——《國家能源轉型與碳中和叢書》序言
2024年6月29日，第一屆國家能源轉型與碳中和論壇召開，會上，釋出了中國社會科學院工業經濟研究所朱彤研究員主編的“國家能源轉型與碳中和叢書”第一本專著《轉型中的電力系統》（張樹偉著）。本文是該叢書的序言部分。
將“系統思維”和“效率原則”貫穿能源轉型始終
2020年9月22日，國家主席習近平在第七十五屆聯合國大會一般性辯論上鄭重宣佈：中國“二氧化碳排放力爭於2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和”（以下簡稱“雙碳”）。這不僅充分體現了我國在氣候變化這一全球危機問題上責任擔當，也標誌著我國能源轉型進入一個全新階段。
在“雙碳”政策推動下，我國能源轉型與減碳程序進一步提速。比如，2021-2023年間，我國風能發電和太陽能光伏發電裝機總和從6.34億千瓦增加到10.5億千瓦，兩年增長65%；新能源汽車銷售量從352.1萬輛快速增加949.5萬輛，兩年增長1.7倍；新型儲能累計裝機規模從400萬千瓦猛增到3139萬千瓦，兩年增加6.8倍。截止2023年底，我國可再生能源（含水電和生物質）發電總裝機達15.16億千瓦，佔全國發電總裝機的51.9%；可再生能源發電量達到2.07萬億千瓦時，約佔發電量的31.3%。此外，我國電力部門碳減排也取得明顯成效。2022年，全國單位發電量二氧化碳排放約541克/千瓦時，比2005年降低36.9%。
然而，我們在為上述成績而欣慰的同時，不應忽視我國能源轉型實踐中逐漸顯現的一些問題。這裡僅舉三例：
一是可再生能源規模快速增長遭遇的網路瓶頸制約日益凸顯。比如，2021年為加快屋頂分散式光伏發展而實施的“整縣推進”政策對推動分散式光伏發展效果明顯，但該政策實施不到兩年，全國很多地方就因電網冗餘度消耗殆盡而對分散式光伏併網亮起紅燈。
二是一些應對“風光電”波動性和間歇性的政策措施面臨“必要性”與“經濟性”的兩難困境。比如，2021年7月國家發改委和國家能源局釋出的“鼓勵”集中式風力發電和光伏發電站配建儲能的政策，在實踐中演變為20多個省先後實施“強制配儲”政策。各地“強制配儲”政策一方面推動了我國新型儲能短期出現爆發式增長，另一方面給配儲的新能源發電企業帶來沉重的成本負擔，且至今缺乏完善的儲能成本補償機制。不僅如此，在這些被要求配置儲能設施的企業“兩小時”配儲成本還難以消化和承受時，一些地方在“風光電”規模快速增長的壓力下，強制配儲的要求從“兩小時”，擴大到“三小時”，甚至“四小時”。在這種情況下，配儲成本恐怕不單單是“完善配儲成本補償機制”了，而是首先需要對這些成本的“合理性”進行評估。
三是高比例波動性可再生能源電力系統的高“系統成本”問題。隨著電力系統重風光電佔比的增加，未來電力系統需要的“系統靈活性”規模可能數倍於目前的電力系統，從而導致“系統成本”大幅上升。OECD和國際核能協會（NEA）2019年釋出的一份研究報告指出：當波動性可再生能源在電力系統滲透率為10%時，其所研究的案例系統成本為7美元/MWh；當滲透率提高到30%，系統成本相當於10%時的2.5倍；滲透率達到50%時系統成本相當於10%滲透率的4.3倍。當然，由於不同國家現有電力系統的“靈活性”差異較大，波動性可再生能源相同的滲透率下的電力系統成本也不相同，甚至差異很大。現有電力系統的技術靈活性和機制靈活性越強，現有機制對大量分散式、小規模靈活性資源的利用能力越強，波動性可再生能源規模擴張導致的系統成本上升幅度越小。但無論如何，系統成本大幅上升趨勢是能源轉型不能迴避的問題。我們需要認真思考：是否有減少系統成本持續增加的替代方案，以減少我國能源轉型的代價。
上述三個問題，前兩個問題是能源轉型實踐中產生的問題，而第三個問題則是根據能源轉型理論研究而“發現”的、在不遠的將來大機率會發生的問題。筆者認為，這本質上反應了能源轉型與碳中和程序中“效果”與“效率”實際和可能的衝突。
所謂能源轉型與脫碳政策“效果”，是指能源轉型和脫碳政策目標實現的“程度”和“速度”。比如，2023年底我國風力發電和光伏發電合計裝機容量已接近11億千瓦，距離2030年完成12億千瓦裝機的發展目標僅一步之遙。這表明我國推動風力發電和光伏發電的相關政策無論從實現的程度，還是速度“效果”都很好。然而，政策“效果”好，並不意味著政策“效率”高，即實現具體能源轉型和脫碳目標所支付的“經濟成本”低。從實踐看，由於種種原因，能源轉型與脫碳政策“效果”與“效率”對立的案例並不鮮見。筆者認為，其關鍵原因在於：
第一，氣候變化倒逼的能源轉型決定了“效果”的地位重於“效率”。歷史上發生的能源轉型，比如，煤炭替代植物薪柴，石油替代煤炭等，都是效率提升的技術創新驅動的。“每當效率更高的新“能量原動機”出現取代舊的原動機，顯著提高了人類所能利用的能源的量級，能源轉型就會發生。”然而，當前正在進行的能源轉型則是氣候變化倒逼的。這從兩個方面導致能源轉型實踐中“效果”優先的局面：一方面，應對氣候變化，緩解全球變暖的緊迫性所形成的輿論氛圍和心理壓力導致加快能源轉型和脫碳程序的“思維慣性”，實踐中傾向於採用能短期迅速看見“效果”的措施（即短平快政策工具）；另一方面，氣候變化問題的“全球外部性”導致應對氣候變化的國際博弈中表現出“鞭打快牛”的特徵，試圖讓積極落實承諾的國家加快轉型，提前實現碳中和，對由此發生的成本不置一詞。
第二，當前能源轉型不僅僅是不同能源品種替代，更是能源系統的轉型。化石能源時代的幾次能源轉型，比如石油替代煤炭、天然氣替代石油和煤炭，都屬於同一能源系統中不同能源品種的替代。這兩次轉型同屬於化石能源系，其能源系統技術經濟特徵相同：都是大規模、集中式能源生產、運輸和使用系統。當前的能源轉型不僅僅是不同能源品種的替代，更是不同能源系統之間轉型，即以可再生能源為主導的零碳能源系統替代目前以化石能源為主導的高碳能源系統。由於可再生能源的能量密度低、分佈相對均衡，其能源系統的基本技術經濟特徵必然是適度規模和本地化（分散式）系統。目前的化石能源系統和未來的零碳能源系統技術特徵、網路架構和用能的商業模式差異很大。這大大提高了能源轉型與脫碳政策實施中“效果”與“效率”兼顧的難度。因此，如果僅僅在“能源結構變化”層面來理解當前能源轉型，對現有能源系統及其背後的能源體制機制不做根本性變革的前提下來推動能源轉型，很容易導致“低效率”能源轉型與脫碳“效果”，並且這些“效果”從中長期看有難以持續。
因此，將“系統思維”與“效率原則”貫穿於能源轉型實踐，對於緩解、甚至避免能源轉型與碳中和程序中“效果”與“效率”是非常必要的。而且，我們用“系統思維”和“效率原則”去分析前面提到的三個“問題”，可以極大拓展認識視角。
第一個問題實際上反映了我國“能源系統轉型滯後於可再生能源規模擴張”的現實，以及調整我國能源轉型政策重心的必要性：應該把加快系統轉型置於我國能源轉型政策的優先地位。過去，我國能源轉型政策一直以擴大可再生能源規模為直接政策目標。這一政策一直行之有效的前提是現有的能源（電力）系統存在一定的冗餘度，有足夠的靈活性應對波動性風光電發電量增加。然而，我國風光電發電量佔比從2020年的10%快速增加到2023年的15%，電力系統的冗餘能力已達到極限。這意味著我國能源轉型已經進入一個“新”階段：需要透過加快能源系統根本變革，大幅提高系統靈活性來為可再生能源發展提供更大空間。而且，隨著光伏發電和風力發電技術進步帶來發電成本大幅下降與競爭力提升，可再生能源發電規模擴張應該主要交給市場，政策重點應該轉向難度更大，可再生能源發電企業自身難以解決的系統轉型方面來。
第二個強配儲能政策實際上已經涉及到了“系統”問題，其基本邏輯是：電網難以承受風光電大幅增加帶來的波動性，因而需要由風光電發電企業配置儲能設施來解決。然而，無論從“效率原則”還是“系統思維”角度，“強制”風電和光伏發電企業配置儲能設施的做法都存在很多值得商榷之處。
首先，從“效率原則”看，電化學儲能目前成本過高，提高電力系統靈活性還有更經濟的手段。比如，改變抑制系統靈活性的網路執行規則，在部分負荷增加電轉熱裝置，加快提升負荷靈活性的技術改造和機制構建，增加區域電網聯絡線，等等都是提高系統靈活性更有效率的措施。當然，儘快完善電力現貨市場與輔助服務市場，提高機制靈活性是當務之急。
其次，從“系統思維”角度，用強制風光發電企業配儲的方式來解決波動性風光電增加導致的平衡問題，實際上是假定現有電力系統是最優的，已經沒有提升靈活性的空間和潛力。如前面所分析的，這顯然不是事實。波動性風光電規模擴大的應對思路是大幅提高電力系統靈活性，靈活性可以來自電源側、電網側，也可以來自負荷側。決定靈活性資源的提供方來自哪個環節，哪一種資源取決於其經濟性（即效率）比較。
最後，要求一定規模風力發電和光伏發電企業承擔的系統平衡責任是合理的，但以強制配儲的方式要求風力發電和光伏發電企業承擔平衡責任顯然是低效率的。風力發電和光伏發電企業是以自建儲能設施的方式，還是以購買靈活性資源方式承擔平衡責任，應該是企業自主的理性選擇。由於目前並不存在企業能夠做出這些理性決策的體制機制環境，因而構建有利於發現靈活性資源（包括大規模靈活性資源和本地分散的靈活性資源）及其價值實現的體制機制才是有效率的系統靈活性提升之道。
第三個問題更值得深思。它意味著即使我們基於能源轉型的邏輯最佳化思維和政策，避免了不必要的轉型成本，也不得不承受能源轉型必要的高系統成本。因為高比例波動性可再生能源電力需要比現有電力系統更多的“備用”和其他靈活性資源來平衡系統，導致系統成本大幅度上升。這一結論不存在邏輯上的問題。有趣的是，德國學者Lion Hirth等人透過長期跟蹤研究發現的“德國平衡悖論”現象再次讓我們開了腦洞：2008-2023年德國的風能+太陽能裝機容量增加了五倍，平衡備用容量反而減少了50%，平衡備用（aFFR和FCR）價格在2008-2020年間也下降了80%左右。這至少表明，波動性可再生能源發電量的增加與備用容量增加不是簡單線性關係，存在著抑制系統成本增速的可能性。
如果我們再進一步拓展思路：隨著零碳能源（包括節能）技術成本大幅下降，構建（一個或多個）以終端使用者為主的分散式零碳能源（電、冷、熱和作為儲能介質的產品）系統，而不僅僅是分散式電力系統，同樣可以起到降低其系統成本的作用。
總而言之，筆者想強調的是，以化石能源為主的能源系統向以可再生能源為主的零碳能源系統轉型，是“百年未有之變局”。其轉型的困難和阻礙不只來自實實在在的“利益衝突”，更來自在應對能源轉型問題時難以跳出的、基於200多年來化石能源系統及其體制機制所形成“慣性思維”，以及由氣候變化倒逼的能源轉型所伴隨的特殊問題和風險。
正如習總書記所說，“我們承諾的‘雙碳’目標是確定不移的，但達到這一目標的路徑和方式、節奏和力度則應該而且必須由我們自己作主，決不受他人左右。”筆者認為，要將習總書記這一要求落到實處，針對實踐中的問題進一步深化對當前能源轉型的微觀機制研究，理解“系統思維”和能源轉型邏輯對提升能源轉型與脫碳“效率”的作用是非常必要的。
本套“國家能源轉型與碳中和”叢書就是上述思考的產物。叢書圍繞當前我國能源轉型與碳達峰碳中和實踐中的前沿問題選題，力圖透過系統深入的理論研究，探尋實踐問題背後的理論本質，並透過不同風格的專著傳播有關能源轉型和碳中和的客觀、理性觀點。
此外，筆者的研究團隊還將與叢書出版機構——經濟管理出版社——密切合作，圍繞叢書的寫作、出版和推廣，透過舉辦系列論壇、釋出會、研討會、委託研究等不同方式“聚合”各界志同道合者跨界交流與合作，共同為推動我國走“可持續”的能源轉型和碳中和之路盡綿薄之力。
朱 彤
2024年6月10日
