威廉希尔

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脱碳之路第一期:电力

继2015年首次发布《气候变化:资产组合分析报告》和2016年发布的《巴黎气候变化大会后的资产组合分析报告》之后,威廉希尔于2020年9月发布了2020年度《气候变化报告》。该报告提出了两个全新的情景:一是遵循《巴黎协定》的脱碳行动路径,目标是到2100年将全球气温升幅控制在1.5℃以内;二是动态、非线性的“气候危机”情景1。纵览全文,威廉希尔分享了以下三个观点。

尽早且果断地开展全球性气候变化应对行动将使威廉希尔整体资产组合受益。

要想在提高生活水平的同时实现大规模脱碳目标,资源行业仍需转型发展。

深度脱碳转型面临着巨大的挑战。

“发电厂如何脱碳,脱碳步伐速度如何?”——这是资源行业面临的一个根本性问题。对此,我们基于上述两个情景进行了深入分析。本文是威廉希尔《脱碳之路》专题系列的第一期,接下来我们还将探讨钢铁行业的脱碳进程。

Decarbonisation

气候与能源系统建模师都清楚,在某一设定情景中测算最理想、最低成本的减排方案相对容易,可一旦将真实世界的纷繁复杂叠加进去,情况就变得截然不同。大部分技术路径都忽略了许多可以驱动投资和政策决策的复杂外部因素;比如时间、地域、社会、政治等。技术路线在衡量可能发生的情况时的确能够发挥作用,但面对现实问题,却并不一定都可以奏效。因此,威廉希尔不断完善我们的情景模型,使其覆盖技术路径、行为路径,以及技术和行为融合路径,并以自下而上的方法对各个行业加以模拟。我们进行的不是非此即彼的单项选择,而是既有应对简单情景的方案,同时也有应对复杂情景的解决路径。

几乎所有遵循《巴黎协定》的技术情景都有这样的假设前提,即轻型运输业和电力行业等“较易于减碳”的行业进行脱碳化是理所应当的。威廉希尔多次表达对电动汽车市场前景的观点,我们认为电动汽车将迎来高速发展,有关内容敬请参阅《交通运输电气化》系列文章第一期、第二期和第三期。本文将重点聚焦在电力行业的脱碳化。

目前,发电厂的二氧化碳排放量占全球排放总量的40%。如果世界要满足1.5℃温控目标的碳预算(即排放空间),那么电力行业在未来30年内必须全面实现脱碳3。电力行业不仅要减少发电过程中所产生的二氧化碳排放量,还要通过绿色途径将其它能源领域电气化,从而开创巨大的机遇。简而言之,发电厂脱碳是全球实现可持续发展的必经之路。

过去20年来,电力行业发生了巨大的变化。太阳能成本自2008年以来降低了九成以上;美国、澳大利亚和欧洲各地正在大力推进部署电网规模电池储能系统;印度家庭电气化率达到100%(至少有一套评估意见提出这样的观点);自2011年发布的特定年份预测以来,国际能源署对2035年太阳能和风能发电量作出的预测值提高至几乎三倍。中国习近平主席近期宣布,中国将力争在2060年前实现净零排放。然而,全球整体形势依然进展乏力。化石燃料仍占发电量的近三分之二,而2019年,净燃煤发电产能同比增长了2%。仅去年一年,新建化石燃料发电厂的新增投资额就高达1310亿美元。

假设目前的全球发电结构中有三分之二可以被替换,并且仍能满足不断增长的能源需求,那么我们应当采取哪些行动,才能在此基础上于2050年前实现发电行业的近零排放?

我们考虑了实现这一假设的多种途径,其中最具可行性的就是可再生能源的深度渗透。简而言之,要在2050年前达到上述脱碳化目标,风能、太阳能以及电池的快速推广(前两者的推广情况取决于它们在各自地理区域的相对竞争力)可能是最好的途径。风能与太阳能项目的风险相对较低,其中包括其模块化的特点,有力的政策扶持,持续完善的相关技术,加上不断提高的生产效率等;都为其增强竞争力创造了巨大的机会。尤其是太阳能行业,不仅利用制造上的规模效应降低了单位成本,同时也迅速提高了太阳能电池的效率5。

从目前取得的进展来看,在这场与大部分地区的火力发电厂及美国天然气发电厂的成本平价赛跑中,风能与太阳能技术已占据了先机,远远领先核能,碳捕捉、利用与封存(CCUS)、潮汐能、波浪能等其它低排放或零排放发电技术。未来,当其它技术有望与各地区化石燃料发电的最低成本持平时,可再生能源将取代化石能源,成为新的标杆。

威廉希尔预测,无补贴风能和太阳能必将成为所有主要地区中发电成本最低的不二之选。

当然,根据不同地区的情况,实现这一预测的时间有所差别,但最终结果已然明朗。

在可再生能源全面实现取代化石燃料之前,还有众多里程碑目标等待着我们去实现。

1、 可再生能源需要与新化石能源形成竞争。这是里程碑目标中难度最低的挑战,因此应该最先被实现。在对不同发电模式的经济效益进行比较时,我们需要引入平准化度电成本(LCOE)指标,该指标用于衡量发电厂或发电技术在其生命周期内的年化成本。在没有政策直接干预的情况下(如立法要求必须关闭或不得兴建某种类型的发电厂),该指标很可能会决定选择哪种新的发电能力来满足不断增长的电力需求或替换退役电厂。那么,在没有补贴的情况下,新可再生能源的平准化度电成本何时才能低于新煤炭或天然气呢?在一些地区这种情况已经出现,例如在智利等可再生能源资源丰富的中等收入地区,以及欧盟等征收碳税的高收入地区。对于印度和东南亚等煤炭资源价格低廉且没有海运价格压力的地区,燃煤发电厂的平准化度电成本相较无补贴的新可再生能源,在一段时间内可能更具优势。不过,当可再生能源的平准化度电成本有望低于煤炭和天然气的平准化度电成本时,决策者可能不太会建设或者批准投资兴建新的化石燃料发电厂。

一旦达到该拐点,形势就会快速发生变化。随着要求淘汰老旧火力发电厂、天然气发电厂或核能发电厂等相关政策的密集出台,变革将加速来临。

我们认为,由于高收入国家的许多发电厂已经非常老旧,这些国家会率先集中淘汰老旧发电厂,紧随其后的是中国,最后是印度和东南亚,以上两个地区的人口总数超过20亿,且火电厂的服役时间平均不足10年。如果以历史数据作为参考,则自2015年以来,由亚洲发展中国家最终决定投资兴建的170吉瓦火电机组,可以持续运转到2050年之后,这相当于巴西的总发电规模。

2、 新建风力和太阳能发电厂的成本需要低于现有化石燃料发电厂的运营成本。仅依靠可再生能源的新增和置换退役产能并不足以在2050年前实现全面脱碳化。相比现役燃煤和天然气发电厂采购燃料及维护产能的开支,新兴无补贴可再生能源必须在成本上占据优势。一旦可再生能源在成本竞争中占据优势,那么各国可能会优先考虑兴建新兴可再生能源发电厂,并逐步关闭现有化石燃料发电厂。但从目前的基本情况来看,在排除重大政策干预的前提下,这一重要的全球性拐点要到2040年才会发生。

3、 可再生能源逐渐削弱化石燃料发电厂的盈利能力,使得后者在技术寿命终结之前就被大规模淘汰。可再生能源发电厂一旦投入使用,凭借着较低的短期边际成本,其运营成本要低于现有的化石燃料发电厂,因为化石燃料发电厂需要不断购买燃料才能发电。这可能逐渐迫使现有化石燃料发电厂减少每日运行时间。通常,对发电厂的投资预期是运行寿命30~40年以上,维持一定的产能利用率,且平均电价要达到一定水平。如果达不到预期,化石燃料发电厂就会被淘汰,这将给电力企业、股东以及债务投资人造成潜在的财务损失。但是,要想实现1.5℃的温控目标,我们必须尽早淘汰1300吉瓦的燃煤发电产能,这相当于中国、美国、日本、德国和波兰燃煤电厂装机容量的总和,而这些国家的电力供应足以支持每年超过50万亿美元的GDP总量。

4、 电网必须能够满足每日和季节性需求高峰。可再生能源的间歇性为电网管理带来了复杂性,尤其是灵活性机制的建设。按照设想,大规模兴建可再生能源电厂需要逐步完善相关技术,提高电网灵活性。一旦可再生能源在全球范围内的渗透率超过30%,将需要部署多种能力,包括固定式储能,(如锂电池,其成本受电动车发展的推动正在逐步下降),大规模电网互联,以及需求响应技术等等。对于那些以核电、水电作为低成本清洁基荷电力主要来源的电力系统而言,未雨绸缪至关重要。经合组织国家有大量的核电厂将在2030年代到达使用寿命。如果在这些基荷电厂密集关闭之前,电网灵活性未能得到足够的投资,电网的限制将会对可再生能源供电造成明显干扰。

5、 政策干预应助推所有临界点的发展,同时允许市场发挥其作用。目前,全球很多电力市场都处于被管制状态,因此市场信号可能被扭曲或淡化,进而阻碍行业转变。我们可能需要进行重大的市场改革,以解决电网定价、配套服务市场和电力稳定性市场等问题,才能在各种可再生能源渗透市场时,避免出现技术障碍,并允许所有灵活性服务进行竞争。与此同时,政府补贴政策可以加快临界点1和临界点2的到来,也可以减缓提前退役电厂项目(临界点3)的损失。如果创新不足以带动电网灵活性和强化技术的成本下降,那么就要引入相关政策,强制进行变革或提供补贴,以加速变革。

那么,如果这些理论上的里程碑目标都能很快达成,这对威廉希尔的资产组合来说意味着什么呢?

Decarbonisation

意料之中的是,在脱碳化目标较高的情景下,动力煤业务发展受阻,而铜矿产品则将实现蓬勃发展。

简而言之,铜在电力行业脱碳化和整体能源转型中的作用举足轻重。

在更远的未来,我们预计随着可再生能源渗透率超过阈值水平,镍作为储能电池的关键原材料将成为支持电网稳定性的中坚力量。铀的应用前景也很接近对现有业务中铀需求的上限估计,大规模建设可再生能源电厂,特别是风力发电厂,将推动对钢铁原材料的需求上升。

天然气的作用视情况而异。

燃煤电厂服役时间尚短的发展中国家有望理性越过天然气,直接过渡到太阳能、风能和储能技术部署。传统能源预测中备受推崇的看法认为,天然气将成为所有行业脱碳化进程中的“过渡燃料”。对此,我们持不同观点。

然而,在沿用现有发电结构的地区中,天然气仍可能发挥着调峰和后备作用,可以在阴云密布或无风的日子中,为电网稳定性提供支持。当然,在较难减碳的非电力工业与供暖领域中,天然气仍然可能是低碳化的重要途径,而这些领域对天然气的需求量占当前需求总量的60%。总而言之,在发展中国家,电力行业对天然气的长期需求可能与传统预测观点背道而驰,但在非电力工业领域,长期使用天然气并结合碳捕捉、利用与封存技术,仍然是那些“较难减碳”行业实现脱碳的主要途径。

本文的分析显示,在2050年前实现电力行业全面脱碳并非坦途。其中,新兴市场面临的挑战最为棘手,而目前新兴市场的发电量几乎占到全球发电总量的60%,且新兴市场对发电和非发电能源需求的预期增幅最大。6即便存在种种挑战,本文也依然明确这样一个观点:电力行业全面脱碳,未来可期。

电力行业的脱碳进程对于更广泛的气候变化应对具有重大意义。通过直接电气化,以及赋能其它绿色减排技术,电力行业将助力交通运输业领域实现绿色转型,并为其它较难以减排的行业带来希望。

敬请期待威廉希尔《脱碳之路》专题系列的第二期“钢铁行业脱碳化” 

脚注

1 《气候变化:资产组合分析报告》还包括威廉希尔基准能源观点(Central Energy)与低碳(Lower Carbon)观点,这两个情景是我们做规划预测时所使用的参数。情景分析有其固有的局限性,很难预测哪些情景,甚至所有情景,最终是否会变成现实。情景并不构成最终的结果。情景分析所依赖的假设可能正确或不正确,可能被证明正确或不正确,也有可能会或者不会成为现实,而且情景还会受到假设之外的其他因素的影响。

2 阅读本期专题文章时,请结合《威廉希尔2020年度气候变化报告》(见hbdzsy.com)及关于前瞻性声明和其它事项的免责声明。本期专题文章为您简要介绍了资产组合分析以及气变报告中四种气候变化情景的部分内容,可能存在信息、分析和假设的遗漏。因此,威廉希尔提醒读者切勿将本文所述信息作为唯一依据。

3 2019年,电力行业的二氧化碳排放量占能源相关二氧化碳排放总量的41%。发电和供暖行业对温室气体排放总量的贡献率接近30%。信息来源:国际能源署、气候分析指标工具(CAIT)。

4 2019年,燃煤发电量从高基数水平下降了3%。2020年,随着用电量的降低和低成本可再生能源电厂对火电厂剩余市场份额的逐渐侵蚀,燃煤发电量可能进一步下降。但是,随着中国经济活动恢复到新冠疫情之前的水平,第三季度火电产量同比上升了5%。因此,随着用电需求的恢复,煤炭预计将重新获得之前失去的大部分份额。信息来源:威廉希尔、国际能源署《世界能源展望2020》、IHS Markit。

5 我们估计,自1980年代以来,年复合增长率在2.5%和3%之间。这一数字超出了高收入经济体的技术进步提高率(长期以来年增幅低于2%)。再向前回溯,我们会发现1970年代以来,对太阳能光伏的学习率令人欣慰地维持在20%以上,规模效益和技术进步取得了同步发展。信息来源:威廉希尔、彭博社新能源财经、Kavlak等人所著《2018年能源政策:对光伏组件成本降低原因的评估》。

6 国际能源署,《世界能源展望2020》

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