怎样达到碳中和？

方华 Black&Veatch Management Consulting,LLC 董事总经理

 

目前我的很多客户在脱碳方面需要咨询服务，他们策略调整主要是基于几方面的考虑，一方面有些向客户直接提供电力或者是天然气服务的能源公司，他们受各州州政府管理。有时这些州政府给他们下定目标，要求他们必须在某一个时间之内达到一定的减碳的目标，所以他们不得不探寻可行性途径从而达到政府的规定。另一方面有一些公司迫于股东和市场的压力，自主地提出脱碳计划。从金融市场的角度来讲，很多银行、保险或其他的大型投资机构都把脱碳和环境保护纳入投资风险的评估的一部分，所以从总体上讲，脱碳已经成为美国能源行业的一个趋势。今天我分享一下我所经历的美国能源行业脱碳的发展情况和主要的趋势。

 

一、美国脱碳趋势

（一）可再生能源组合标准

美国最早提出的保护环境或者是减少碳排放的策略是从电力行业开始的，电力行业最初提出的叫可再生能源组合标准（RPS）。有些州根据自己的情况提出一定的要求，即在本州经营的电力企业所卖的电力必须有一部分是从可再生能源里产生的，所以可以看到的数据都是一些百分比。有RPS标准的州大部分集中在西部、东北部，但中部和东南部的很多州没有RPS标准。原因是西部和东北部的这些州传统上就有比较重视环境的传统，而东南部和中部这些州很多是以煤电为主的，所以这些州在最开始的时候对可再生能源不是特别感兴趣，也没有经济动机来发展可再生能源。有一个例外是德州，德州的可再生能源标准非常低（2015年不到6000个千瓦时），但是德州现在发展了很多可再生能源，主要是风能。这是由于德州的风能资源特别丰富，而且开发成本非常低，所以市场资金虽然没有可再生能源组合标准，没有这种硬性的规定，也没有政策倾斜，但有很多市场资金投入开发能源。到目前为止，德州是美国风能容量最大的一个州之一，这就是市场机制在起作用。

（二）美国各州减排目标

在可再生能源目标提出后，美国又有很多州提出了减排目标。因为现在美国大众对气候变暖影响到经济和正常生活的认识比较深刻，所以很多州就确定了减排的目标，大部分集中在西部和东部。大部分州的减排目标是想通过不同的途径到本世纪中期的时候达到碳中和或者是零碳排放。这是整个经济层面的，RPS主要是电力工业一个行业的，这种减排的目标比较深入，要在整个经济上达到碳中和。

（三）能源公司减排目标

能源公司自动提出减排目标，希望在本世纪中期的时候达到碳中和，在自身经营中不会产生任何的碳排放。现在华尔街或者是金融市场对公司的碳排放持有比较反感的态度，因为这些公司大多数地处于有非常强大的减排目标的州，所以这些公司认为无论如何他们也要达到政府提出的减排的目的，还不如自己主动提出，是自身想达到减排目标，这有利于给大家树立一个比较好的形象，认为企业不是被迫的，而是主动提出减少自身碳污染的。

 

二、脱碳途径

（一）可再生资源

第一个脱碳的途径是大力发展可再生能源。其中最主要的是太阳能，美国东北部和五大湖区的太阳能潜力比较小，中西部太阳能潜力较大。美国太阳能在2010年的时候还是零起步，但在过去的十年之间发展得非常快，以几何级数增长。太阳能发电量占总发电量的比例虽然现在还是很低，但是增长的速度非常快。太阳能主要集中在加州、德州、北卡和佛罗里达等南部阳光照比较强的地区。太阳能电厂的建立有几方面的因素，一开始是可再生能源组合标准，各州出台了各种标准，在本州卖的电必须有一部分是属于可再生能源的，所以有些公共事业公司支持太阳能或可再生能源的电厂在一开始就建立。为了满足这个标准，公司签订的一些合同可以不是市场最低价，还能从消费者身上把价钱反馈回。另一个是太阳能的发展规模越来越大，技术提高得快并且成本下降得也快。到现在为止，如果建立一个太阳能电厂，与10年前比建立同样的电厂的成本下降了90%左右，所以这也是促进美国太阳能电厂容量增长非常快的原因之一。还有一个是联邦政府推动的一个税收免税计划，即如果投资太阳能项目，则公司会有30%左右的税收优惠，这相当于把建立成本人为地下降了30%，所以有很多市场资金流入到开发太阳能的行业中。现在美国的太阳能已经发展得非常成熟，现在处于第二阶段，一些原来发展得不是特别迅速的地区，比如说在德州太阳能跟风能比还是差很多，还有一部分我们称为PJM，像宾州、新泽西，弗吉尼亚和马里兰，这些地方太阳能发展的比较少，可能是因为资源不是特别丰富，但如果税收优惠成本非常低的话，这些地方也会开始开发太阳能资源。现在美国的形势是大家纷纷提出太阳能项目并在最近五年之内投入使用，因为税收优惠到2025年的时候就会失效，减少到一个非常低的点。所以很多开发商为了能得到税收减免，便会迅速地推动项目的开发时间。最近几年，大家预期太阳能的容量还会增长更多。

另外一个资源就是风能，现在美国的风能都是陆上的风能，其发展也同太阳能一样，增长了非常大的幅度。虽然风能的历史比太阳能的历史稍长，但是最近十年，风能增长得非常快，美国陆上风能主要集中在德州等风能资源比较丰富的地区。跟太阳能的发展不一样的是风能在美国开发得比较早，所以现在已经处于平缓阶段，增长不是几何级数的增长。原因是风能的潜力是有限的，受地理条件限制现在比较适合开发的资源大部分已经被开发，所以陆上风能增长幅度将来一定会放缓。但美国现在开始开发海上风能，海上风能集中在两个海岸，一个是西海岸，一个是东海岸。现在的开发的项目大部分集中在东海，因为东海岸的纽约、马里兰等州都有非常宏大的减排或是零碳的标准，但是他们除了海上风能之外，没有别的可再生能源能够支持他们达到这个目的，所以他们就集中开发海上风能。从技术层面来讲，海上风能的技术不像陆上风能那么成熟，因为有很多技术性挑战，包括海上发电、通过海底电缆把能量输到陆地上等。纽约、新泽西、弗吉尼亚和马里兰等州都订立了风能的标准，即在2030年前每个州都要达到从5000个千瓦时到9000个千瓦时的标准。拜登政府开始执政后，也把开发海上风能作为一个主要的标准，原因是他们觉得现在太阳能成本足够低，可以吸引私人资金开发太阳能项目。陆上风能没有很大的开发潜力，但是海上风能处于开始阶段，需要技术和资金上的支持，所以美国联邦政府把开发海上风能作为主要的能源政策之一。在下个5-10年之内，陆上风能的发展可能会趋于平稳了，但是海上风能会有较大的发展趋势。如果开发的经验多一点，比如有多年开发多个项目的经验，又有多年的经营电厂经验，我们认为成本会持续下降，这时候资本市场的资金可以进入。从长期来看，前5-10年可能是政府的政策性资金起推动作用，但10年之后，资本市场资金进场。

（二）电池系统

第二个脱碳的途径是电池系统（Bess）。电池系统现在在美国的储量非常小，还不到2000千瓦，原因就是电池的成本比较高。虽然电池成本有所下降，但是它目前成本还是比较高。

从技术层面上讲有两个问题，一个是电池需要占的空间比较大，所以建立大的电池厂就需要很大的地方；另一个是电池储电的效能不停地退化。通过充一次电来发一次电的方式，电池会有使用寿命，充电发电多少次后电池就没用了，电池不能用之后还要重新再建一个。环境层面的问题是电池用完后需要回收，为了避免造成环境污染，需要解决如何回收的问题。这些问题的存在使美国现有的电池容量比较小，但是预期美国电池存量将会增长很多，主要是由于成本。目前预期从现在到2025年，成本有可能降低50%，从而成本和收益达到比较平衡的状态。虽然没有政府倾斜政策，但也会有资本市场的资金进场。另外像加州、纽约等州专门提出要建多少电池储能系统，这个目标一来是为了电池储能系统可以用来作为零碳的能源工具。二来是如果大规模地开发可再生能源，需要电池来配套支持。因为太阳能或海上风能都是依靠自然的，不能控制什么时候产生多大的电量，这会产生不平衡。用电需求比较大的时候，可再生能源不能发足够的电，但当可再生能源发大量电的时候，又没有那么大的需求，这种情况下电池可以起到蓄水池的作用。如果可再生能源产生的电量大于需求的时候可以充电，如果可再生能源的发电量小于需求的时候可以发电，这样能弥补太阳能和风能的不确定性，所以电池在未来几十年之内会有很大的发展前途。如果海上风能或太阳能的增长速度更快，电池的增长速度也会相应加快。

（三）可再生天然气

这是一个比较小众的低碳或零碳的能源方式，因为可再生天然气是用自然界产生的原料来生成天然气，而不是从地下开采化石燃料形成的天然气。可再生天然气用的原料包括像牛粪、树叶，废水污水等，这些经过处理后都可以产生可再生天然气。在美国向大众提供天然气服务的天然气公用事业公司将可再生天然气作为减排的手段之一，所以有些州支持天然气公司开发可再生天然气的项目作为减少天然气排放量的一个措施。但是由于不可能随处找到牛粪、树叶等原料，所以可再生天然气对减排的作用和前途是有限的，不会有大规模的能源等着被开发。有些州有先进的支持可再生天然气的措施，这些州好多都有很强的农业，例如畜牧业、农业、果树种植，所以这方面政策比较明显，因为这些州知道本州有资源产生可再生天然气。

（四）氢能

氢能在全球范围之内是刚发现的一个低碳能源，在北美氢能现在是有应用的，但目前主要的生产方式是用天然气产生氢能，其过程叫SMR，把天然气变化成氢后用于refinery或chemical等生产线上，但是产生1吨的氢会产生9吨的二氧化碳，所以这种生产方式是不符合低碳标准的，这种氢被称为灰氢或蓝氢。目前比较有前途的是绿氢，是通过电解把可再生能源产生的电电解成氢和水，但是这种技术成本非常高，跟传统的电或天然气相比的话，成本是其几倍，绿氢仍然处在起步阶段。从技术上讲，生产氢的技术关卡克服后，还有氢的运输和储存的问题。现在的氢基本上生产和使用都在同一个地点从而不经过运输的环节，但如果想让绿氢成为能大规模用于各行各业的一个脱碳的工具，就必须解决运输和储存的问题。目前全球有很多项目来研究如何把氢混到天然气管道里。从理论上讲，如果在传统天然气管道里混入20%的氢，对使用的影响很小，所以很多地方都在探讨把氢混到天然气管道里作为将来运输或存储氢的一个工具。在欧洲很多机构都在研究如何把天然气管道完全变成运输氢的管道。因为氢能处在非常早的起步阶段，所以研究的费用或建设这种实验项目的费用都由政府出。美国能源部有一个1000万的计划，研究如何能在天然气管道里混入氢，还有在加州等州也支持本州的公共事业单位开始进行小量的实验性项目（生产、运输或者存储氢），但这些都处在早期，在20年之内大规模的资本资金可能不会进场。

 

三、项目盈利前景

如果资本市场想投资于某一种项目，预期就需要有回报。在美国的脱碳项目有三大类：

第一类是太阳能，因为成本下降很多，而且项目盈利的途径也比较多，相对来说成本可能低于盈利，所以现在私人资本就可以支持后续的项目发展，政府现在也减少了税收优惠。投资太阳能项目的收益有几个方面：第一个是能源收入，卖发电厂所发的电。第二个是产能收益，对于一个公共事业单位，要知道在高峰期需要多少千瓦的电来满足客户需求，就必须证明有足够的电产能满足高峰期需求。虽然大部分时间不需要每一个电厂都发电，但这也是一个项目的收入来源。第三个是REC（Renewable Energy Credit），对于一个可再生能源生产厂，发1000瓦时的电会产生一个credit，credit可以被卖。一些企业或事业单位必须满足脱碳的标准，如果他们不够的话就要付钱买credit，成为太阳能企业收益的一部分。第四个是减税，但减税到2025年基本上没有了。

第二类是电池储能系统，收益和成本处于相对平稳的阶段，如果电池系统的成本像预期一样在5年内降低50%，就会吸引很多私人资金开发这种项目。虽然没有任何税收优惠政策倾斜，但也能保证项目投资有很好的回报。投资电池储能系统的收益也分几个方面：第一个是能源收入，产能可以售卖。第二个是能源电力套利，电池是在电价低的时候充电，在电价高的时候发电，所以价差成为电池的收入来源。第三个是辅助服务来源，即整个电网在经营发电的过程中，如果有需要（比如说有一些简单的波动、哪个电厂出问题）能快速发电的这些资源补上，则电池可以快速地补充发电。

第三类是成本稍微大于能衡量的经济效益的资源，包括可再生天然气和绿氢。可再生天然气和绿氢的主要收入来源是credit，例如加州有一个目标，尤其是运输业用的由一些化石原料造成的汽油或柴油，对环境污染比较大，含碳量比较高，所以运输业有一个衡量标准叫Carbon Intensity，运输燃料的Carbon Intensity必须要不停地下降。因为用传统的汽油或柴油没办法改变Carbon Intensity，所以现在的问题是用可再生天然气或绿氢来消减汽油和柴油的Carbon Intensity。在加州有一个非常大的市场，如果某个工厂或企业地Carbon Intensity超过这个标准，就必须买LCFS（Low Carbon Fuel Credit）才能满足这个规定。由于电子车不消耗油，所以每一个电车都能产生一定量的Low Carbon Fuel Standard Credit，然后该公司就靠卖credit赚很多钱，他们的收入比卖车的收入还要高。

演讲稿整理：宋亚楠

责任编辑：张语婷

来源：TGES2021高级研讨会：碳金融与风险管理（8月）