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分析ETS体系下发展可再生能源对碳减排的影响
2019-06-28 中国电力新闻网
ETS体系下发展可再生能源对碳减排的影响分析
 
多年来,德国在全球能源转型领跑梯队一直稳占一席。早在2010年,德国联邦议会就通过批准了《能源方案2050》,旨在2050年实现德国80%电力来自可再生能源,并配合这一目标制定了一系列中间年份目标:2025年达到40%-45%,2030年达到50%,2040年达到65%。
 
在这一政策的指导下,以风电、光伏为代表的可再生能源在德国电力系统中的份额越来越大,到现在已经占到了德国年用电量40%的份额。然而,从减少的结果来看,2000年至2017年,德国电力部门的二氧化从3.7亿吨下降到3.3亿吨,年均下降率为0.7%。不得不说,德国碳排降低的程度的确不算大。
 
因此,关于德国能源转型是非成败的争论也一直不绝于耳,争论的焦点包括:碳排放是否真的减少、是否提高了消费者的电费、目标是否可行以及最终的成本如何等等。
 
笔者认为,这些问题对中国能源转型和可再生能源的发展都具有启示与借鉴意义。当然,上述问题很难在一篇文章的篇幅中得到全部解答,本文将通过对欧洲碳排放交易体系的分析,分析和讨论德国可再生能源扩张对的额外影响以及程度方面的问题。
 
要讨论德国的能源转型与碳排效果,先要界定时空范围
 
在所有的讨论之前,我们先要介绍一个概念,即欧盟在2008之后建立起的“碳排放交易体系”(ETS),该体系通过逐步降低能源设施排放温室气体的总量上限,来减少欧洲各国的碳排总量,并在该上限内通过调节企业购买或获得的配额来控制企业的碳排行为。
 
作为这个体系的一部分,德国通过电力交换、货运、贸易等方式与其他国家存在广泛而不可忽略的联系。因此,探讨ETS体系对整个欧盟排放的影响,比仅仅讨论“德国的碳排放到底是增加还是减少了”更有意义—— 比如是否存在一种可能性,虽然德国的碳排放增加了,但却带来了欧盟范围整体碳排更大程度的减少。那么,这样的结果对于全球的碳减排事业也是有益的。
 
基于这样的假设,如果我们只探讨德国,那么其与周边国家广泛存在的这些内含碳排放就存在“泄漏”,这实际上会降低所有讨论结论的可靠性。因此,本文接下来关于德国能源转型和碳排放的讨论,会把对德国碳排“增加”或“减少”的讨论的地理范围设定为欧盟整体,而不仅仅是德国自身。
 
同样,“增加还是减少”也需要界定一个时间范围。原因在于,静态的问题往往简单,而动态的问题会异常复杂以至于到无解的程度。为了一般性,本文的讨论仍是基于“静态”而言的:即在未来某个时点,通过其他政策(比如固定电价FiT)发展可再生能源,同只有碳排放交易体系、而没有可再生支持政策的情况相比,碳排放是会增加还是减少。
 
其次,这是一个“反事实”问题——假如不发展这么多(装机的60%以上,发电量的40%)风电光伏,碳排放量又会如何变化?
 
这个问题的回答并不是那么显而易见。现实的因素往往都是相互联系的,特别是结构因素与地理因素。但是,借助于一些方法论工具与模型的仿真,我们仍旧可以得出一些比较一致性的结论。
 
作为底线,至少有一点很明确:不能把核电减少、并在很大程度上由煤电“顶上”所带来的碳排放增加,跟可再生能源的发展直接联系起来。这两者其实没有因果关系,而是部分新闻媒体解读碳排放量变化时常犯的错误。
 
ETS覆盖下所有的额外减排政策都是徒劳的?
 
明确了ETS的概念,并限定了讨论的时空范围,我们终于可以来尝试回答笔者开头提出的问题。
 
根据ETS的设计,既然欧盟整体已经设定了排放的最大限额,那么,任何的减排行动改变的就只有整个市场的供需情况,从而影响市场的,而不是影响碳排放量。
 
但是,现实的复杂程度往往比这个理论要大几个数量级,主要表现在:
 
首先,仍然存在一些部门是不在ETS覆盖范围的。比如ETS实际上只覆盖了大约50%的碳排放量。而电动汽车相当于把不在体系中的交通燃油排放转化成了体系中的电力排放。因此,它将是净减排的。
 
其次,存在跨期的存储、预借可能性。如果人们普遍预期因为可再生能源大发展带来成本下降,导致减排要求提升、排放总量进一步收紧,从而未来的配额可能会更紧张、碳排放权价格则会预期出现上涨,那么人们会倾向于存储配额。这种发展可再生能源会带来当期排放的减少。那么,远期碳排放会增加吗?如果未来可再生能源完全成为商业可行的选择,那么这种配额的价值就有归零的可能(存储的投机行为失败),从而使得“未来不排放”成为标准行为。因此,动态的分析不一定必然得出远期碳排放增加的结论。
 
再次,存在一些国际补偿机制。比如在2005-2012年间火遍我国的清洁发展机制()。如果德国的单边减排行动严重打击了市场的格,使得无利可图了,那么相比没有这种单边行动,无疑欧盟本身的排放量需要下降以满足配额要求。
 
最后,存在配额内与配额外的部门间要素流动等复杂的互动。Jarke and Perino的研究是这方面的一个例子。他们的研究显示,额外的可再生能源发展是增加了还是减少了碳排放,关键在于终端电价是否上涨这个因素。
 
关于这个研究我们可以再稍微展开解释一下。
 
电力部门受到碳排放总量的约束,而可再生能源仍旧享受着额外的支持政策,其在系统中份额不断增加。如果电力现货短期市场得以发挥作用,这种份额增加会压低电力行业的成本价格,从而引发资本、劳动力等生产要素向电力部门流动,间接导致而其他部门的经济活动水平下降,从而总体排放下降。
 
当然,根据Jarke and Perino的研究,如果这种支持可再生能源的政策是通过调整电价,而不是一般的税收循环实施的,那么,资本、劳动力等生产要素将从电力部门转移至其他部门,即终端电价的上涨往往意味着非电力部门经济活动水平的增加,从而增加总体的排放水平。这将是最终排放增加还是减少的主导因素。
 
那么,现实的政策技术与经济环境下,在欧盟ETS覆盖下,德国发展可再生到底是否增加还是减少了长期的欧盟碳排放呢?这个问题太复杂了,我们只能把一些条件推到极致才可能认识清楚。如前所述,对于ETS覆盖的部门,这种电力系统的变化(比如结构、电价、各国电力流贸易)都是无关乎排放的,因为它只会影响整个ETS的碳价格,而不是排放。那么当我们衡量碳排放是增加还是减少时,我们需要考虑ETS外的部门,这其中建筑与交通是两个主要的部门。
 
对建筑部门而言,发展可再生能源带来的电价上涨效应会打击建筑部门的电力消费,但是可能很难带来电力与其他能源的替代,比如燃气采暖与炊事的变化。这一能源服务往往跟建筑一起固化,且跟生活习惯、食品文化的关系更加紧密。因此,这个部门的碳排放更多受到电价以外的其它因素的限制,仅受到电价单因素的影响,排放产生改变的概率较小。
 
在交通领域,电动汽车是个减少排放的因素。可再生能源发展对电动汽车可能有所推动,因为有一些电池与电机材料可能存在“网络关联”,有共同创新进步的可能性。对消费者而言,抬升的电价是否抑制了其交通出行行为(收入相对下降,度假外出减少),程度不甚清楚,但是无疑也是减少排放的因素。
 
“德国经验”对我国的借鉴意义
 
前文阐述的逻辑同样也适用于中国。在把条件推到极致、主要考虑ETS没有覆盖到的部门的情况下,我们可以试着来衡量如果我国发展了碳市场,会对碳排放产生什么样的影响。
 
在可以预见的几年内,如果我国的碳市场得以顺利运行,那也将是电力部门的碳市场,相当于电力部门收了。
 
这种情况下,至少有超过50%的排放并不在ETS的覆盖范围之内。我们可以想象如下一个情景:
 
在通过“可再生能源附加”的方式支持可再生能源的同时,有越来越多的部门纳入ETS体系。如果未纳入的部门又缺乏碳税等补充措施的话,由于发展可再生能源意味着电价的上涨,于是更多的投资与生产资料转移到那些不被ETS覆盖的部门,从而引发排放的“泄漏”。
 
到这里我们推导出,尽管从政策上支持了发展可再生能源,但是在ETS的排放限额下,减少碳排总量的效果还是会受到影响。而为了抑制这种排放的额外泄漏,其他部门要么应该尽快地纳入排放体系,要么辅以征收额外碳税等其他政策手段。
 
总结
 
所以,回答本文开头的问题,我的答案只可能是一个复杂而充满不确定性的“是的,碳排放减少了,但是这种减少在未来能否持续面临许多挑战”。欧洲与德国,目前也恰好走到了这样一个“各项政策是否协调一致”的十字路口。
 
而是否使用其他手段直接关停高排放的基础设施(如煤矿、煤电厂、高耗能工业等),或者出台碳税等工具,也日益成为讨论的主题。在ETS形成的碳价格总是无法足够反映社会成本的情况下,这些辅助性政策的作用与效果将更多的被强调,并且它们的效果必须及时反映到对未来排放限额的更新上。否则,政策之间存在互相抵消的可能性。
 
最后需要明确的是,本文的所有讨论,都是基于“使可再生能源达到更大份额”的前提条件,对长期减碳排效果的不确定性分析,而这种不确定性源于ETS系统的总量控制。正如《能源转型加速度:中国风电光伏发电的协同效益》报告所陈述的可再生能源发展逻辑, 碳减排只是更快发展可再生能源的一个原因,其他有关经济、技术进步、能源安全等方面的考量,也都在不同维度提升了这一议题的理性程度。
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