可再生能源发电成本已与火电比肩?

世界性的可再生能源成本已急速下降,可再生能源“贵”的常识正在成为历史。本文介绍大规模风力发电厂和百万瓦级光伏电站接连投入运转的美国,其低成本之低很具有冲击性。

在日本仍被视为“成本高”……

在日本,在讨论可再生能源的时候,依然是把成本高作为前提。官方最近一次重新审视发电成本要追溯到2011年举办的成本等检验委员会,发表的时间为同年12月。

当时得出的成本水平大体成了固定价格收购制度(FIT)成本的前提。收购价格在发电成本的基础上,加上了内部收益率(IRR)和系统接入成本。成本委员会的结论显示(2010年版本),每kWh电能的成本,核能为8.9日元(下限),煤炭为9.5日元,LNG为10.7日元,地面风力为9.9~17.3日元,百万光伏为30.1~45.8日元。按照FIT的条件,光伏发电的收购价格虽然从40日元降到了32日元,但其他条件基本未变,成本委员会的估算依然适用。

但是,在海外条件好的地方,现在已经出现了价格低得惊人的长期购电协议(PPA:Power Purchase Agreement)。以美国1kWh的协议价格为例。风力发电的最低价格为2.5美分,3美分左右的协议在不断涌现。光伏发电也出现了期间25年、价格不到7美分的协议。这已经达到了比火力、核能大规模发电还低,至少也与之齐平的水平。考虑到减税的因素,实际会略高,即使如此,价格依然很低。

在风力重镇德克萨斯州,3美分是一般水平

在以风力开发量称雄美国的德克萨斯,1kWh3美分左右的PPA已是一般水平,甚至有创2.5美分纪录的例子。即使考虑到联邦政府按照发电量实施的减税措施PTC(Product Tax Credit),也就是在10年内优惠2.2美分,在最初的10年,价格也仅为5美分左右。考虑到整个协议期,价格还要更低。

除了大规模项目的规模效益,这里还拥有得天独厚的风况条件。其设备利用率(容量因子)高达4~5成。这样的成本水平与火力发电相比也具有竞争力。在页岩气革命把天然气价格拉低到历史低点的情况下,3美分左右的成本,再加上3美分的设备相关成本,至少在新投资领域,风力发电具有竞争力。在德克萨斯和中西部,决定建设火力发电反而需要勇气。

风车的技术革新日新月异,再考虑到天然气价格的上涨和碳价补助,风力发电更是如虎添翼。最近,风力发电采用的技术,很多都能以相同的风速,获得更多的发电量。比方说,在每架风车上安装蓄电池,可相应于风况快速调整叶片角度(间距),通过延长叶片降低发电对风速的要求,以及根据天气预报和电网流量情况,优化控制输出功率的软件技术等。

美国是总输出功率高达6100万kW的风力发电大国(截至2013年12月底),而德克萨斯州拥有1240万kW,在全美首屈一指(资料1)。

资料1.美国的风力发电设置量(2013年12月 累计)
出处:AWEP(American Wind Energy Asocciation)

该州计划建设风力发电2200万kW,正在建设的容量超过700万kW。2013年底,该州耗时6年、投资68亿美元建设的输电线全线开通,为设置1850万kW创造了条件。州内现在的风力发电比例达到了10%。从2008年的4.9%,5年内增加到了原来的两倍。

巴菲特断定“风力最便宜”

如此令人惊讶的低成本不只出现在德克萨斯。在拥有广阔平原的中西部,大型风力发电厂正在如雨后春笋般涌现。因为这里风况好,而且系统与东海岸的巨大电力市场相连。奥巴马政府的绿色新政考虑到了这条“风道”。在风道之上,坐落着许多预计要裁员和关闭的汽车、煤炭火力发电企业,风力发电在承接雇用上也成为了众望所归。风车制造属于旋转式的机械产业,相关设备将供应给发电公司。

稀世罕有的投资家沃伦·巴菲特断定“风力发电最便宜”。2013年12月,巴菲特执掌的能源开发公司“中美能源公司”(MidAmerican Energy)与西门子签订了10亿美元的风力发电设备采购协议。而在此之前,巴菲特曾明言要在爱荷华州投资20亿美元进行风力开发,至此,其中的2分之1已经兑现。该州州长布兰斯塔德称赞这次的风力项目是“爱荷华州有史以来最大的经济活动”。而且,西门子的风车工厂地处该州,还有望起到拉动就业的效果。

巴菲特高度评价风力的成本竞争力,认为风力是取代老化的煤炭火力的最佳选择。而投资风力的摩根士丹利(Morgan Stanley)也在2013年11月举办的研讨会上,高度评价了风力发电在中西部地区的成本竞争力。在当地不乏设备利用率超过50%的项目,其长期协议单价有望达到2.5美分。

奥斯汀市的光伏发电步入新阶段

德克萨斯州州府奥斯汀市有民营电力公司“奥斯汀能源”(Austin Energy)。该公司铸就了光伏发电史上一座辉煌的里程碑。

该公司将在25年中,以1kWh低于5美分的价格向SunEdison购买15万kW的光伏电力。对于这一交易,在3月7日的《奥斯汀美国政治家报》(Austin American-Statesman)报道后,3月10日的Greentech Media也作了跟进。下面,笔者基于二者的报道,结合自己的感想,介绍该交易的情况。

奥斯汀市为应对气候变暖及稳定采购低成本电源,提出了大幅扩增可再生能源采购的目标。到2016年,要把可再生能源在发电量中所占的比例提高到35%。现在,以风力为中心,这一比例已经达到了25%。该市已经签订了85万kW的风力发电购买协议。

除此之外,该市还制定了在2020年之前,使光伏发电的使用量达到20万kW的目标,光伏发电活跃的舞台今后将越来越多。采用风力的一个目的是替代煤炭火力,而光伏发电更大意义上则是确保峰值功率。现在,该市的电力需求不断增大,高峰时的系统受到的限制也越来越大。

略低于5美分的价格水平并非是一时性的。响应奥斯汀市征集的企业有30家左右,其中大多数与SunEdison相比毫不逊色。也就是说,SunEdison并不是冒着亏本的风险提出这样条件的。

条件中包含了联邦政府的免税措施。光伏发电的代表性援助措施中有一项是30%的投资减税(ITC:Investment Tax Credit),一般都会利用。另外,还可以选择在10年内享受2.2美分/kWh优惠的PTC。ITC适用的项目费用有限,不同项目的适用范围各异。适用范围是总项目费用的80%时,去掉补助的成本为6.6美分。而选择PTC的话,成本约为5.6美分。

能够实现低成本的理由

成本为何这么低?这里面当然有光伏发电系统成本降低的原因,作为买方的奥斯汀能源也是一大因素。该公司的财务内容严谨详实,评级也比较高。能够享受大规模协议的规模效益。协议在最初预定的5万kW的基础上追加10万kW,共计15万kW。交易相关者指出,规模效益在削减财务费用方面特别有效。

一般来说,金融机构会策划出整合风险评估与减税等政策支援的金融商品。随着光伏发电项目相关数据的累积,风险评估变得容易,如果规模够大,审查成本也会随之降低。要想让可再生能源项目的成本降低,压缩财务成本是一种有效的办法。因为在超长期协议中,财务成本所占的比例会增大。

另外,为了避免在与其他地区的采购竞争中处于劣势,奥斯汀市公布了每种电源的的采购条件,也就是采购成本的范围(资料2)。

资料2.奥斯汀能源不同电源的成本

电  源 采购成本(¢/kWh) 备   注
风力 2.8~5.5 14/2签订协议的30万kW
光伏 4.5~5.5 14/3接受提案的15万kW
光伏 16.5 2009年认证
木质生物质 9~16 12年投入运营
天然气 7
煤炭 10
核能 13

(出处)奥斯汀能源

风力为2.8~5.5美分,光伏发电为4.5~5.5美分,木质生物质为9~16美分,天然气为7美分,煤炭为10美分,核能为13美分。其中,可再生能源是长期协议价格,而火力和核能可认为是参考了电力交易市场的采购价格。在夏季,因为市场价格飙升,所以均价较高。采取夏季峰值对策的诱因也会提高。这时,适合峰值的光伏发电和消费错峰将发挥出效果。光伏发电的价格如今已经降低到了2009年的1/3左右。

奥斯汀市以30年的平均成本来作判断。此时,到20年后,燃料成本为零的可再生能源完成了折旧,优势还将更大。德克萨斯州的电力系统是独立的,因此该州的能源环境可产生影响。虽说其风力、光伏发电的条件在美国国内都算很好,但因是电力自由化的先进州,一级市场发达,所以剩余电力并不算多。总而言之,是市场原理在发挥作用。

纵观整个德克萨斯州,供应的扩大没能赶上需求的不断增长,丰富的光伏发电除了用于峰值之外,其发电量也开始受到期待。在该州,光伏发电的规模今后无疑还会越来越大。日照时间长、适用面积辽阔的德克萨斯也有其独有的优势。如上所述,德克萨斯风力发电的建设量一骑绝尘,占到了全美的20%,而光伏发电虽然潜力巨大,但其占比却不太显眼(2013年度的累计排名名列第八)。

该州发展光伏发电项目的开端,是2013年12月在圣安东尼奥市内开发的4万kW光伏电站。在该处建设的容量最终将达到40万kW。奥斯汀这一可以称之为史无前例的协议,将会对德克萨斯州的电力采购思路产生巨大的影响。

第一太阳能的协议价格两年减半

在奥斯汀市的采购案之前,最便宜的协议应该是第一太阳能与新墨西哥州的阿尔帕索电力(El Paso Electric)签订的协议:输出功率为5万kW,期限为25年,价格为5.79美分/kWh。在2013年1月公开后,因为价格破天荒地跌破了6美分而成了人们关注的焦点。适用该价格的发电站是第一太阳能从2011年开始开发的Macho Springs Solar Project,与之前投入运营的两个项目相比,价格不到后者的1/2(两个项目的价格高于12美分)。

但是,其成本除了联邦政府的ITC,还包含了地方府提供的PTC。与之相比,奥斯汀的5美分虽然不包括地方政府的PTC,但推测该项目满足该业务的采纳条件,因此其价格还要更低。

2013年1月是美国前能源部部长朱棣文宣布辞职的时候。朱棣文在最后一封信中,回顾了任期内的点点滴滴,最先提到的便是光伏发电的成果。

前能源部长朱棣文引以为傲的成果

信中写道:2011年开始的太阳能计划提出的目标,是到2020年,使发电站规模的项目的建设费用降低到1美元/瓦以下,使生命周期的能源成本(LCOE:Levelized Cost of Energy)降低到1kWh6美分以下。这一水平低于煤炭和燃气,与页岩气相同。产业界最初是半信半疑,直到最近,越来越多的人开始相信这个目标能够实现。

第一太阳能经营的业务,是利用低成本高效率的化合物半导体碲化镉制造薄膜模块,该公司长年致力于压缩成本、提高效率等计划,享有上佳的口碑。但是,随着中国制造商推行量产战略,供需平衡被打破,模块的价格大幅下跌,受此影响,该公司的股价也出现了暴跌。面对这样的局面,该公司积极采取行动,向下游拓展业务范围,特别是发电站的建设和运营,在扩大收益机会的同时,第一时间推行了压缩总体成本的业务模式。其效果已经显现。随着系统成本的稳步下降,该公司的收益开始回升,一落千丈的股价也已经回暖(资料3)。

资料3.第一太阳能的股价变化(过去2年)
出处:纳斯达克

与第一太阳能的新墨西哥业务相比,前面提到的奥斯汀的事例成本更低,在其基础上又向前迈进了一步。除此之外,低成本的协议还有许多。2013年底,有报道称,科罗拉多州的实力派电力公司ExcelEnergy签订了低于6美分的协议。另外,在起步较晚的东海岸,光伏发电也在逐渐普及。北卡罗来纳州最近出现了低于7美分的PPA,由此可见,建设低成本光伏电站的潮流已经扩大到了美国全国。

此文介绍了可再生能源发电成本骤降、正在逐渐巩固主要电源地位的情况。在今后,随着屋顶光伏发电的激增,光伏发电预计还将继续快速增加。不只是美国,至少对于最近的项目,成本高将不再是探讨可再生能源的前提条件。

但是,会因天气变动的可再生能源发电究竟能够普及到怎样的程度?按照过去的常识,受到系统的限制,可再生能源在达到一定的规模后,将很难继续普及,成本也将居高不下。最近,IEA和欧美正在认真探讨这一问题,其中也出现了“不用增加太多的成本,也能使可再生能源得到广泛普及”论调。对此,笔者将另文介绍。

 

来源:中日技术产业信息网