本节约影响很可能有助于减少客户对净计量计划中对电网维护的适度贡献的反对。

虽然绝不对正在提供的新兴可再生能源政策进行全面审查，但招标和净计量政策是分层政府干预措施如何加速能源行业转型的有力例证。他们为大型和小型发电企业提供的确定性对于降低对市场风险的认识并增加对新兴能源技术的投资至关重要。也许最关键的是，这些政策的积极记录表明，加速全球温室气体排放率的下降如何刺激而不是阻碍未来的经济增长。

菲利普·基林（Philip Killeen）是世界观察研究所（Worldwatch Institute）气候与能源团队的研究助理。

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