博客
博客
博客
当前位置:首页 > 博客
得克萨斯是如何从油气州变成风电光电州的

  Jon Creyts,落基山研究所常务董事;Kate Chrisman,落基山研究所部门总监

  在中国辽阔的土地上,西部地区拥有丰富的风、光资源,地下蕴藏着大量化石燃料,但却土壤贫瘠、人烟稀少。而在东部沿海地区,光照和风力资源较少,但城市人口与工业发展飞速,电力需求也不断增长。因此,政府必须采取措施将西部电力输送到东部,美国得克萨斯州的情况跟中国很相似。

  两者的相似之处不仅仅体现在地理上:中国和得克萨斯州都建设了高度独立的电网(与美国其他地区不同,得克萨斯州并不向邻近的其他州电网购买或出售电力),两者都敢于实践创新的市场解决方案,并追求更加稳定、低廉和清洁的电能。

  解除管控

  20世纪90年代得州就开始大胆改革,解除对电力部门的管控。过去,这里的消费者无法自由选择电力供应商,电费高低与燃料成本密切相关。但到了2002年,情况突然发生了改变,对电力部门实施去管控化的新立法出现了:

  分解电力服务的各个方面,将过去一体式电力公司分为发电企业、输电企业和电力零售企业;

  为发电企业创造了一个电力批发市场,用简单的容量计价方式补偿基于动态供需关系销售的能源;

  保留了对输电网络的管理,保持稳定的电力输送并协调大规模基础设施建设需求;

  允许零售电力企业通过价格和服务竞争,促进新企业进入市场并鼓励消费者选择最适合自己的服务供应商。

  解除对市场的管控并不是简单地放任自由。得州制定了积极的发展目标,包括提高可再生能源利用比例、控制能源价格、通过州内独立系统运营单位得克萨斯电力可靠性委员会(ERCOT)为2400万人民提供稳定的电力服务等。

  为了鼓励发展更多可再生能源,得州在1999年签署了可再生能源配额制度法案。该法案要求电力公司逐步购买更高比例的可再生能源电力。伴随而来的是风力发电企业为了满足法案的蜂拥而至和输电设施发展的滞后。由于德州西部电力无法被送往东部,2002年风力限电比例高达32%。在得州的某些区域,风力发电装机几乎是输电设施输电能力的两倍。

  因此,得州需要研究如何建造新的输电线路。过去,只有在原有输电线路被新增装机满负荷使用时,才会建设新的输电线路。而风电发电企业并不情愿自己出资修建这些线路,并且随着风电装机增加,(由于限电问题)被浪费的能源量也在增加。

  相对于研究某一特定项目是否应批准建设新的输电线路,得州则着眼于电网整体稳定性。通过研究新的输电线路是否能够对电网整体带来积极的影响,个体风力发电企业不再需要证明一条线路是否能够被充分利用或自行出资建设。

  这一改变促成整个得州投资了70亿美元建造新的输电系统,新增线路总长接近5800公里。这部分投资通过向州内电力消费者征收监管部门核准的输电费来收回。随着更多高压输电线路的投入使用,风电限电情况从2009年的17%降低至2014年的0.5%,与此同时风电装机却几乎翻了一番,从9GW增长到了16GW。

  风能大发展

  在20世纪中期,当美国天然气价格上涨,州内人口不断增加,为了满足工业部门急需的大量电能,得州兴建了一批燃煤电厂。与煤炭相比更清洁的天然气价格在2008年后开始骤降:从2008年6月的12.69美元/百万Btu降至一年后仅3.8美元/百万Btu。现货价格也一直保持较低水平:2008年7月仅为2.82美元/百万Btu。这使得同样作为化石燃料的天然气在较短一段时间内成为满足新用电需求的首选发电方式。

  但硬成本不断下降的太阳能和风力发电方式正在开始挑战燃煤和燃气发电的经济优势。由于得州启用的是经济调度制度,即可变成本最低的发电厂优先运行,可再生能源电力不出意外地战胜了化石燃料电力获得了优先调度。

  与煤炭和天然气不同,风能几乎是免费的。中东的紧张局势,华盛顿的政治波动或油气网络管道某处发生的爆炸等事件并不会影响风车转动的成本。相反,随着科技不断进步,设备越来越便宜,硬成本还在不断下降。而随着创新的商业模式的出现,软成本(如安装成本和融资成本等)也在降低。

  从1995年到2013年,得州关闭了超过2GW装机容量的燃煤电厂。同样,具有类似装机容量的燃气电厂也被封存。自2002年起,还有1.26GW装机燃气电厂退役。而曾经保证过会带来高额回报的新建燃煤电厂计划也在糟糕的经济性和政治压力影响下销声匿迹了。

  随着燃煤和燃气电厂运行时间减少或被关闭,得州的可再生能源市场开始爆发。从2000年到2015年,风电装机容量增长了90倍,达17.7GW。与美国其他地区相比,该数据十分突出。在2000年,得州的风电装机仅占全美风电总装机的7%,是加利福尼亚州(美国清洁能源发展最积极的地区之一)风电装机的十分之一。但2015年,得州的风电装机贡献达到了全美总量的23%,比加州风电装机高出2.8倍。此外,还有5GW装机的风电项目正在建设当中。

  市场去管控化和增加基础设施的政策将得州西部充足电能输送到了东部人口密集地区,并使得州自2006年起至今一直享有“美国最大风力发电地区”的美誉。此外,得州的太阳能发电装机排名全美第十位。而得益于为风电而建设的高压输电线路网络优势,将会有更多大规模电力公司太阳能发电场在得州西部拔地而起。

  随着化石燃料向清洁、可再生能源转型,实时批发电力市场也得到了飞速发展。相对于需要为每度发电量花费燃料成本的燃煤和燃气等高边际成本发电方式,实时批发电力市场更欢迎风电和太阳能电力等低边际成本发电方式。

  得州通过市场设计克服的另一大障碍是如何解决可再生能源的可变性。通过将电力市场常见的15分钟增量窗口缩短至5分钟,可再生能源发电者能够通过实时天气观测技术更准确地预测可再生能源发电变化,从而更好地参与市场竞争。这种模式不但保证了持续的系统可靠性,还有利于复杂的竞争方式及可再生能源吸纳管理方式的开发。

  虽然得州电网相对独立,但联邦政策仍然会影响这个市场。在去管控化之后,得州批发电力市场上出现了一系列的价格变化。美国联邦可再生能源电力生产税减免(PTC)政策对每兆瓦时风电提供了最高15美元的税收减免福利,这是全美风电市场的一个利好。但在得州,在低需求但强风时期(即供大于求),有时现货电价可能成为负值。

  这种现象完全颠覆了电力市场:与传统的生产电力获得回报不同,发电企业甚至宁愿向系统运营者支付费用来使其所发电力能够上网。从经济学和市场规则设计方面来看,这是可以理解的。但当这个现象发生时,对于市场参与者而言,却是令人震惊的。这种现象虽然有利于风力发电企业,但它却进一步压缩了其他形式发电企业的利润空间,因为它们在现货电价为负值时,无法获得联邦基金的担保。

  零售部门大发展

  各种发电方式比例和输电基础设施的显著变化在电网基础设施侧不断发生,消费者用电方式转变的影响也丝毫不亚于前者。通过细致的市场设计,得州的电力零售企业对争夺消费者的竞争将比美国其他任何地区激烈。

  得州零售电力市场的去管控化为每个家庭和企业创造了直接竞争机会。以消费者为中心的企业推出了定制化服务,而不是单纯售电。这些零售企业以中间商的角色,从去管控发电者处购买电力,再通过电网基础设施将其销售给消费者。新的零售企业与消费者直接对接,销售具备不同可靠性特点的更清洁的电力,并且电价可以根据消费时段的不同而发生变化。

  与其他服务相关联的创新电力服务方式也随之产生,比如需求响应或可中断电力、电动汽车、分布式发电和标准化电费账单等。这对于消费者而言,是极大的利好。例如,在2002年去管控化政策刚开始适用于普通家庭用户时,可供达拉斯-沃斯堡地区住宅用户选择的只有来自10家零售商提供的11种价格套餐。而到了2012年底,这些消费者的选择面已经扩展到了来自45家零售商提供的258种不同价格套餐。

  要想使更多新企业参与竞争,繁荣市场,需要政府制定创新的市场规则。在去管控化的初期,得州颁布了一项定价保护措施,确保新晋服务零售商能够获得合理的利润,而不被具有强大市场能力的原有电力公司踢出市场。竞价底限(PTB)机制是一项促进竞争市场形成的关键创新。因为大部分电力公司都是固定成本企业,已经拥有大批用户的老牌零售企业较容易承担短期亏损,将价格降低至新晋企业无法承担的水平,从而留住客户。

  PTB机制为州内所有现存电力公司设置了最低基准电价水平,但允许新的市场参与者设置比基准水平更低的电价。该基准电价经过精确计算,能够确保新晋企业的定价合理且符合平均电力服务成本。这一定电价保护机制持续了五年,给予市场足够发展时间,并让消费者能够明智地选择电力供应商。

  到2007年,一个繁荣的竞争市场已经成型,越来越多的电力零售供应商都能够实现利润。而在消费者一边,从2002年去管控化制度开始至今,已有超过五分之四的商业及工业用户以及超过五分之二的居民用户至少更换了一次电力供应商,这说明消费者在积极地根据自身需求选择服务供应商。

  区域竞争力提升

  解除电力市场管控、优化和扩展州内基础设施、制定可再生能源发展目标、促进零售竞争以及利用联邦税务减免红利等措施帮助得克萨斯成为了美国最具活力的电力市场之一和电网包容清洁能源方面的领导者。

  但这个转变并未立即给消费者带来更低的电价。由于在基础设施建设方面的投资和见利抛售行为的发生,得州电价在2003年-2009年间与美国平均水平相比有所升高,导致得州电价从低于全国水平上涨到了高于全国水平。

  但在度过初步转型和投资期之后,由于加强竞争和纳入低成本可再生能源等措施,得州的优势开始凸显,到2015年,这里的电价已比美国平均水平降低了17%。

  电力零售企业和消费者并不是市场去管控化获得成功的唯一受益者。可再生能源的蓬勃发展也带动了清洁能源产业的大幅增长,为靠近城市中心的区域提供了更多本地工作岗位。在得州,有2.4万人工作在风电领域,高于美国其他任何州。并且越来越多的清洁能源企业和创新者(从研发中心到生产商再到零售商和融资人等)都将业务发展到了得克萨斯,来支持当地产业发展。

  从20世纪90年代起,得州在制造和销售电力方面就开始了深度的改革。去管控化引入了更多竞争,使消费者能够在传统电力公司和新晋电力零售企业之间进行选择,鼓励零售企业大胆创新,并推动该州成为了全美可再生能源的领袖。

  随着得州跻身去管控化的成功案例,它还为如何能够高效解决各种挑战提供了宝贵经验——保持批发电力市场的精简,将公共基金投入电网来保证私有企业竞争,为创新的零售商创造受保护的生存空间,以及预判国家政策对区域市场的负面影响。得州的案例还告诉我们,电力市场转型过程中,在电价真正下降之前会发生成本的暂时性上升。

  如今,可再生能源发电装机只占得州发电总装机10%,因此,向清洁能源经济的转型还远未完成。但改革已经开始,新的电力系统已经建立了坚实的市场基础,在此基础之上将会出现更多的风电场、太阳能电场、零售电力企业以及满足消费者能源需求的创新解决方案。

  几乎没人会预测到美国最重要的石油产区有一天会成为世界上清洁能源市场发展最快的地区。得州电力转型所经历的历史和挑战与中国当今的处境明显相似。但其中一个重要的不同是:得州当时并没有一个基于市场的可再生能源转型案例可以借鉴。

  文章原载于《财经》杂志