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ETS體系下發展可再生能源對碳減排的影響分析

2019-6-28 16:31 來源: 中國電力新聞網 |作者: 張樹偉

ETS體系下發展可再生能源對碳減排的影響分析


多年來,德國在全球能源轉型領跑梯隊一直穩占一席。早在2010年,德國聯邦議會就通過批準了《能源方案2050》,旨在2050年實現德國80%電力來自可再生能源,并配合這一目標制定了一系列中間年份目標:2025年達到40%-45%,2030年達到50%,2040年達到65%。

在這一政策的指導下,以風電、光伏為代表的可再生能源在德國電力系統中的份額越來越大,到現在已經占到了德國年用電量40%的份額。然而,從減少碳排放的結果來看,2000年至2017年,德國電力部門的二氧化碳排放從3.7億噸下降到3.3億噸,年均下降率為0.7%。不得不說,德國碳排降低的程度的確不算大。

因此,關于德國能源轉型是非成敗的爭論也一直不絕于耳,爭論的焦點包括:碳排放是否真的減少、是否提高了消費者的電費、目標是否可行以及最終的成本如何等等。

筆者認為,這些問題對中國能源轉型和可再生能源的發展都具有啟示與借鑒意義。當然,上述問題很難在一篇文章的篇幅中得到全部解答,本文將通過對歐洲碳排放交易體系的分析,分析和討論德國可再生能源擴張對碳減排的額外影響以及程度方面的問題。

要討論德國的能源轉型與碳排效果,先要界定時空范圍

在所有的討論之前,我們先要介紹一個概念,即歐盟在2008之后建立起的“碳排放交易體系”(ETS),該體系通過逐步降低能源設施排放溫室氣體的總量上限,來減少歐洲各國的碳排總量,并在該上限內通過調節企業購買或獲得的配額來控制企業的碳排行為。

作為這個體系的一部分,德國通過電力交換、貨運、貿易等方式與其他國家存在廣泛而不可忽略的聯系。因此,探討ETS體系對整個歐盟排放的影響,比僅僅討論“德國的碳排放到底是增加還是減少了”更有意義—— 比如是否存在一種可能性,雖然德國的碳排放增加了,但卻帶來了歐盟范圍整體碳排更大程度的減少。那么,這樣的結果對于全球的碳減排事業也是有益的。

基于這樣的假設,如果我們只探討德國,那么其與周邊國家廣泛存在的這些內含碳排放就存在“泄漏”,這實際上會降低所有討論結論的可靠性。因此,本文接下來關于德國能源轉型和碳排放的討論,會把對德國碳排“增加”或“減少”的討論的地理范圍設定為歐盟整體,而不僅僅是德國自身。

同樣,“增加還是減少”也需要界定一個時間范圍。原因在于,靜態的問題往往簡單,而動態的問題會異常復雜以至于到無解的程度。為了一般性,本文的討論仍是基于“靜態”而言的:即在未來某個時點,通過其他政策(比如固定電價FiT)發展可再生能源,同只有碳排放交易體系、而沒有可再生支持政策的情況相比,碳排放是會增加還是減少。

其次,這是一個“反事實”問題——假如不發展這么多(裝機的60%以上,發電量的40%)風電光伏,碳排放量又會如何變化?

這個問題的回答并不是那么顯而易見。現實的因素往往都是相互聯系的,特別是結構因素與地理因素。但是,借助于一些方法論工具與模型的仿真,我們仍舊可以得出一些比較一致性的結論。

作為底線,至少有一點很明確:不能把核電減少、并在很大程度上由煤電“頂上”所帶來的碳排放增加,跟可再生能源的發展直接聯系起來。這兩者其實沒有因果關系,而是部分新聞媒體解讀碳排放量變化時常犯的錯誤。

ETS覆蓋下所有的額外減排政策都是徒勞的?

明確了ETS的概念,并限定了討論的時空范圍,我們終于可以來嘗試回答筆者開頭提出的問題。

根據ETS的設計,既然歐盟整體已經設定了排放的最大限額,那么,任何的減排行動改變的就只有整個市場的供需情況,從而影響市場的價格,而不是影響碳排放量。

但是,現實的復雜程度往往比這個理論要大幾個數量級,主要表現在:

首先,仍然存在一些部門是不在ETS覆蓋范圍的。比如ETS實際上只覆蓋了大約50%的碳排放量。而電動汽車相當于把不在碳交易體系中的交通燃油排放轉化成了體系中的電力排放。因此,它將是凈減排的。

其次,存在跨期的存儲、預借可能性。如果人們普遍預期因為可再生能源大發展帶來成本下降,導致減排要求提升、排放總量進一步收緊,從而未來的配額可能會更緊張、碳排放權價格則會預期出現上漲,那么人們會傾向于存儲配額。這種發展可再生能源會帶來當期排放的減少。那么,遠期碳排放會增加嗎?如果未來可再生能源完全成為商業可行的選擇,那么這種配額的價值就有歸零的可能(存儲的投機行為失敗),從而使得“未來不排放”成為標準行為。因此,動態的分析不一定必然得出遠期碳排放增加的結論。

再次,存在一些國際補償機制。比如在2005-2012年間火遍我國的清潔發展機制(CDM)。如果德國的單邊減排行動嚴重打擊了市場的碳價格,使得CDM無利可圖了,那么相比沒有這種單邊行動,無疑歐盟本身的排放量需要下降以滿足配額要求。

最后,存在配額內與配額外的部門間要素流動等復雜的互動。Jarke and Perino的研究是這方面的一個例子。他們的研究顯示,額外的可再生能源發展是增加了還是減少了碳排放,關鍵在于終端電價是否上漲這個因素。

關于這個研究我們可以再稍微展開解釋一下。

電力部門受到碳排放總量的約束,而可再生能源仍舊享受著額外的支持政策,其在系統中份額不斷增加。如果電力現貨短期市場得以發揮作用,這種份額增加會壓低電力行業的成本價格,從而引發資本、勞動力等生產要素向電力部門流動,間接導致而其他部門的經濟活動水平下降,從而總體排放下降。

當然,根據Jarke and Perino的研究,如果這種支持可再生能源的政策是通過調整電價,而不是一般的稅收循環實施的,那么,資本、勞動力等生產要素將從電力部門轉移至其他部門,即終端電價的上漲往往意味著非電力部門經濟活動水平的增加,從而增加總體的排放水平。這將是最終排放增加還是減少的主導因素。

那么,現實的政策技術與經濟環境下,在歐盟ETS覆蓋下,德國發展可再生到底是否增加還是減少了長期的歐盟碳排放呢?這個問題太復雜了,我們只能把一些條件推到極致才可能認識清楚。如前所述,對于ETS覆蓋的部門,這種電力系統的變化(比如結構、電價、各國電力流貿易)都是無關乎排放的,因為它只會影響整個ETS的碳價格,而不是排放。那么當我們衡量碳排放是增加還是減少時,我們需要考慮ETS外的部門,這其中建筑與交通是兩個主要的部門。

對建筑部門而言,發展可再生能源帶來的電價上漲效應會打擊建筑部門的電力消費,但是可能很難帶來電力與其他能源的替代,比如燃氣采暖與炊事的變化。這一能源服務往往跟建筑一起固化,且跟生活習慣、食品文化的關系更加緊密。因此,這個部門的碳排放更多受到電價以外的其它因素的限制,僅受到電價單因素的影響,排放產生改變的概率較小。

在交通領域,電動汽車是個減少排放的因素。可再生能源發展對電動汽車可能有所推動,因為有一些電池與電機材料可能存在“網絡關聯”,有共同創新進步的可能性。對消費者而言,抬升的電價是否抑制了其交通出行行為(收入相對下降,度假外出減少),程度不甚清楚,但是無疑也是減少排放的因素。

“德國經驗”對我國碳市場的借鑒意義

前文闡述的邏輯同樣也適用于中國。在把條件推到極致、主要考慮ETS沒有覆蓋到的部門的情況下,我們可以試著來衡量如果我國發展了碳市場,會對碳排放產生什么樣的影響。

在可以預見的幾年內,如果我國的碳市場得以順利運行,那也將是電力部門的碳市場,相當于電力部門收了碳稅。

這種情況下,至少有超過50%的排放并不在ETS的覆蓋范圍之內。我們可以想象如下一個情景:

在通過“可再生能源附加”的方式支持可再生能源的同時,有越來越多的部門納入ETS體系。如果未納入的部門又缺乏碳稅等補充措施的話,由于發展可再生能源意味著電價的上漲,于是更多的投資與生產資料轉移到那些不被ETS覆蓋的部門,從而引發排放的“泄漏”。

到這里我們推導出,盡管從政策上支持了發展可再生能源,但是在ETS的排放限額下,減少碳排總量的效果還是會受到影響。而為了抑制這種排放的額外泄漏,其他部門要么應該盡快地納入排放體系,要么輔以征收額外碳稅等其他政策手段。

總結

所以,回答本文開頭的問題,我的答案只可能是一個復雜而充滿不確定性的“是的,碳排放減少了,但是這種減少在未來能否持續面臨許多挑戰”。歐洲與德國,目前也恰好走到了這樣一個“各項政策是否協調一致”的十字路口。

而是否使用其他手段直接關停高排放的基礎設施(如煤礦、煤電廠、高耗能工業等),或者出臺碳稅等工具,也日益成為討論的主題。在ETS形成的碳價格總是無法足夠反映社會成本的情況下,這些輔助性政策的作用與效果將更多的被強調,并且它們的效果必須及時反映到對未來排放限額的更新上。否則,政策之間存在互相抵消的可能性。

最后需要明確的是,本文的所有討論,都是基于“使可再生能源達到更大份額”的前提條件,對長期減碳排效果的不確定性分析,而這種不確定性源于ETS系統的總量控制。正如《能源轉型加速度:中國風電光伏發電的協同效益》報告所陳述的可再生能源發展邏輯, 碳減排只是更快發展可再生能源的一個原因,其他有關經濟、技術進步、能源安全等方面的考量,也都在不同維度提升了這一議題的理性程度。

作者單位:卓爾德環境研究(北京)中心(DERC)
標簽: ETS體系 碳減排

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