鲁玺：2030年，全美20%的电力将来自风能

人文与社会 — 2009-07-13T19:44:55+16:00

学科: 环保
关键词: 鲁玺；新能源，风电；能源大国
摘要: 目前，美国是全球最大的风能产业市场，风能装机容量也是世界第一，但风电在其电力供应中不到2％，预计到2030年美国20％的电力将由风能提供。美国能源政策法案（EPA）、生产税收减免（PTC）、可再生能源发电配额制度（RPS）对风能的兴起，推动力巨大。减少中国温室气体的排放，根本在于调整燃煤为主的能源结构，大力发展可再生能源，特别是相对经济可行的风力发电。继火电和水电之后，风能有可能成为中国第三大电力来源。一、美国风能发展的历史与现状

在自然界中，风起源于太阳在赤道和两极的不均匀照射和地球自转。从这个意义上说，风能最终来自太阳能。据估计到达地球的太阳能大约2％转化为风能，总量非常可观。风能是一种可再生的清洁能源，在生产和使用过程中不会造成空气污染，并且没有温室气体排放。风能的早期利用形式以动力为主，比如带动水泵提水、帆船等；现代风能利用以风力发电为主。随着风力发电技术的日益成熟，风能成为世界上增长最快的电力能源之一。在目前全球气候变暖和新型能源危机的形势下，风能在欧美发达国家已被广泛开发利用，成为减排二氧化碳等温室气体的重要措施之一。在过去十年内，全球风能装机容量保持着每年增长28％的迅猛势头，世界风能总发电装机在2008年底超过了1.2 亿兆瓦。根据全球风能理事会（Global Wind Energy Council, GWEC）对全球风能的展望，到2030年全球风能可能达到23.8亿兆瓦；当达到59亿兆瓦时，风电量将超过目前全美国电力的需求总量。
美国是世界上进行风电开发较早的国家之一。20世纪70年代石油输出国组织成员国家减少石油产量，实行石油禁运，导致原油价格迅速上涨，造成世界范围内的能源危机。以此为契机，美国政府采取了积极的政策措施，鼓励包括风电技术在内的可再生能源技术的研发。以加州为例，风电行业当时可以享有联邦政府和州政府的投资税收减免政策。在这种优惠政策的鼓励下，加州风电行业迅速发展。到1986年，加州的装机容量已达到1200兆瓦，占当时全球风电总装机容量的90％，也使得美国在世界风电产业中处于绝对领先地位。进入20世纪80年代中期，随着原油和天然气价格的回落，美国风能发展开始降温，并在90年代一度出现停滞现象。但与此同时，全球的风电行业仍在持续增长，德国取代美国成世界风电行业的主导者，世界风能开发中心也由美国转向欧洲。到90年代末，风机技术和发电能力在欧美发达国家得到长足的进步，风电成本也大大下降。进入21世纪，随着气候变化问题受到人们越来越多的认同和关注，可再生能源在美国重新受到关注，风能再次成为发展的热点，并呈现空前的繁荣局面。
过去五年内，美国新增装机总量连续处于世界领先地位，并不断刷新以往的记录。去年美国风电新增装机容量达到8500兆瓦，占全国所有新增发电容量的42％，而在2004年这一比例还不到2％。到2008年底，美国风电装机总量达到了25170兆瓦，无论从装机容量还是从风能发电总量上来说，美国都已经超过德国位居世界第一。目前世界上风电装机容量排在前五位的其它国家还有德国、西班牙、中国和印度。美国风能的迅猛发展既得益于风电技术的成熟，更得益于美国针对包括风能在内的可再生能源的激励政策，如美国联邦政府的生产税收减免政策（PTC），以及许多州政府实施的可再生能源发电配额制度(RPS)等。

二、能源政策法案（EPA）和生产税收减免（PTC）

1992年，美国的能源政策法案 (Energy Policy Act, EPA) 制定了生产税收减免政策（Production Tax Credit, PTC），规定1993年12月以后安装的风机可以享受每度电1.5美分的优惠，政策优惠为期十年。该政策实施的前几年里对刺激风能发展收效甚微。这主要因为当时天然气价格较低，风电在享受PTC优惠政策下仍然缺乏市场竞争能力。进入90年代中后期，随着风电机技术的发展和风力发电规模的不断提高，风力发电成本迅速下降。美国风电发展在第一轮的PTC到期前（1999年中期）开始重新抬头，新增近700兆瓦的风电容量。作为美国风能产业仅有的金融政策支持机制，PTC政策对风能发展变得越来越重要。不过，由于PTC只能在有效期届满后由美国国会表决决定是否延长，而且每次延长的有效期又比较短，这种政策的相对不稳定性在很大程度上影响了美国风能产业发展的稳定性。在2000年、2002年和2004年PTC政策期满并因故中断时，美国风电容量年增长出现了严重下滑。PTC有效性失效和更新交替的现象使得美国风电市场增长呈现出“繁荣－萧条”循环的现象。最后一次循环出现在2003－2004年期间。2003年美国风电市场新增容量1687兆瓦，年增长率达到36％；然而，由于2003年底PTC政策延长期满，并未在短时期内得到及时的更新，使得接下来的2004年大部分时间里美国风电行业失去了以往的PTC政策支持，风电新增容量降低到400兆瓦，增长率为近五年最低水平。2005年，PTC政策得到延长，在这一年内，美国风电新增容量破纪录地达到2431兆瓦，跃居全球首位。随后几年，美国联邦政府吸取以往的经验教训，在PTC法案有效期期满之前就对其作出延长。连续的PTC政策保证了美国风电行业的持续发展，促成2006、2007和2008年全美新装机量蝉联全球之首，分别达到达到2500兆瓦、5244兆瓦和8500兆瓦。
在美国新任总统奥巴马今年2月份签署的美国复苏和再投资法案（The American Recovery and Reinvestment Act of 2009, ARRA2009）中，对于风能发展有极大促进作用的PTC政策再次得到延长，有效期更新到2012年底。按照法案规定，凡利用风能、太阳能、地热能、以及“封闭式”生物质能（比如能源作物等）发电的企业，可以在前十年的生产运行中享有2.1美分每度电的生产税收减免。其它可再生能源技术，包括“开放式”生物质能（比如农田和森林废物等）、水电站增容、小型灌溉系统、填埋气发电以及城市固体废物发电享受1.0美分每度电的生产税收减免。由于在当前经济衰退形势下，美国很多可再生能源（包括风能）开发商不能盈利，因此也没有必须缴纳的收入税，为了使PTC政策的优惠性不失去意义，针对新时期的新问题，ARRA2009法案还提出了一套新的由美国财政部管理的资金支持系统，以促进包括风能在内的可再生能源的持续增长。在这一系统的支持下，全美利用风能、生物质能、地热能以及太阳能发电的企业可以从政府获得不高于其资产30％的资金，以取代税收减免（PTC）；其它清洁能源技术可以享受最多10％的资金补贴。美国能源信息署（US Energy Information Administration, EIA）在2009年的能源报告中分析比较了有无PTC经济激励政策两种情况下美国可再生能源的发展状况，并得出经济激励措施能够显著促进可再生能源增长的结论。受益于生产税收减免的延长和ARRA法案的出台，预计美国风电产量将会在2012年翻倍。
实际上，除了美国联邦政府在全国范围内实施的PTC政策外，美国风电发展也受到美国多数州政府推行的可再生电力配额制度（RPS或者RES）的激励和推动。可以说，PTC和RPS的共同作用大大促进了美国风能行业的发展。下文中作者将对RPS制度进行简要的综述与分析，并讨论其对风能行业发展所起到的推动和促进作用。

三、可再生能源发电配额制度（RPS）

可再生能源配额制度(Renewable Portfolio Standard, RPS)始于20世纪90年代，主要在州一级政府展开。可再生能源配额制度的概念来源于加州，最先发表在美国电力杂志（Electricity Journal）上，后来逐渐成为可再生能源发电容量增长的主要驱动力之一。因为RPS制度主要适用于电力生产行业，概念上等同于后来提出的可再生电力配额制（Renewable Electricity Standard, RES）。在开始阶段，各州的RPS作为电力结构调整法案的一部分，后来逐渐形成了独立的法案。不过，目前还有少部分州采用非立法手段建立起这一配额制度，比如亚利桑那州和纽约州通过行政制度的方式，而科罗拉多州和华盛顿州采用投票方式。美国各州府设计RPS制度的形式千差万别，但其核心都是要求可再生能源电力在整个电力供应、生产或者消费中达到一定份额。RPS指标在形式上灵活多样，可以是百分比（％），也可以是发电容量（兆瓦），或者是总发电量（兆瓦时）。RPS没有规定政府资金必须用在特定可再生能源专项技术上，而是一种通过市场化的方式保证可再生能源电力的最小份额。目前，在美国有29个州和华盛顿特区实行了这一制度，涵盖美国电力交易额的50％以上。
RPS政策的实施机制，是建立了一个可再生能源信誉证（REC）的交易市场。交易的“商品”是符合条件的可再生能源产生的电力，通常包括风电、地热发电、生物质发电以及太阳能发电等。REC交易机制鼓励可再生能源开发者之间的竞争，从而实现优先开发最经济优质的可再生资源。在RPS政策下，电力零售者和电力供应者可以通过自己生产可再生电力，或者在交易市场上购买REC来满足电力供应中RPS对可再生电力额度的要求。RPS的额度要求通常会逐年增加，并以年为单位对电力供应是否满足RPS要求进行审核。不能满足RPS要求的电力供应商将会受到不同形式的惩罚。风电生产者可以通过销售信誉证（REC）的方式从交易中获得收益。
由于RPS制度并不规定政府资金必须用在特定的可再生能源专项技术上，而是通过市场化的方式保证可再生能源电力的最小份额。因此，对于可再生能源的界定成为RPS制度实施的一个关键环节。美国各州府在这一环节的运作上存在着很大的差别。在大多数州中，风能、太阳能、地热能以及填埋气都被归为可再生能源的范畴，但在生物质能以及水能发电的归属上存在差异。也有些州对可再生能源的界定比较宽泛，甚至将提高能源效率和燃气发电也纳入RPS指标。此外，RPS通常只针对私人投资的电力企业，公共拥有的电力企业通常能够被赦免（没有可再生电力的要求）。此外，美国各州拟定的RPS制度指标和时限也各不相同，大部分州期待在2010年到2025年间，可再生能源在全州电力供应中所占的比例达到10％-25％，不过到目前为止，还没有全美统一的标准。美国就像是一个RPS制度的实验室，不同类型的运作方式在各州尝试推行。由于上述原因，跨市场的REC交易受到明显限制。因此在全美范围内建立一个统一性的可再生电力配额指标势在必行。
基于美国州府RPS制度存在的这些问题，美国新任总统奥巴马在去年总统竞选中就提出了全国范围两步走的指标：第一步是在2012年实现可再生能源电力的份额达到10％；第二步是在2025年实现25％（又称“双25方案”）。而目前美国电力供应中，水电之外的可再生能源比例仅有3％，而风电在其中所占比例超过1％。美国能源信息署早在2007年的一份报告中就系统分析了25％这一指标将给美国带来的能源、经济和社会影响。该报告比较分析了双25方案和美国能源信息署2007能源展望 (Annual Energy Outlook,2007) 中提出的参照情景，指出为了实现双25指标，需要大力发展目前在能源市场上份额较小的可再生能源技术。从2005年到2025每年需要新增非水力可再生能源发电能力的70％，整个期间可再生能源的发电量将增加13倍。到2030年火电和核电的比例会有显著的下降，煤电下降28％，天然气发电下降11％，而核电将会下降9％。相反风电将会增加8.24倍，而生物质发电也将增加4.24倍。从全国范围来看，双25情景下可再生电力带来的电价增长幅度很小，到2030年每度电价将增加大约0.5美分（与参照情景相比）。当年，美国国会能源与自然资源委员会主席Jeff Bingaman提出了一个新的议案，要求在2021年实现可再生资源电力占电力销售中的20％，而且其中四分之一可以通过提高能源使用效率来实现。究竟多少份额指标合理，目前还是一个美国国会争议的热点问题。正在激烈讨论中的国会新议案比奥巴马总统倡导的双25方案稍显保守，而争论的焦点仍然是最合理的份额。指标太高很难在国会通过；如果太低，又很难促进可再生电力的增加，相反还会伤害到现在走在前面的各个州政府级别的RPS计划。

四、“奥巴马能源新政”与美国风能发展趋势

奥巴马政府对气候变化和可替代能源空前重视。早在2008年的竞选演说中，奥巴马支持清洁能源发展的态度已经十分明确。他曾直言不讳地说：“等我成为美国总统，任何希望鼓励清洁能源的州长将在白宫拥有一个伙伴；任何愿在清洁能源领域投资的公司将在华盛顿拥有朋友；任何愿意参与应对气候变化的国家将在美国获得一位盟友。”此外，奥巴马还倡导对温室气体排放进行总量控制和交易的方式以解决气候变化问题。依据奥巴马提出的清洁能源发展设想，美国2020年和2050年的碳排放水平应分别比2005年的水平降低14％和83％；全球总量控制和排放贸易若能如期在2012年开始，当年可以为美国政府增加790亿美元的盈余，2012-2019年累计可带来共计6450亿美元的收入；预计盈余将拨出1500亿美元投入清洁能源的研发，剩下的将用于低收入户的减税福利。目前，气候变化与清洁能源相关法案仍是美国国会讨论的热点话题之一，美国国会4月初公布的《2009美国清洁能源与安全法案》（The American Clean Energy and Security Act，ACES）的草案是最为全面最具影响力的一个议案。该议案不仅提出到2020年可再生电力达到20％的指标，还明确提出了更为激进的二氧化碳减排目标：在2005年排放量的基础上，到2020年减排17％（奥巴马的提议是14％），到2050年减排80％。法案涉及到美国几乎所有的电力企业和每年二氧化碳排放当量超过25000吨（甚至10000吨）的主要工业企业，比欧盟现行的气候变化法案的覆盖面还要广泛。无论从政策制定还是实施上，建立一个全面的气候政策是一个非常复杂的过程，草案的具体条款还会在美国国会继续讨论修正，但有望在不久将来类似的气候变化法案会在美国国会表决通过。该法案本质上是建立温室气体排放权交易的市场机制，将温室气体排放企业的外部气候变化成本内部化。在这种情况下，传统化石能源的使用成本将会显著增加，可再生能源以及低碳清洁能源与传统化石能源将可以在公平的市场平台上竞争，从而保证了包括风能在内的可再生能源的长期稳定发展。
美国风能储量丰富，在良好的政策环境下，发展潜力巨大。根据2005年斯坦福大学的研究报告以及2009年哈佛大学的研究报告，美国风能潜在可开采量高出现在美国电力需求很多倍。目前，美国已形成全球最大的风能产业市场，累计风能装机容量也是世界第一，但风电在整个电力供应中的比例还不到2％。美国能源部在2008年发布的美国风能研究报告中提出，到2030年美国有20％的电力可以由风能提供。根据美国能源信息署2007年能源报告，从2005年到2030年美国电力需求将增长39％，达到5.8万亿千瓦时。如果20％的电力来自风能，需要风电装机容量达到3000亿瓦，其中500亿瓦来自海上风电场。在20％风电情景下，到2030年风电将取代美国50％的天然气发电量和18％的煤电量；可以减少二氧化碳排放825百万吨，占到预计年排放量的10％以上；可以节约15万亿吨水，相当于美国电力行业用水需求的17％。由于风电生产过程中没有燃料成本而维护成本相对稳定，20％的风电情景还将显著提高美国能源的稳定性和安全性。实现20％的风电需要的物理土地占用量仅仅是美国土地面积的2％到5％左右。20％风电情景所需要的资金现值仅仅高出参照情景（从2006年起无新的风能发展）2％，大约2万亿美金，略大于2008年美国GDP的1/7。该报告特别申明这份研究只是美国在面临20％的风电情景下的技术、生产、就业、电网、环境影响等方面的成本效益分析，并不是对将来风能发展的预测。从最近几年的实际数据来看，美国新增风电容量超过了20％的假设情景，预计风电将会在美国未来的电力行业中占有重要位置。
总体上讲，美国联邦政府推行的生产税收减免政策（PTC）和各州政府实施的可再生能源发电配额制度（RPS）相结合，极大地激励了风电行业的发展，并在很大程度上推动了包括风能在内的可再生能源的开发利用。风能在美国能源结构多样化以及美国向低碳化经济转型的进程中，将发挥越来越大的作用。

五、中国的风能政策与前景展望

中国与美国一样是能源消费大国。自改革开发30年以来，随着经济快速持续发展，中国能源需求和温室气体排放都迅速攀升。目前，中美两国已经成为温室气体排放处于世界前两位的国家。要改变这种现状，减少中国温室气体的排放，根本在于调整以燃煤为主的能源结构；而要调整能源结构，就需要大力发展可再生能源行业，特别是现在相对经济可行的风力发电。与美国相比，中国生态环境脆弱，易受气候变化的负面影响，因此面临更为严峻的挑战。对于可再生能源，中国政府从多方面采取了积极的鼓励政策。随着《可再生能源法》正式生效，中国陆续颁布了一系列的法律实施细则，包括要求电网企业全额收购可再生能源电力、发电上网电价优惠以及费用分摊制度等。此外，中国还在十一五规划中提出了风能在2010年实现10000兆瓦的目标。2007年的《中国可再生能源中长期发展规划》中，正式提出了中国可再生能源发展目标，加快推进风力发电、生物质发电、太阳能发电的产业化，逐步提高可再生能源在能源结构中的比例。2003年，国家发改委推出了风电特许权计划，保证风电场在相当长的时期内保持规定的电价。在这种政策环境下，中国风电也步入了快速增长期。风力发电、风电产业在中国从无到有，最近迅速崛起。与美国风能发展势头相类似，中国成为风能发展最快的发展中国家（2008年新增风电装机容量居世界第二位）。在过去四年，中国风能以翻倍的速度发展，2008年底装机容量达到12,210兆瓦，提前两年实现十一五规划的目标。四年前中国在国际风电行业中还默默无闻，现在已超过印度成为世界第四大风能大国，仅仅低于美国、德国和西班牙。但从总体上来说，中国风电行业目前还处于产业化的起步阶段，积累了一定的经验，也存在着不少问题，政策上有待进一步完善。
与美国相比，中国政府没有采用直接补贴或者税收减免政策，而是基于目前中国电力市场的整体状况，通过特许权的方式进行电价补偿。政府承诺固定发电小时内（满负荷发电三万小时）的规定电价，从而保证了风电开发商的合理利润。此外，电网公司要求与风电特许权项目的中标者签订购买协议，保证全部收购风电可供电量，并保证输电线路连接到风电场。风电特许权项目只针对装机容量大于50兆瓦的大型风电场；较小规模的风电项目采取政府指导电价的政策。与美国PTC政策不同的是，风电特许权项目保证了风电不参与电力市场竞争，而只是风电开发商内部竞争。美国的PTC政策则通过减少税收或者进行资金补贴，使风电达到与传统电力价格相当的水平，从而使其能够参与电力市场竞争。PTC政策不仅保证了开放商较为稳定的收益，也为可再生能源信誉证（REC）交易奠定了基础。由于将来电力价格的变化以及通货膨胀等因素，对开发商来说特许权项目下固定电价的方式还存在一定的风险。在我国电力市场还没有完全放开情况下，特许权制度更适合我国国情，但是税收优惠政策同样值得借鉴，通过对风电场、风电设备制造企业给予适当的税收优惠，促进整个风电产业链健康发展。前几轮风电特许权项目中形成的上网电价过低的问题，使得大多数项目不能赢利，既不利于风电市场吸引多渠道投资，也不利于利用国外先进的风能技术。相信随着特许权投标评审制度的完善，这些问题能够得到解决。
此外，中国也提出了自己的可再生电力指标：2010年非水力可再生电力达到1％，2020达到3％（对于大于5兆瓦的发电企业，目标更为严格，要求2010年达到3％，2020年达到8％）。但是可再生电力信誉证（REC）交易还处在理论探讨阶段。如前所述，RPS是一个以市场为基础的、公正的和在管理上简单易行的政策。中国可以在某些特定区域建立REC交易的试点，然后逐步扩大到全国范围。RPS制度鼓励不同可再生资源之间的竞争，有助于优先开发优质清洁并成本较低的可再生资源，有利于国民经济发展。RPS制度也并非美国特有的制度，在英国、瑞典、比利时、意大利、波兰、日本、澳大利亚等国，都有类似政策以不同名称出台。
从储量上看，我国风能资源也相当可观，分布广泛，其中较为丰富的地区主要集中在东南沿海及附近岛屿以及北部地区。风能开发对中国的西部开发和能源经济发展都具有战略意义。虽然过去几年中国风力发电增长迅速，风电总量占全国电力供应量仅有0.4％，还有很大的发展空间。2007年《中国风电发展报告》预测，2030年中国风能装机总量可能达到26856兆瓦。假如依照这个势头发展，风能有可能成为继火电和水电之后中国第三大电力来源。为此，中国应加快建立更加灵活的激励政策，促进风能技术研发、风机生产以及风电场开发等整个产业链的发展；同时面对温室气体排放，制定积极的应对策略，从而促进节能增效，为包括风能在内的清洁能源发展提供更加强有力的政策支持。

（责任编辑：邓守亮）

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● 鲁玺，哈佛大学工程与应用科学学院博士研究生。

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