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美国地方政策助推电力系统转型

可再生能源是能源独立和应对气候变化的共同选项

20 世纪70 年代的石油危机爆发后,时任美国总统尼克松积极推动《能源独立计划》,美国在此后的探索中确立了四项最基本的技术路线,分别是:大力发展生物燃料,以减轻交通燃料对石油产品的依赖;鼓励清洁能源和非常规化石能源的发展,包括核电、页岩气、煤层气以及煤炭清洁利用等;提高能源效率;积极推动风能、太阳能等可再生能源发展。

进入20 世纪90 年代,应对气候变化成为影响美国能源政策的重要因素。2009 年的《美国清洁能源安全法案》确定,美国将在2020年前将碳排放量在2005年的水平上减少17%,在2050年前减少83%。全美至少有20个州和华盛顿特区已经制定了雄心勃勃的温室气体减排目标,其中大部分目标是到2050 年减少80%。

近年来,美国风电、光伏的发展正在加速电力系统转型。风电和光伏装机迅猛增长,使水电占可再生能源电力装机的比重自2014 年开始已经低于一半。2016 年,美国可再生能源发电总量为6090亿千瓦时,占电力的比重为14.94%,超过了原定2020年达到12%的目标,其中非水可再生能源电力占比达8%。2017年,美国公用事业新增发电装机约为2800万千瓦,其中的近一半使用可再生能源技术,主要是风能和太阳能。

发展可再生能源不但能够推动能源独立,还有利于应对气候变化,在美国能源战略中的地位不断上升。

美国地方政策助推电力系统转型

2017年9月19日,美国国家资源保护委员会(NationalResources Defense Council)发布了一个蓝图,到2050年,新增的太阳能和风能可以满足美国70%的用电需求。而且,可再生能源还可以满足交通运输行业日益增长的电力需求。美国能源部国家可再生能源实验室(NREL)的综合研究表明,到2050年,该国可以做到使80%的电力来自可再生能源。届时,风能和太阳能等间歇性的资源可提供美国电力的一半左右,其余的30%来自其他可再生能源。研究还表明,高比例可再生能源情景可以全年每天每小时满足全国的用电需求,彻底实现电力系统转型。

地方政府制订了积极的可再生能源发展政策。目前共有29个州和华盛顿特区已经制定了可再生能源的投资组合标准,另外还有8个州明确了可再生能源的投资组合目标。其中,佛蒙特州的目标是在2032年前使75% 的能源供应来自于可再生能源,这是美国各州中第一个以法律形式正式施行的目标规划。

风电是美国发电装机最大的可再生能源

在过去十年里,美国的风电发展取得了巨大的进步。

美国能源信息署(EIA)的数据显示,截至2016年年底,美国风电装机规模超过8100万千瓦。

其中,一半以上的装机位于德克萨斯州、爱荷华州、俄克拉荷马州、加利福尼亚州和堪萨斯州。风力发电能力最强的几个州位于风能资源丰富的中西部地区。其中,爱荷华州、堪萨斯州和俄克拉何马州三个州,风力发电至少占本州公用事业规模发电装机量的25%。

德克萨斯州的风电装机约占美国风电总装机容量的1/4。2016 年,这些风电机组产生的电力占该州电力总产量的13%。

2017年3月23日凌晨,德克萨斯州电力可靠性委员会(ERCOT)发布消息称,当时的风力发电量占总发电量的50%,是迄今ERCOT监测到的最高值。

美国的风电场平均拥有约50 台风电机组。其中,位于加利福尼亚州克恩县的阿尔塔风能中心是美国最大的风电场,拥有586台风电机组,总装机容量达154.8万千瓦。

直到2016年下半年,所有美国的风电项目都在陆地上。美国第一个海上风电项目位于罗得岛州海岸的布洛克岛风电场,装机容量为3万千瓦,于2016年12月投入商业运营。弗吉尼亚州沿海的海上风电项目尚未建设,但正在寻求监管部门的批准。

美国地方政策助推电力系统转型

对风力发电的政策法律支持

在美国,对风电发展起到最重要作用的政策包括:搭建国家级可再生能源组合标准、联邦生产税收抵免和赠款等政策法律支持,以及提高输电容量。美国地方政府也颁布了一系列法律条例,积极推动风电发展。

以阿拉斯加州的分散式风电开发为例。该州于2014年颁布了风能开发条例,将开发场景分为商业区、住宅区、工业园区、市区等七种,并细致入微地按照不同商业环境和地理位置规定了土地使用情况、装机规模、并网要求等。以公共区域商业用户开发风能为例,该条例要求每个项目需要提供盖有阿拉斯加结构工程师公章的图纸。对于距离近于1300英尺(约396米)的项目,还需要进行潜在阴影闪烁分析,必须有声学顾问对该项目进行噪声评级,以确定在该地段安装风电机组是否合适。这些细如牛毛的规章条例如同美国的整个法律网络一样,覆盖每个风电项目的设计、安装、维修、使用等全生命周期。

德克萨斯州圣马斯科是美国风能资源丰富的地区之一,该地区将风能开发条例直接加入到了该市土地开发与建筑标准中。对于小型风力发电系统,还增加了附加要求,以满足其与周围环境、社区的匹配度,以及居民对视觉审美的需要。

地方政府还制定了关于风电的许多很具体的标准,如要求独立小型风电系统的塔架高度不得超过80 英尺。每个小型风电系统与距离最近的地面公用电力线路、通信线路或支撑结构的距离应不小于其总高度的1.1倍,由现有电力线通信线路或支撑结构的任何部分确定。小型风电系统或塔的任何部分,包括拉线锚,与周边任何房产的产权红线距离不得小于30英尺。

快速发展的光伏

近几年,美国太阳能发电量不断创下历史新高。据美国联邦能源监管委员会(FERC)发布的数据,2016年,美国的光伏装机达到1476万千瓦, 比2015年年底的750万千瓦,几乎翻了一番。但很多小型的和家用的系统并没有得到及时统计。而美国能源信息署(EIA)的统计数据显示,2016年年底,美国的光伏装机量为1667.8万千瓦。

美国地方政策助推电力系统转型

美国的主要城市在清洁能源革命中发挥了关键作用。作为人口中心,城市是电力需求的主要来源,同时拥有数以百万计适合安装太阳能电池板的屋顶。依据“Shining Cities 2017”报告,2016年度的数据表明,圣地亚哥在太阳能光伏总装机方面领先全国,总量为30.3 万千瓦,其次是洛杉矶(26.7万千瓦)、檀香山(17.5万千瓦)、圣何塞(17.4 万千瓦)、凤凰城(16.5万千瓦)。

美国地方政策助推电力系统转型

檀香山、圣地亚哥、圣何塞、印第安纳波利斯和阿尔伯克基是美国人均光伏安装量排名前五位的城市。檀香山的人均光伏装机量排名第一,已经达到495.2瓦。

城市推动太阳能开发的公共政策

各级政府强有力的公共政策可以帮助美国继续利用清洁太阳能,克服分布式发电的立法和监管壁垒。美国太阳能发展较好的城市都位于对太阳能开发采取强有力公共政策的地区。各城市为推进太阳能开发而采取的重要举措包括:

(1)以身作则。拉斯维加斯已经在37个公共建筑、社区中心、消防站和公园内安装了总计0.62万千瓦的太阳能光伏,其中包括该城市污水处理厂的0.33万千瓦发电站。坦帕和罗利还在城市设施上安装了大型光伏系统。亚特兰大市最近公布了一项新的计划,要在28座城市建筑物上安装约0.2万千瓦的太阳能光伏。在公共建筑上投资太阳能光伏的举措,不仅增加了电力来源,还起到向居民展示太阳能发电价值的作用。

(2)鼓励市政公用事业机构扩大对光伏发电的消纳。奥斯汀市正在采取措施向电网增加45万千瓦的太阳能发电装机。该市的电力公司Austin Energy 已经向当地提供了6万千瓦以上的太阳能发电装机(由于并非所有这些太阳能发电装置都在奥斯汀市范围内,因此,这部分数据并未计入前面的表格中。)

(3)通过社区太阳能政策扩大获取渠道。纽约市正在使更多人能够从太阳能发电系统中受益。那些无法在自己的建筑物安装太阳能电池板的居民,很快就可以从其他电力公司账户购买太阳能电力。

(4)鼓励多能互补。德克萨斯州的圣马斯科虽然不是太阳能资源最丰富的地区,但风能资源和太阳能资源的循环互补可以构成一个多能网络,承担一个社区或商业邻里的部分负荷。

有些城市采取了净计量(Net Metering)政策,它们往往是太阳能发展的领导者,许多领先的“太阳能城市”以及4个新增“太阳能之星”城市中的3个拥有全国最好的净计量政策。

净计量是一种计量和计费安排,旨在补偿光伏系统所有者输出到公用电网的部分电量。该政策允许公用事业客户使用现场分布式发电来抵消在整个计费周期(例如一个月)中从电网得到的电力。公用事业用户支付公用电网消耗的净能量。客户直接使用分布式发电系统现场生成的电力。如果客户的分布式光伏所产生的电量超过了客户可以使用的电量,那么多余的部分就会输出到公用电网。如果客户使用的电量多于其光伏生产的电量,那么他就可以像传统的公用事业客户那样从电网输入电力,并支付该电力的全部零售价格。客户通常会以每千瓦时为基础向公用事业单位并网到电网的剩余电量进行补偿。根据当地的政策,补偿水平因地而异。在某些地方,公用事业公司可能会以全零售价格或者低于此的价格补偿客户的多余发电。

净计量政策使得那些为电网提供太阳能光伏发电量,并起到平衡峰谷电能作用的消费者可获得一定的政策激励补偿,这个简单的计费安排是鼓励客户投资太阳能光伏的最重要国家政策之一。

根据最近美国国家可再生能源实验室(NREL)对屋顶太阳能开发潜力的分析,洛杉矶、纽约、芝加哥和圣安东尼奥等城市的技术可开发潜力比目前已有的装机高几十到几百倍。通过保持强有力的推动太阳能开发的公共政策,这些城市和其他城市可以继续带领美国走向100%可再生能源的未来。

美国地方政策助推电力系统转型

为了深入挖掘全国的太阳能开发潜力,以下政策被建议实施:

(1)地方政府持续引领作为“太阳能城市”的领先地位,设定太阳能开发目标,实施促进太阳能发电快速发展的计划,在政府大楼安装太阳能光伏系统,并敦促州、联邦官员以及拥有公用事业机构的投资者们扩充光伏设施。

(2)州政府制定雄心勃勃的太阳能开发目标,并采取相应的政策。利用净计量政策来公平补偿太阳能发电系统所有者的能源供应是至关重要的。制定强有力的可再生电力标准,包括太阳能开发计划、社区太阳能立法、太阳能发电项目税收抵免以及电费公共福利费用,为太阳能发电项目筹集资金,以及为低收入家庭推广太阳能发电项目。州政府还可利用其作为电力公用事业主要监管机构的角色,鼓励公用事业机构投资太阳能发电,并调整利率结构,最大限度地为消费者提供太阳能的好处。

(3)联邦政府可以维持太阳能发电项目的联邦税收抵免,包括使非营利组织、住房当局和其他不符合税收抵免资格的人可以从这些激励措施中受益。加大投资力度,以加速可再生能源、储能和智能电网技术的研究和开发。

从当前全球的大背景和动机来看,能源转型的终极目标是实现能源体系从基于不可再生的化石能源和核能转向可再生、可持续能源。对世界多数国家和地区而言,因其自身资源和经济发展的不同,地方政策对可再生能源的发展起到了更大的作用。在美国,地方政府在通过立法、条例、技术标准等方式鼓励可再生能源发展的同时,也注意使可再生能源开发与环境和当地社会友好协同,这值得中国地方政府在发展当地可再生能源产业时学习借鉴。(作者单位:何继江:清华大学能源互联网创新研究院;丁琰妍:华北电力大学)

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