布鲁金斯学会：寻找廉价清洁的能源——低碳与无碳排放发电技术的净收益

        布鲁金斯学会于2014年5月发布的名为《低碳与无碳排放发电技术的净收益》的报告，分析了电力行业中五种零碳排放或者低碳排放发电技术的成本与收益。这五种技术分别是风力发电、太阳能发电、水力发电、核能发电以及燃气联合循环发电（联合循环是一种使用多种热力学循环串联来获得更高热效率的方法）。前四种为零碳排放技术，后一种为低碳排放技术。

        研究人员通常会使用“均化成本”（Levelized cost）来比较各种发电技术的成本。均化成本，也就是发电厂生产每兆瓦时电力的成本，它=产能（固定）成本/电厂每年发电量的兆瓦时数+每兆瓦时电量消耗的能源成本。然而，该报告认为这一方法存在缺陷。

        事实上，当电价较高时（即用电高峰时段），如果拥有高均化成本的电厂能够更有效和更便宜地发电，那么拥有高均化成本的电厂可能比拥有低均化成本的电厂更有价值。

        比如，水电站（高均化成本）在用电高峰满负荷运转时，几乎能以零边际成本发电。水电站的均化成本比化石燃料电厂的高，但如果化石燃料电厂在用电高峰时的能源成本很高，水电站就可能更有具盈利性。相似地，白天（用电高峰）提供电力的太阳能电站可能比晚上（用电低峰）提供更多电力的风电站更有价值。

        因此，该报告提出了一个新的比较方法，即计算每种技术每年的成本与收益，然后比较它们生产每兆瓦电力的净收益。这里，收益指的是：所避免的二氧化碳排放，所避免的能源成本和所避免的产能成本。成本指的是：二氧化碳排放，能源成本和产能成本。有些技术有其独有的成本，比如核电站退役以及处置核废料是非常昂贵的。而由于风力、太阳照射和水量存在不确定性，为保证发电量的稳定，风能、太阳能和水电站会产生额外的成本。

        通关计算相关数据，报告得出的结论如下：

        假设每吨被减少的二氧化碳排放量价值50美元，天然气价格不高于每百万英热单位（1磅水升高华氏1度所需要的热量）16美元，核电、水电以及燃气联合循环发电的净收益远远超过风能和太阳能的净收益。

        这是因为太阳能和风能的产能成本非常高，容量因数（全年实际发电量/理论上全年最大发电量）却非常低，可靠性也低。

        在同等的可靠性条件下发同样多的电，燃气联合循环电厂需要投资100万美元，而太阳能电厂需投资大约2900万美元。太阳能光伏板价格的下跌已经降低了太阳能电站的成本，但是光伏板只占太阳能电厂成本的一部分。在没有政府补贴的情况下，这并不能使太阳能更具竞争力。

        风能在减少碳排放上比太阳能要经济的多，但是却比不过水电、核电和燃气联合循环发电。风力电站在容量因数大于或等于30%的水平上运行时，发同样多的电要比燃气联合循环发电厂贵出一倍。风能缺乏可靠性，在同等可靠性的情况下发同样多的电，燃气联合循环发电厂需投资100万美元，风力电站则需1000万美元。

        如果向使用化石能源的电厂征收碳价格，低碳和无碳能源电厂能最有效地避免排放。但如果没有合理的碳价格，无碳排放电厂将会取代低碳排放的燃气联合循环电厂，而不是高碳排放的燃煤电厂。碳价格必须足够高，才能使得燃气电站比燃煤电站更受欢迎，燃气联合循环电厂每生产一兆瓦电力的排放量仅是燃煤电厂的三分之一，以燃气电站替换燃煤电站能有效地减少二氧化碳排放。然而，在欧洲和美国参与“区域温室气体倡议“的州的碳价格都太低，尚不能鼓励使用天然气来代替煤炭。实际上，燃煤电力生产和碳排放在英国已经升高了。

        美国环境保护署对于水银、二氧化硫和氮氧化物的排放，对于污水和灰尘处理的规定变得越来越严格，这将提高燃煤电厂的运营成本。再加上对于燃煤电站的二氧化碳排放的直接规定，这些规定将会产生与征收碳价格一样的效果。然而，对于发电厂和消费者来说，拥有较高碳价格的碳排放交易系统可能比直接对二氧化碳排放进行调控更为经济。

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本文原题“THE NET BENEFITS OF LOW AND NO-CARBON ELECTRICITY TECHNOLOGIES”，2014年5月发表于布鲁金斯学会网站。作者小查尔斯.R.弗兰克为布鲁金斯学会非驻所高级研究员。余叶编译。