电力系统能源转型的进程展望

投资咨询号：Z0016599投资咨询号：Z0012038 李祖智从业资格号：F3063857高明宇从业资格号：F0302201 欧洲电力转型背景 欧盟煤炭消费量在2003年便已达峰：在2008-2014年，煤炭消费量下滑的主要原因是欧盟一次能源消费总量的下滑；2014年之后，由于更为激进的环保政策，煤炭消费在能源消费中的占比开始明显下滑；2021年以来，由于俄乌冲突带来天然气价格暴涨，煤炭消费占比出现反弹，消费增速自2011年以来首度转正，短期内欧盟电力结构转型的节奏受到了挑战。 欧盟是全球对于环保和碳排放政策推行最为积极的地区之一，煤电退出进度最快，电力系统转型的核心推动力：外生性的政府政策；短期电力市场平衡中的煤炭-天然气燃料替代；长期电力市场平衡中新能源的冲击。 （一）政府政策——目标性政策 《欧洲气候法》：在签署了《京都议定书》、《巴黎协定》等控制碳排放的目标性文件之后，欧盟内部于2021年通过了《欧洲气候法》，明确2030年碳排放量较1990年减量55%的中期目标、在2050年实现碳净零排放的长期目标。该法案实现了对于减碳目标的强制性法律约束，各成员国也相应推出了自身的气候应对法案，设立了减排目标和退煤时间表。 《可再生能源指令》：2001年通过《可再生能源指令》，提出欧盟成员国可再生发电在2010年达到发电量22%的目标；2009年更改为到2020年可再生能源消费占总能源消费的20%；2018年通过《修订可再生能源指令》（Revised Renewable Energy Directive），提出2030年可再生能源达到32%的目标；2023年11月20日，《修订可再生能源指令》最新修正版生效，将目标改为到2030年可再生能源占比达到42.5%，并计划最终修订至45%。 《RePowerEU》:2022年5月，在俄乌冲突爆发后，为应对欧洲能源危机而提出的综合性计划。主要包括：降低能耗，提倡成员国发布鼓励节能的财政措施，例如降低节能供暖系统、建筑保温材料的增值税税率等等；增加能源供应多样化，欧盟成员联合采购天然气、寻找新天然气供给渠道等等；加快发展可再生能源，提出欧盟太阳能战略，提出了2025年总装机量320GW、2030年总装机量600GW的目标，投资发展氢能和生物甲烷等等。 （一）政府政策——煤电退出 欧盟层面并未直接提出具体的煤炭消费削减目标，只在2017年提出《煤炭地区转型倡议》，致力于提供技术、资源等帮助来促进欧盟内部涉煤炭产业地区实现能源转型。各国在碳中和目标下各自提出煤电退出计划：截至2022年，欧盟绝大部分国家均已提出明确的退出煤电计划，大部分国家计划在2030之前完成煤电退出。德国和波兰作为目前欧盟煤电发电量前两名的大国，因而退煤目标较晚。英国虽已退出了欧盟，但也在2021年提出在2024年完全退出煤电的计划。以德国为例，2021年9月通过了《燃煤发电减少及终止法案》，设定了压缩煤电的进度和2038年完全淘汰煤电的最终目标，实行招标对煤电站给予补偿以使其关闭。欧洲地区煤电机组的淘汰规模近几年维持着相当可观的速度，从目前已确定计划来看，欧洲煤电站在未来三年的淘汰规模将持续增高。煤电规模最大的德国和波兰计划在未来10年关停近一半的煤电装机。 （二）短期平衡——煤炭-天然气燃料替代 气电的比较优势：新能源发电具有不稳定性，核电、水电调节能力弱于传统化石能源。单位百万英热的天然气燃烧释放53.07千克CO2，而单位百万英热的煤炭燃烧则会释放95.35千克CO2，因此气电在效率和碳排放上是最优调峰机组。 欧洲电网定价机制：日前电力市场中各机组按边际成本高低进行排序，然后由当日竞拍中的最高边际成本者决定市场电价。通常情况下，天然气单位热值价格会高于煤炭，在不考虑碳税成本时煤电会较气电机组更有竞争力；加入碳排放成本后能把煤电的边际成本提升至高于气电的水平，从而市场化的优先使用天然气，加速煤电机组的退出。 碳排放权的影响：欧盟碳市场是全球运行较早、最为成熟的市场之一，自2005年成立后目前已进入第四阶段（2021-2030年）。各阶段的推进中，碳排放权的免费配额越来越少、纳入管辖的经济活动越来越多加之欧盟采取收储等调控措施，碳排放权价格总体持续上升，并相应推高了煤电的成本。 （二）短期平衡——煤炭-天然气燃料替代 数据来源：IEA，国投安信期货 在2018年之前，碳税价格过低导致真实气价持续高于平衡气价；19年后随着碳税价格进入高位区间，平衡气价跌幅显著小于真实气价，燃气发电具成本优势，煤电占比显著下滑。 2021年下半年开始由于天然气价格飙升，气价大幅超出平衡气价，直到22年末随着恐慌情绪缓解气价才开始回落，并于2023年二季度后再度接近平衡气价。2021年煤电占比14.1%，22年上升为15.1%，而气电占比在21年和22年均稳定在20%左右。23年由于新能源发电向好和欧洲经济疲软下电力总需求下滑，气电和煤电发电量均维持低位。随着2024年全球天然气供应的增加，欧洲气价中枢下移或再度推动气电对煤电的替代。 （三）长期平衡——新能源冲击 数据来源：BP，国投安信期货 欧洲水电、核电增量有限：1）欧洲水电开发较为成熟，较其2023年初13万兆瓦的存量，仅有2000兆瓦的在建项目，已无明显新增量；2）核电方向不同，德国出于安全考虑有废弃核电的计划，其最后的三座4290MW核电站在23年已如期关闭，完成退核；而欧盟核电主要大国法国、芬兰等在建项目已有2592MW，还有5632MW项目出于预建设状态，欧洲核电会呈现先减后增的态势。 欧盟最新通过的决议中计划2030年可再生能源占比目标最终提升为45%。据BP数据，在2022年欧盟可再生能源在发电需求中占到了28.5%,但在总能源消费中的占比仅为14.8%。尽管能源危机冲击后欧盟维持政策趋势，继续加码可再生能源发展，但离实现目标仍有一定差距。新能源的持续增长是最主要的煤电缩减的驱动力：由于自然禀赋原因，欧盟总体风能发电条件更好，在产能快速增长的过程中发电利用小时数总体维持平稳；太阳能则稳定性较差，其发电利用小时数在2014年达到峰值后便呈现缓慢下滑趋势。2008-2022年欧盟总发电量减少了187太瓦时，其中煤电下降338太瓦时，而风能和太阳能则合计增长507太瓦时。 （三）长期平衡——新能源冲击 能源危机后欧盟对新能源的政策扶植力度继续加码，市场总体持乐观态度。在2022年提出的RepowerEU综合法案中，对太阳能提出了2025年总装机量320GW、2030年总装机量600GW的较高目标。 据行业机构预测，新能源中太阳能装机有望得到更快发展。据欧洲风电协会，2022年底全欧洲投产风能达到255GW，未来五年在中性情景下，认为23-27年全欧洲将投产129GW风电，总增幅51%；据欧洲光伏协会估计，2022年底欧洲太阳能装机已达到208.9GW，其中中性预估认为未来四年共带来315GW的增量，4年总增幅高达152%，到2025年的新增量为230GW，高于欧盟RepowerEU计划的目标。彭博基于政策、成本等方面的综合考虑，给出了未来历年欧盟风能、太阳能装机预测。预估2025年欧盟风能装机容量将达到237GW，较22年增加37GW；太阳能装机则能达到368GW，较22年增加160GW。预计2023-2025年欧洲风能及太阳能新增装机总量将达到197GW，且太阳能在增速和规模上都将超越风能，成为最主要的新能源电源。 总结与展望 长期展望中，IEA预期2030年即使在现有政策情景下，煤电发电量也会从21年的459太瓦时被压缩至168太瓦时，仅为总发电量的5%；而可再生能源发电量则高达1971太瓦时，占总发电量的61%。在承诺愿景中煤电需进一步压缩至77太瓦时，因此要完成2050年的碳中和目标仍要求欧盟在现有政策上继续加码。 就发力点来看，在2030年前以对煤电的压缩为主，之后会进一步降低气电与核电的规模。 总结与展望 数据来源：彭博，国投安信期货 以德国为例，由于碳税和近年来能源危机的冲击，新能源中光伏和陆上风电的平均度电成本已显著低于其他化石能源发电，且未来随着欧盟加大新能源制造业的投资，预计新能源的度电成本仍有下滑趋势。 气电的调峰作用较强，未来仍会扮演欧盟电价边际调控者的身份。尽管未来几年随着全球LNG项目的大量投产，国际天然气市场有望重回买方市场，使得气电成本显著回落，但俄罗斯相对廉价管道气的退出使得气电平均成本仍难回到俄乌冲突前的水平，随之被推高的电价意味着新能源有望在长期会保持较好的利润优势。 年内尺度上气候的不稳定和天然气供应波动或许仍会使欧盟化石能源发电反弹以保障能源安全，但长期的市场格局和政策推动会让欧洲新能源对煤电的替代稳健进行。 总结与展望 预计2028年欧盟太阳能和风能发电或分别达到555和637TWH，分别为22年的2.68倍和1.51倍，太阳能的增速相对更快。两者合计较22年水平增加564TWH，远高于22年时煤电461TWH的规模。核电和水电在22年由于法国罢工和高温影响都大幅下降，23年水电有望回到历史中性水平，核电受德国退核影响23年仍维持低位，二者未来几年总体变化不大，核电相对有一定增幅。 煤电会自2023年重返回落态势，气电则相对维持震荡，存在先增后减的可能：即使LNG项目在25年后大量投产使得市场偏宽，有望此后维持对煤电较好的替代效用，但由于新能源的持续挤压，气电反弹空间有限，其绝对规模将会持续低于能源危机前2021年的水平。最终到2028年煤电与气电合计或只占19%左右的发电量，煤电更是有望被压缩到5%以下的极低水平。 化石能源消费：我们预估28年时欧盟煤电会下降为22年的28.8%，考虑到欧盟煤炭消费以发电为主，意味着未来五年后欧盟煤炭总消费量有望较22年继续削减三分之二左右。电力部门的天然气消费有望在2026年左右再度转入明显下滑，预计28年时气电较22年减少18.6%，而电力消费在欧盟天然气总消费中占比为31.4%，因此只考虑电力领域时，五年后欧盟天然气消费或较22年下降5.8%。 当可再生能源占比绝对规模较高时，气候的不稳定带来的发电量波动会变大，年内发电低谷期时调峰需求会带来较强的火电刚需。虽然煤炭消费和电力领域的天然气消费减量的长期趋势会较为稳定，但仍需关注个别年份由于气候影响新能源发力偏弱导致的消费反弹。 中国电力系统能源转型：目标的演进与实现 2020年9月第七十五届联合国大会上，习近平主席宣布“中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和”。 过往达标滞后项目：天然气消费、核电、生物质发电、风电发电量表：十二五、十三五时期能源转型目标完成情况 中国电力系统能源转型：目标的演进与实现 2021年10月国务院发布《2030年前碳达峰行动方案》：将2030年碳排放强度较2005年的降幅进一步自2016年的《能源生产和消费革命战略》中的60-65%提升至65%以上；2025年较2020年的碳强度下降目标仍为18%。 《“十四五”可再生能源发展规划》更加强调可再生能源电力的消纳责任：预期2025年可再生能源电力总量消纳责任权重自2020年的28.8%进一步提升至33%左右，其中非水电消纳责任权重自2020年的11.4%提升至18%左右。 2025-2030年间煤炭消费达峰的目标基本确立:2021/9/21习近平主席在第七十六届联合国大会一般性辩论上的讲话中承诺“中国将大力支持发展中国家能源绿色低碳发展，不再新建境外煤电项目”;《2030年前碳达峰行动方案》进一步明确“十四五”时期严格合理控制煤炭消费增长，“十五五”时期逐步减少。 中国电力系统能源转型：现存挑战 煤电产能仍处扩张周期 截至2023年初，全球煤电产能排名前10位的国家合计产能占比为87.6%，位居前3位的中