第二節 基于能源成本情景分析的新能源替代目標研究

利用新能源替代傳統化石能源是應對能源安全危機及緩解環境壓力的重要路徑。在設定新能源替代化石能源的規模目標時，既不能因為目標設定過低而影響新能源開發利用的進度，又不能因為設定過高目標帶來成本增加而影響整個經濟的可持續發展。制定合理的新能源替代目標，需要綜合考慮新能源成本趨勢、能源消費總量控制規模等多個要素。

一 關注中國新能源替代目標的價值分析

近年來，中國以化石能源為主的能源消費總量呈快速上漲態勢，石油、天然氣、煤炭等化石能源的對外依存度越來越高，不僅加劇了能源安全的風險，而且加大了環境治理的難度。利用清潔、可持續的新能源替代傳統化石能源是應對這些問題的重要路徑。

在利用新能源替代化石能源時，需要規劃設定能源替代目標，以引導新能源的開發利用。新能源開發利用目標的設定受經濟、技術、能源開發利用現狀等因素的影響，其中，新能源成本及化石能源的成本是最重要的因素之一。

由于能源價格的波動對社會經濟的影響非常明顯，在設定新能源替代目標時，既要重視社會、環境效益，又要重視經濟效益。沒有經濟上的可持續性，新能源替代進程也難以持續。

目前，新能源開發尚處于市場失靈階段，開發成本普遍高于傳統化石能源。在新能源替代過程中，如果目標設定過高，將影響國家的競爭力，以及居民的生活水平。如果目標設定過低，又達不到加快開發利用新能源的目的。

新能源替代目標的設定及實現不僅同新能源本身的成本趨勢有關，也同化石能源的成本變化有很大關聯，如果化石能源成本出現持續下滑現象，新能源取得成本優勢的時間將被推后。即使相較于化石能源，新能源取得了成本競爭優勢，但原有化石能源開發利用設施設備的淘汰是一個逐步的過程，這也決定了新能源替代是一個長期的過程。

中國正在實施的能源消費總量控制政策對新能源替代也有影響。在每年能源消費增加總量受到控制的背景下，如果設定較高的新能源替代目標，勢必需要在新增能源中大幅度增加新能源的比重，甚至需要大量淘汰現有化石能源設施設備，由此產生的成本也將轉嫁到新能源方面，進而增加能源消費的成本。

因此，基于對能源成本趨勢及能源消費總量控制的分析，研究新能源替代目標的可行性及實現路徑具有較強的現實意義。

在相關研究方面，國內有一些研究新能源成本及新能源替代關系的文獻，但數量不多。國外如Iniyan等采用學習曲線等經濟學方法，對可再生能源與不可再生能源的替代使用進行了研究。國內如鄭軼峰等也進行了一些相關研究。

在新能源成本研究方面，文獻很多，但這些文獻主要是基于化石能源成本上升、新能源成本下降的條件假設，對新能源替代目標進行線性分析，對化石能源成本可能出現的多種情景研究不足。更多的研究只是單純地研究新能源或化石能源的成本發展趨勢，缺少對二者進行對比分析。如，張雯等根據學習率歷史變化情況選取了高增長、基本增長和低增長三種情景，研究了光伏發電的學習成本。

國內外也有一些單純研究新能源替代的文獻，國外如Bastianoni等利用模型研究不可再生能源和可再生能源的替代問題。國內如曹玉書等進行了相關研究。

在能源消費總量控制方面，國內也有一些研究文獻，但其主要研究能源消費總量控制的路徑、經驗，以及對經濟等因素的影響，把能源消費總量控制與新能源替代結合起來進行研究的卻很少。

同時，把能源消費總量控制、能源成本趨勢與新能源替代目標三大要素結合在一起的研究文獻幾乎沒有，對柔性替代與硬性替代進行分析的文獻也較缺乏，這顯然不能滿足復雜現實的需要。因此，多角度構建能源成本情景，并基于最有可能的情景，以及對能源消費總量控制的預測，研究中國新能源替代目標的可行性，也具有理論價值。

二 化石能源與新能源成本情景分析

1．化石能源與新能源成本情景構建

化石能源成本近20年來主要呈上升趨勢，盡管近兩年價格有所回落，但由于我國目前已進入由上游能源、原材料價格持續上漲引發的成本推進型價格上漲時期，且當前國內煤炭價格下跌幅度已超過了國內煤炭企業能夠承受的臨界點，煤價低谷已現，繼續下行的空間已經不大，加上化石能源將逐步增加環境成本，從長期來看，化石能源未來成本將主要以上升為主，但也存在成本變動不大甚至下降的可能。

未來中國化石能源成本變化主要有五種趨勢：一是成本大幅度上升；二是成本小幅度上升；三是成本保持不變；四是成本大幅度下降；五是成本小幅度下降。

對于新能源來說，成本將主要呈下降趨勢，但成本大幅度下降的時間已經過去，未來主要是小幅度的下降，但也不排除由于技術的快速進步，某些新能源成本出現大幅度下降的可能。

未來中國新能源成本變化主要有兩種趨勢：一是成本大幅度下降；二是成本小幅度下降。

把化石能源成本變化的五種趨勢，與新能源成本變化的兩種趨勢進行排列組合，共可構建出十種情景（見圖4-1）。

基于以上分析，情景1是對新能源替代最有利的情景，情景8是最不利的。但情景4應該是未來最有可能的情景，即在化石能源成本小幅度上升的同時，新能源成本小幅度下降。但同時，由于未來能源價格面臨多種不確定性因素，其他情景也都有出現的可能。在不同的情景下，新能源成本有著不同的競爭力，進而影響新能源替代化石能源的規模及速度。

2．柔性替代模式下的化石能源成本與新能源成本情景分析

由于制約新能源推廣的主要因素是成本，一旦新能源具備成本優勢，新能源增加的速度可以達到較快水平。因此，發現新能源具備成本競爭力的時間非常重要。具體方法是，把新能源與化石能源成本的發展趨勢進行量化，并基于不同情景計算化石能源與新能源成本的趨同時間。

具體計算過程主要包括三個步驟。

第一步：依據2000～2012年中國化石能源價格變化情況，量化化石能源成本的五種趨勢。

一是成本大幅度上升。2000～2012年，中國化石能源成本的平均增幅為14.6%（見表4-1）。由于這一時期是中國能源需求快速增長階段，成本增長也較快。由于中國已經開始實施能源消費總量控制及節能減排政策，未來能源消費及成本的增幅難以超過2000～2012年的水平。這里選擇14.6%作為未來成本大幅度上升的量化指標。

二是成本小幅度上升。這里選擇平均增幅14.6%的一半，即7.3%作為成本小幅度上升的量化指標。

三是成本保持不變。未來中國的通貨膨脹率為3%～4%。能源成本變化與通貨膨脹率保持相等的速度，就等于成本沒變。這里選擇4%作為成本不變的量化指標。

四是成本大幅度下降。這里選擇-10.6%（4%減去14.6%的通貨膨脹率）作為大幅度下降的量化指標。

五是成本小幅度下降。這里選擇-5.3%（-10.6%的一半）作為小幅度下降的量化指標。

第二步：量化新能源成本的兩種趨勢。

由于新能源成本競爭力弱主要體現在電力領域，這里以新能源電力成本變化作為分析新能源成本競爭力的主要對象。

依據2006～2012年中國新能源發電成本變化情況（見表4-2），可以量化中國新能源電力成本的兩種趨勢。

一是成本大幅度下降。這里選擇-11.1%作為新能源電力成本大幅度下降的數值。

二是成本小幅度下降。這里選擇-7.7%作為新能源電力成本小幅度下降的數值。

第三步：依據下列公式，可以計算出不同情景下的火電與新能源電力的成本趨同時間。

P1（1 +P2）n-1＝ P3（1 +P4）n-1

P1為2012年的火電成本。2012年，中國火電成本為0.4～0.5元/千瓦時，在應用時，取中間值0.45元/千瓦時。

P2為火電成本上升或下降趨勢。以化石能源價格的五種變化趨勢為依據。

P3為2012年新能電力源成本。取2012年的中間值0.765元/千瓦時（見表4-2）。

P4為新能源電力成本下降趨勢。以新能源價格的兩種變化趨勢為依據。

n為新能源電力成本達到與火電成本相同所需的時間（年）。

采用同樣的方法，也可以計算出光伏發電成本、風力發電成本、生物質能發電成本與火電成本的趨同時間（見表4-3）。

從表4-3可以看出，如果化石能源價格不出現長期下跌態勢，到2017年前后，新能源電力將初步具備同火電相當的成本競爭力。隨著時間的推移，新能源電力成本的競爭優勢將日益明顯。但如果化石能源價格持續下跌，新能源電力取得成本優勢的時間也隨之推后。

對于生物質能發電來說，由于原材料及人工成本占很大比重，其成本呈上升態勢。如果化石能源不出現明顯下跌態勢，到2025年前后，生物質能才能逐步具備同化石能源相當的成本競爭力，但優勢也不會特別明顯。如果化石能源價格下降，生物質能發電就很難取得成本優勢。不過，由于生物質能開發能增加就業，并能使農民增收，減少環境污染，因此，其也具有開發的價值。

由于核電、太陽能熱水器、沼氣、水電目前已具有市場競爭力，到2017年前后，隨著新能源電力成本競爭力的上升，整個新能源行業也將初步具有同化石能源相當的成本競爭力。

有一些相關研究文獻也持類似觀點，如在風電成本預測方面，有如下觀點。

有研究認為，2015年新建陸上風電項目的度電成本為0.44～0.45元/千瓦時，2020年度電成本為0.41～0.42元/千瓦時，度電成本呈明顯下降趨勢。從發電成本角度看，2015年風電具備同火力發電上網競爭的實力。

也有研究認為，到2020年，隨著技術的進步，風電成本將降低到可以與常規化石能源電力競爭的水平，風電實現快速發展，將從補充能源上升為主導能源之一。

在光伏發電成本預測方面有如下觀點。

有研究認為，未來我國光伏發電的學習率完全有可能保持在15%～20%的水平。所以，到2020年光伏發電的價格將接近傳統化石能源，具備與傳統化石能源競爭的實力。

另有研究認為，光伏發電在我國部分地區將實現平價上網。在主要驅動因素的作用下，在我國太陽能輻射強度第三資源區和第四資源區晶硅光伏發電成本分別可以達到0.394元/千瓦時、0.487元/千瓦時（2009年不變價，40年項目期，8%折現率，無財務費用），這一目標預計在2020年以前可實現。

目前中國風電實行分區域標桿電價，太陽能發電主要還是靠補貼。國家能源局提出，將逐漸降低新能源入網電價，并在2020年前實現太陽能、風能等新能源電價與火電持平。根據前面的計算，這一目標實現的可能性較大。

3．硬性替代模式下的新能源成本分析

近年來，隨著能源消費總量的快速增加，能源對外依存度不斷提高，加上改善環境的要求，中國開始實行能源消費總量控制。實行能源消費總量控制，意味著硬性替代的規模將增大。

根據國務院新聞辦公室2012年10月24日發布的《中國的能源政策（2012）》白皮書的數據，中國石油對外依存度已經達到57%。2009年中國從煤炭凈出口國變成凈進口國，2011年超越日本成為全球最大的煤炭進口國。2012年中國進口的煤炭為2.9億噸，接近1980年全國煤炭消費量6.1億噸的1/2。2006年中國成為天然氣凈進口國，2012年天然氣對外依存度接近1/3。進口渠道單一，地區集中，對外依存度不斷上升給中國能源安全帶來嚴峻挑戰。

當前，煤炭約占中國能源消費總量的70%。而中國二氧化硫排放量的90%、氮氧化物排放量的67%、二氧化碳排放量的70%都來自燃煤。控制能源消費總量，是破解霧霾圍城等環境問題的重要途徑。

在這種背景下，中國提出了能源消費總量控制的思路。國務院提出的近期目標是，到2015年，全國能源消費總量控制在40億噸標準煤左右，用電量控制在6.15萬億千瓦時左右，萬元GDP能耗下降至16%。中共十八大報告進一步明確了“控制能源消費總量”的戰略任務。

2013年，國家發改委以及各省都印發了控制能源消費總量的工作方案。但由于國家的考核辦法沒有出臺，而且各省的年度目標也不是很明確，地方推進不是很快。不過，從長期來看，實施能源消費總量控制政策措施勢在必行。

當能源消費總量到達預期總量控制目標后，新能源的總量增加，將主要硬性替代化石能源。這意味著要淘汰原有化石能源設施設備，部分成本也將轉嫁到新能源開發成本上，這決定了新能源的硬性替代面臨更大的成本壓力。

以新能源電力為例。利用新能源電力取代原有使用年限沒有到期的火電，意味著淘汰火電的成本需要計算到新能源電力的成本中，包括原有火電廠的設備淘汰、工作人員的安置等問題。因此，在利用新能源替代化石能源過程中，除了一些必須淘汰的小火電外，要盡量避免硬性替代。在這一條件制約下，即使嚴格執行國家發改委、國家能源辦的《關于加快關停小火電機組的若干意見》的要求——“對到期應實施關停的機組，即年限到期或者超期的小火電機組進行就地報廢”，每年年限到期或超期的火電規模有限，決定了利用新能源電力設施替代火電機組的進程依然是一個相對緩慢的進程。

同時，中國正在醞釀實施的能源消費總量控制計劃，主要是煤炭消費總量控制。這意味著煤炭在能源消費總量中的比重將降低，也給新能源的發展提供了更大的空間。但從中長期看，煤炭仍然是亞太地區尤其是中國最主要的能源，煤炭消費總量下降的空間有限。這些因素決定了中國新能源硬性替代化石能源的規模相對有限。

三 中國新能源替代目標分析

在利用新能源替代化石能源過程中，成本是主要的制約因素。設定新能源替代目標，既要結合能源消費總量控制要求，確定新能源柔性替代的規模，又要根據成本趨勢分析新能源替代規模的可行性。

1．基于能源消費總量控制與成本可行性的新能源替代目標分析

根據國家“十二五”規劃，2015年，全國能源消費總量控制在40億噸標準煤左右。對于2020年的控制目標，本書按45億噸標準煤進行計算。由于2012年能源消費總量為36.2億噸標準煤，要實現能源消費總量控制目標，年均增長率要控制在2.76%，“能源消費年絕對增加量”見表4-4。

對于新能源，截至2012年年底，全國商品化新能源年利用量約占一次能源消費總量的9%, 約為3.26億噸標準煤。如果到2020年，達到15%，新能源消費總量需達到6.75億噸標準煤，年均增長率需達到9.52%。計算出每年的新能源消費絕對增加量后再比上相對應的能源消費年絕對增加量，即得能源消費總量控制背景下，新能源消費絕對增加量占能源消費年絕對增加量的比重，參見表4-4。

根據表4-4的計算結果，如果要同時實現能源消費總量控制與新能源發展目標，在通過提高能源利用效率等措施控制能源消費總量的同時，新能源消費絕對增加量占能源消費年絕對增加量的比重要超過30%，并且逐年大幅度增加。盡管目標比重高，壓力很大，但由于基數小，這些目標還是有可能實現的。

實際上，在近年的能源消費年絕對增加量中，新能源已經占有較高的比重。例如，根據國家統計局數字，2012年，中國新能源消費絕對增加量占能源消費年絕對增加量的比重已超過40%。

在新能源開發成本較高的背景下，增加新能源比重，不僅會導致能源開發利用成本的增加，而且會帶來能源消費價格的上漲。以電力為例，依據2013年新增的各種新能源發電所占的比例及各種新能源發電成本進行計算，2013年新增電力的成本比完全開發火電高3%左右，導致整體電力成本上漲1%左右。

有研究結果表明，全社會平均價格水平對于電力、煤炭以及成品油的價格彈性分別為0.178、0.062和0.105，即電價、煤價和成品油價格均上升10%將使社會總體價格水平分別上漲1.78%、0.62%和1.05%。2013年電力成本上漲1%，意味著社會總體價格水平上漲了0.178%。

但相比較德國，中國開發利用新能源帶來的電力價格上漲幅度并不大。2000年以來德國消費者共計為可再生能源出資1090億歐元，德國電價實際上漲超過61%。工業電價也因可再生能源的投入而水漲船高。有數據顯示，2005年以來，歐洲工業電價上漲40%，德國工業電價又比該水平高出19%。

基于以上分析，本書認為，成本上升導致的能源消費價格上漲給中國新能源開發利用帶來一定的壓力，但是可承受的。通過提高每年新增能源中新能源的比重，到2020年，中國“可再生能源年利用量占一次能源消費總量15%”的目標是可能實現的。

國外相關研究及實踐也支持這一結論。如《2014能源技術展望》認為：盡管在2011年化石能源載體依然占到全球電力結構中一次燃料的2/3，并且近年需求增長的大部分源于化石能源，但過去幾年，風電和太陽能光伏發電保持了兩位數的增長，使得全球的可再生能源份額在2011年增加到20%。到2050年，可再生能源的份額會達到65%。但要同時實現能源消費總量控制與新能源替代目標，面臨較大壓力。

首先是能源消費總量控制的壓力。2013年全國能源消費總量為37.6億噸標準煤，距離2015年40億噸標準煤紅線只有2.4億噸空間。這意味著，2014年、2015年年均能源消費增量必須控制在1.2億噸標煤之內。其他各年也面臨類似的壓力。

其次是初始投入資金問題。根據前面的情景分析，即使在對新能源最有利的情景下，新能源要取得成本競爭優勢，也需要到2017年前后。同時，未來新增加的新能源中，成本較低的水能新增潛力有限。未來新能源的增加將更多地依賴太陽能、風能、生物質能以及地熱能，這將導致開發成本的大幅度上升，需要更多的初始投入資金。

例如，有研究得出的結論是：要想實現國家《可再生能源中長期發展規劃》，在2020年將可再生能源占總能源消費的比例從2005年的7.5%提高到15%, 2005～2010年的可再生能源產業投資年平均增長率應不低于14.3%, 2010～2015年、2015～2020年的年平均增長率分別應為16.5%、15.6%，均遠遠高于我國未來可能的GDP增長率。

面對較大規模的初始投入資金，單靠國家及大型能源企業難以實現預期目標，需要廣泛動員社會資本參與。

2．不考慮能源消費總量控制的新能源替代目標分析

在不考慮能源消費總量控制的前提下，2005～2012年，中國能源消費總量年平均增長率為6.3%，以2012年的36.2億噸標準煤為基點，可計算出2013～2020年各年的能源消費總量及絕對增加量（見表4-4）。

對于新能源消費，要達到2020年占能源消費總量15%的目標，新能源消費總量需達到8.85億噸標準煤，年均增長率需達到13.3%。計算每年的新能源消費絕對增加量后再比上相應的能源消費年絕對增加量，即得在不實行能源消費總量控制背景下，要實現新能源替代目標，新能源消費絕對增加量占能源消費年絕對增加量的比重，參見表4-4。

從結果看，在不實行能源消費總量控制背景下，盡管每年新能源消費絕對增加量占能源消費年絕對增加量的比重不高，但每年絕對增加的總量比實行能源消費總量控制背景下要高出30%～80%。要實現2020年能源替代目標，面臨更大的壓力，需要付出更多的學習成本。

同時，能源消費總量過高，從能源安全來講，也是不可持續的。2013年中國原油對外依存度已達到57.39%，天然氣對外依存度上漲至30.5%，煤炭凈進口量達3.2億噸。無論是國內能源供給還是國外進口，都面臨較大的壓力。

再加上環境等因素的影響，如果不進行適度的能源消費總量控制，將不利于我國能源領域的可持續發展。因此，需要通過利用價格工具、提高能源效率、勸誘技術和配額等措施積極控制能源消費總量。

綜合以上分析，可以得出三條主要結論。

一是在利用新能源替代化石能源的過程中，應主要采取柔性替代的方式，以減少替代成本，降低替代壓力。但對于已經到了設計壽命的化石能源設施設備以及小火電等能耗大且污染大的設施設備則要堅決淘汰，以實現能源消費總量控制目標。

二是中國已制定的新能源替代目標是可以實現的，但在每年新增的能源消費中，新能源需要保持較高比例。由于到2017年前后，新能源將開始具備成本競爭力，擴大比例是可行的。但同時，也存在不確定性因素，如果化石能源價格出現大幅度下滑的情況，預期目標則難以按計劃實現。

三是成本高問題依然是制約新能源開發利用的主要因素。實現新能源替代目標，需要付出較大的學習成本。有研究認為，“光伏發電成本低于上網電價的累計學習成本為1572億元，風電累計學習成本約為288億元”。新能源的成本高問題主要體現為初始投入大，這給開發者帶來較大的資金壓力。

通過技術進步、擴大市場規模等措施降低新能源開發成本，是實現新能源替代目標的關鍵。需要采取完善投融資機制、充分動員社會資本參與新能源的開發利用等措施，以擴大新能源開發資金的來源渠道。同時，也要認識到，阻礙我國可再生能源如風電發展的主要因素不僅來自發電成本，而且來自電網等其他方面的因素，需要從多個方面進行政策引導與規范，完善市場激勵與約束機制。