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南非电力规划始末

2011年3月25日,南非政府公布了新的电力供应综合资源规划IRP2010,对南非2030年以前的电力发展情况作了预期。这个规划,显示出南非所找到的结合南非自身情况的平衡发展和减排的办法。

南非这类涉及到广泛利益的技术问题的规划的制定的科学性比较高。这个规划由南非能源部下属的专门委员会主持,从制定规划伊始,就开始广泛征求社会意见,在制定规划的一年多的时间里,召开了多次广泛参与的方案和意见征求会议,笔者也有幸参与了几次会议,会议上的讨论相当激烈。当然南非相关人员圈子很小,一个很大的会议不过也就是一两百人,比不上国内的会议规模,另一方面,各个角度的意见也容易被其他人听到。可以说最终这个规划方案基本上结合了南非在电力相关领域的最新研究成果,考虑了对社会的各方面影响,为南非今后二十年的电力发展提供了被广泛接受的合理的概念,特别是提供了合理的分析思路。因为整个制定过程透明公开,大多数的意见都能够得到反映或者回答,虽然仍然有不满,南非社会对于这个规划的整体反映基本良好。由于中国同样同时面临电力发展清洁化低碳化与维持经济发展的矛盾,南非这份电力发展规划的制定思路,也许对于中国具有参考价值。

不过,南非这份规划的制定,是从南非电力规划的大错误开始的。

从超额供应到限电年代

南非的电力规划曾经犯过大错误,这个错误与南非政权的和平交接有关。种族隔离时期,南非白人政府依靠大规模工业项目建设拉动经济,这里面包括大量的电厂建设。仅在1980年代,南非就建成了23GW火电,1.8GW核电,把发电能力扩充了一倍多。但是1980年代也是南非最动荡的年代,越闹越大的黑人反抗运动使得罢工成为家常便饭,南非的工业受到巨大影响,这么多突然多出来的电力自然消耗不掉。这样,1994年南非新政府上台后,所面临的局面,就是超额的电力供应,装机容量远大于对电力的实际需求。这个时候,为了确保这些装机容量得到使用,南非采用廉价促销的政策,有数年时间维持世界最便宜的电价,工业项目由于是用电大户,用电更是得到了鼓励,一些能耗高的产业甚至使用了产品价格与电价联动的政策,价格低于民用电不少,每度电不到一美分。即使是民用电,也长期维持在每度电2-3美分的水平。

[2009年时南非与各国电价对比,英文图片来源:pikeresearch.com]

低廉的电价自然对于经济的发展是有好处的,对于南非的经济复兴也有贡献,对于南非执政党非国大讨好选民也有好处,甚至在04年大选期间,南非廉价的电价仍然是执政党夸耀的政绩。但是低廉的电价也使得对于电力设施的投资无利可图,阻碍了民间资本对电力的投资。

虽然南非的执政党是一个左派政党,但是在上台后,在经济上,采取了开放市场、鼓励私有化的经济政策,有计划对电力部门私有化。因为电价过低,南非市场的融资成本却很高,私人领域在电力市场无利可图,南非政府多次努力也没有吸引到私人投资的兴趣,国有电力集团的私有化尝试最终失败。在试图私有化电力公司的过程中,南非政府试图等到私有化完成后,由私人资金对电力设施进行投资,这样,很长一段时间内,南非没有大的新建供电项目。

南非的耗电大户是制造业和矿业,这两个行业是南非的工业支柱,分别贡献15%和18%的国民生产总值,消耗着大量电力。南非新政府上台后,由于国际环境改善,南非的制造业和矿业都得到大力发展,汽车制造业开始大量国际出口,矿业也由于需求旺盛,国际制裁取消而从传统的黄金、煤炭扩展到铬、锰、铂族贵金属、钒等多种矿产,对电力的需求也有大幅度增长。这两个支柱产业的发展还带动了相关的各种服务业的发展。与此同时,大量黑人中产的形成对于房地产业和商业也形成巨大的促进作用,居民和商业用电量也迅速增加,廉价的电价政策,是得很少有人去考虑节电的问题。越来越多的传统黑人区也通上了电,增加了电力消耗。在1994年到2006年之间,南非经济出现几十年来所没有的持续增长,经济总量翻了一番,但是这个期间南非却仅有一个4.1GW的火力电站建成,还是白人政府遗留下来的项目,1996年并网发电。可以说,南非新政府在这个时候根本没有考虑过新电站的投资。

与此同时,由于电价低廉,而南非的通货膨胀率却一直走高,而种族隔离结束之后,南非的底层人工成本迅速增高,也增加了维护成本。相对于常年维持在百分之六以上的通货膨胀率,南非的实际电价水平在逐年下降。再加上国有经营的南非电力集团内部臃肿腐败,消耗了很多资源。终于,到1990年代末,南非电力集团所回收的资金连维持现有设备的资金都不够,很多输变电设施维护不及时,故障频仍。南非大多数供电都是双路供电,在一条出现故障的时候,可以有另外一条维持电力供应,但是,到1990年代末,已经有一些双路供电的线路在一条出现故障之后得不到及时修复,而备用线路也出现故障的时候,就会出现意外停电事故。进入2000年代,南非个别地区已经开始因为输变电设施故障而停电,这是差不多二十多年来所没有的。我所在的大学就在2000年时经历了二十多年来的首次意外停电,此后,意外停电在一些地区几乎成为家常便饭。

输电设施的故障影响往往还是小的区域,发电设施缺乏维护就会导致大问题了。随着用电负荷越来越大,发电厂的工作时间越来越长,留给正常维护维修的时间越来越短,再加上缺乏维护维修资金,认为延长一些设备的维护间隔,终于导致发电出现大问题。2007年底,一个电厂的意外事故终于导致电力供应不足,不得不首先在工业界开始限制供电,这在1980年代以后还是第一次。限制供电对于南非的工业界是灾难性的,2007年正是世界基础物资价格高涨的时候,南非出产的矿产品市场需求旺盛,价格高启,而南非的矿业却因为电力供应不足不得不压缩产量,错过了这一轮矿业大国的盛宴,南非也失去了保持了一百年的世界最大黄金生产国的地位。

电力不足也导致了居民的不方便。由于南非新建小区必须在保证电力供应的情况下才会被批准,发电供电能力不足造成了房地产开发不足。而2007年之前南非的房地产需求非常大,新出现的数百万黑人中产都开始买房,推高了南非的房地产市场,这个期间,南非的房地产价格增幅可能只有中国能与之相比。到2008年初,这场电力危机终于扩展到了普通商业和居民用电,每周至少两天定时停电四个小时。定期限电的政策给广大居民带来不便,给商业带来很大影响,在民间引发对南非政府决策能力的质疑。我家当时是每周两天下午六点到十点停电,因为南非做饭完全需要电,所以没办法做饭,只好买整条三文鱼冻在冰箱里,停电的时候拿生鱼片当晚饭吃。虽然烛光下吃生鱼片很有些味道,但是总这么个吃法,也是受不了的。为了应付停电问题,南非掀起了个人和小公司购置发电机的高潮,一些华人很是趁这个机会发了大财,电工也成了热门职业。危急持续数月,最终因为2008年全球经济危机带来的经济萧条,电力需求减少而缓和。

这个危机,在南非并不是没有人预见到。早在2000年代初期,南非电力集团就多次呼吁新建电厂来增加供电能力,提高电价来吸取足够的资金维持设备的正常运转。这个呼吁被认定为南非电力集团要求政府投资、增加利润,掩盖自己管理不善的借口,特别遭到了以南非工会为代表的贫困人口的反对。但是过低的电价最终无法维持持续发展。电力危机过后,政府开始大幅度调高电价。2010年,南非政府甚至批准了三年内将电价翻番的电价调整计划,就是这样,仍然与南非电力集团要求的每年提价百分之五十四的要求相差不少。虽然每次提高电价都是怨声载道,但是仍然有越来越多的人理解廉价的电价是不可持续的,要想减少用电开支,最好的方法还是改变自己的生活方式。与此同时,南非开始了鼓励节约电力的计划,免费为居民更换节能灯,为太阳能热水器的安装提供补贴,同时鼓励工业节能措施,试图减少对电力的需求。特别的,趁着经济低迷,电力供应相对缓和的时期,电荒过后,南非开始了认真的电力供应规划。

规划三原则:充足、廉价、清洁

制定规划,首先需要确定的就是原则问题。最基本的一点,南非的发电能力需要足够应对南非经济对电力的需求,不能再出现2008年初的电荒。第二点,南非政府认识到单纯依靠自己的投资无法满足庞大的电力设施建设需求,仍然需要吸引民间或者外国资本进入南非的电力市场,那么,制定的电价就需要给这些投资者以合理的回报,因此必须放弃原来的低电价政策。但是,由于南非贫富悬殊,依赖政府各类补贴的低收入人口占到了人口总数的将近四分之一。虽然南非实行电价减价政策,用电低于一定量的用户根本不需要支付电费,但是电价关系到很多物资的价格,电价的过快上涨,仍然会影响到这些低收入人口的生活质量,所以,电价的变化必须在这些人口能够承受的范围内;此外,为了保证南非工业的国际竞争能力,能源供应价格也不能太高,也就是说,电价需要在合理的情况下要尽可能低。实际上,对于南非政府而言,无论什么方案,对电价的影响都是一个非常重要的考虑。第三点,南非的电力严重依赖煤炭,火力发电占到了电力供应的百分之九十,二氧化碳排放很高,而在目前全球呼吁降低碳排的大环境下,必须降低煤炭的比例。由于南非目前还没有探明的油气资源,降低煤炭的比例就只能考虑增加对新能源的利用,特别是各种可再生能源的利用。

充足、廉价、清洁,就成了南非制定电力长期规划的基本原则,这三个原则,在社会上并没有异议。但是这三点之间是有矛盾的。最大的问题就是价格。要吸引民间资本或者外国资本,那么就必须保证价格的制定合理。资本投资的目的就是赚钱,没有合理的投资回报率,没有资本会对这类长期巨额投资感兴趣。而清洁的能源也是有成本的。南非的煤炭资源丰富,开采价格低廉,对于南非来讲,煤电是最可靠最廉价的电力来源。要降低煤电在电网中的比例,必然就导致电价上涨,那么,究竟增加多少新能源的比例,电价在什么程度是可以接受的,就成了很麻烦的问题。此外,制定规划的时候,还需要考虑对水资源的需求,对环境的影响、所选用技术的成熟程度、所选用技术的供电可靠性,南非自己对引进技术的消化能力,技术转让的可能性,南非社会融资能力等等问题,使用这些因素来决定可能选用的具体技术,以及评价某项技术可能在南非应用的时间。在此之外,还需要考虑周边国家的电力发展情况,比如博茨瓦纳有大规模开发煤炭资源的计划,需要考虑在内,莫桑比克有发展水电的规划,可能也会成为南非电力的一个重要来源,甚至民主刚果的水电都有可能输送到南非。很显然,最终的规划,只能是平衡各方面因素的结果,而如何平衡这些因素,就成为南非能源部所面临的最大挑战。

要确保充足的电力供应,首先就需要对南非的经济增长和能源需求做出预测,这部分由南非工业科学研究院以及南非电力集团两个单位使用不同的分析方法分别作出研究,两个单位得出的结论还是比较相似的。综合两份研究得到的发展模型里面,预计南非经济在今后20年以内平均经济增长率为4.6%,按照单位经济总量所需要的电力,考虑到节能技术的进步、普及以及经济结构变化对能耗强度的影响等因素,得到了2030年可能的电力需求总值。再考虑那些建于上世纪七八十年代的电厂在2020年代逐渐开始退役,预计到2030年,南非需要增加至少52GW的装机发电能力。2010年南非的实际装机发电能力是42GW,到2010年正在建设的或者已经确认要开工的项目的发电装机能力是12GW,这样,这份电力规划就需要至少安排40GW的发电能力。这40GW新增发电能力的具体组成和具体的实施方案,就成了规划所需要解决的问题。

2010年7月,南非能源部完成了对所有可能使用的发电技术的详细考察,并公开了研究报告。这份报告详细考察了到2009年底,南非各种可能利用的发电技术的成熟程度、可能进入市场的时间、投资成本、运行成本、对环境的影响、对水资源的需求等等各方面的问题。具体考察的技术,涉及到各类清洁煤炭利用技术,天然气、燃油发电技术、核电、风能、太阳能等可再生能源技术、生物质利用技术等等已经成熟的或者即将成熟的技术。这些数据,就成了研究南非未来电力结构组成的基础数据。由于时间短暂,经费有限,不可能详细对各个技术做充分的可行性研究,这些技术经济资料大多由相关技术提供方直接提供,这里面,对南非电力市场感兴趣的很多欧美公司都做出了贡献。虽然这个过程并没有中国公司直接参与,来自中国的一些技术经济资料也通过一些代理人进入到这些数据库中。

在这些技术资料的基础上,南非能源部首先开始了对没有任何政策限制的情况下,南非电力发展的预测。由于煤电是南非境内最廉价的也是最安全最有保障的电力选择,这个模型的模拟结果,就是如果没有任何政策引导,南非的新增发电能力仍然将以煤电为主,新能源仍然无法与煤电在成本上竞争。这样的情景下,南非的发电碳排将从2010年的2.37亿吨增加到2030年的3.81亿吨二氧化碳。整个方案投资总额为7900亿兰特(投资及电价均折算为2010年购买力水平,下同。目前1美元大约折合7兰特)。在这个方案的实施过程中,南非电价将从2010年的每度电0.40兰特的水平上升到2020年的每度电1.00兰特的水平。这个方案就是南非政府所称的正常发展方案,也是电价涨幅最小的方案,成为后续研究的基础。

无限制情景虽然电价涨幅小,对经济的影响也最小,但是的确碳排很高,不符合南非政府减排的承诺,因此需要考虑减少煤电比例,于是就出现了第二个情景:限定二氧化碳排放的情景。这个情景中,二氧化碳排放量限定为不超过每年2.75亿吨,优化后,核能和风电就成为替代煤电的主力。核电成为替代煤电的首选,是因为南非能源部认为核电稳定、可靠,发电成本适中。要不是因为核电的投资高,建设期长,南非在2030年以前最多只能建设9.6GW的核电发电能力,核电在这个情景中所占的比例可能会进一步扩大。核电不足的部分由风电补充。太阳能由于成本高于风电,被排除在电力结构之外。这样的情景下,电力建设的总投资增加到8600亿兰特,电价水平在2021年达到每度电1.11兰特。很显然在南非,清洁能源的使用会增加用电成本,但是这样的减排效果,看起来其投资和电价成本增加的幅度都可以接受。

更加严格的二氧化碳排放控制导致更高的投资。南非能源部研究了更大幅度减碳的情景。如果从2020年起限制碳排在2.2亿吨以下水平,那么清洁能源的比例就要进一步增加。在这个情境中,核电仍然需要9.6GW的装机容量;风电从2015年起就需要连续8年每年有1.6GW装机容量并网发电,到2030年达到21.2GW。由于风电的建设能力也到达极限,电网中还需要从2017年起增加一共11.25GW的太阳能发电入网。这个情景的投资很大,达到了1.25万亿兰特,而电价的峰值也达到了每度电1.46兰特。这个情景所多出来的投资规模以及电价涨幅,很可能是南非所不能够承受的。

在平衡了技术成熟度、投资额、碳排、电价等方面因素,考虑周边地区发展、水资源、技术本地化的可能性、等等其他因素之后,2010年10月,一个叫做修订平衡情景的方案被公布,公开征询社会意见。这个方案里面,新增煤电仅有6.3GW,占新增装机容量的16%;新增核电仍然是9.6GW;风电、太阳能为主的可再生能源新增11.4GW;核电、风电、太阳能、水电等新能源占到新增装机容量的60%。按照这个方案,到2030年,由于煤电的可靠性,虽然到2030年煤电的装机容量仅占电网的48%,煤电的发电能力仍然达到总发电量的65.5%,仍然是供电的主力,稳定可靠的核电以13%的装机容量占到发电能力的20%,煤电和核电一起贡献85%的发电量,构成了南非基础负荷的保障。风电和太阳能虽然占到总装机容量的20%,但是发电量只占到7.5%。这个方案里面,为了降低投资和成本,碳排也有所放松,放弃了所有年份发电碳排都低于2.75亿吨的要求,结合2023年南非有大型火力电厂退役,碳排被设定为在2025年以后低于每年2.75亿吨的水平,高峰出现在2020年前后,碳排略超过3亿吨,电价的峰值是每度1.03兰特。显然,这个规划与完全没有限制的正常发展方案相比,对电价的影响增加不多,却也能实现碳减排,应该说是个不错的权衡。

核电之争

不过很多人对这个方案有意见,在征求意见期的三个月期间,南非能源部收到了将近五百条意见,其中最大的争议来自核电。虽然南非拥有非洲大陆上唯一的核电站,二十多年来运行良好,但是受到西方反核力量的影响,南非也有不小的反核呼声,要求停止核电的建设,南非有一个拟建多年的核电项目就因为各种各样的反对声音而胎死腹中。

[南非Koeberg核电站,原图来自wikipedia]

为了应对这个问题,南非能源部专门考察了放弃核电的几个情景。研究发现,至少在目前的技术水平上,由于风电、太阳能发电的不确定性,仍然不能成为基础负荷的依靠,放弃发展核能所造成的缺口实际上只能由燃气和燃油电厂来提供。由于南非境内没有油气资源,燃油和天然气的原料都依赖进口,这样,南非的电价水平将受到国际市场价格的严重影响。在非常可能出现的国际市场油价过高的情况下,南非的电力成本将会过高。而由于石油和天然气产地的政治局面并不稳定,这些产地可能发生的政治危机甚至可能导致燃油和天然气的供应不足,导致供电危机。基于这样的考虑,南非能源部坚持尽最大的力量发展核电。很显然,在电力大规模储存可以进入到真正应用之前,南非能源部不大可能放弃核电的发展计划。南非的能源规划里面也有燃油电厂和燃气电厂的计划,不过规模较小,并且主要用于调峰。

也有被南非能源部吸纳的意见,比如呼吁增加可再生能源特别是太阳能的比例的意见。南非的太阳能资源非常丰富,媒体和一些团体呼吁加大太阳能利用的呼声非常高,这个意见最终被南非能源部吸纳。2011年3月,政策调整方案出炉。这个方案里面,煤电、核电的计划不变,风电新增容量达到8.4GW,光伏太阳能8.4GW,聚热太阳能1.0GW,可再生能源装机总量达到17.8GW,占到新增装机容量的42%,与核电以及调整后的水电加在一起,新能源的新增装机容量达到新增装机总容量的71%。再调整后的电网结构中,预计到2030年,煤电占到总装机容量的46%,发电量占65%;核电占总装机容量的13%,发电能力占到20%;虽然风电、太阳能的装机容量占到了总装机容量的21%,但是发电能力只占9%。这个方案,预计耗资超过8000亿兰特,峰值电价达到1.12兰特。每度电的二氧化碳排放将从2010年的912克下降到2030年的600克,下降幅度达到34%。

与修订平衡方案比较,可以看出,在目前的技术经济情况下,由于风电、太阳能供电可靠性不足,在南非进一步增加可再生能源比例,对供电能力增加的实际贡献很少,解决问题有限。但是这个方案所增加的仅仅一个多百分点的可再生能源比例,代价却是电价上涨10%。在已知的技术经济条件下,南非进一步增加可再生能源比例显然并不可行,也缺乏实际意义。虽然反核电的人士仍然不满意这个结果,也有一些呼声要求进一步增加可再生能源的比例,但是能源部的解释得到了大多数人的认可。

这个计划在2011年3月进入公示程序,公示期满后议会批准,将成为指导南非二十年内电力资源发展的基本蓝图。当然由于相关技术变化很快,这个规划并不会二十年不变。按照目前的计划,这个规划将每两年修订一次,根据实际的经济和技术发展情况来进行修订,以便及时吸纳最新的技术发展情况和各种环境因素的变化,更好地指导南非的电力发展。反对这个方案的人士,很显然需要更加扎实的数据来说服政策制定者改变想法。这个政策制定过程中采用的透明的程序,公开的数据,很显然可以很快地解决分歧。

这个规划涉及到为期20年,超过8000亿兰特的投资,略高于2011年南非政府全年的预算。对于已经在财政上捉襟见肘的南非政府而言,实施这个规模的投资还是非常困难的,因此吸引私人领域在电力领域的投资仍然是南非政府的重要任务。特别是在新能源领域,计划事情的可再生能源高价入网计划就是鼓励私人投资的例证。这个叫做REFIT的计划,实际上是短期电力规划的一部分,用于鼓励南非境内新能源的私人投资,这里面,风电、太阳能、小水电、填埋气等等可再生资源的上网电价都被定到高于销售电价,只要符合相关程序和技术指标的可再生能源技术,都由南非电力集团高价买单。

南非规划所采用的投资成本也偏高。南非规划中预计风电每兆瓦装机容量投资1445万兰特,光伏太阳能每兆瓦2080万兰特,太阳能聚热发电每兆瓦3722万兰特。我在与南非能源部的接触中,发现南非能源部所掌握的新能源技术的造价,来自中国的技术、设备的投资价格与直接在中国市场询价的结果相差很大,个别技术相差数倍。如果中国企业对这个计划有更多的直接参与,有可能会影响到整个规划的计算基础,进而影响到两年后修订的计划,在未来南非的能源规划中增加来自中国的技术方案的比例。面对这样透明的决策体制,相关技术提供者应该利用这个机会,参与到决策制定过程来,为自己取得最大的利益。