王志軒:中國能源電力轉型的十大趨勢

時間:2019-01-03
來源:中國能源報
專家:王志軒
改革開放四十年來,中國電力工業取得巨大發展成就,由規模弱小、電力供應能力不足、技術水平落后,逐步發展為世界上規模最大、技術水平先進、供應能力充足的現代電力系統。

双色球投注 www.fkjnl.com 前言:中國能源電力轉型的十大趨勢其中之一是電力系統運行模式發生根本性變化,隨著能源電力轉型持續推進,能源側、電力生產和供應側、電力需求側這三方面的融合度不斷加大,形成的新能源發電、分布式電力系統、儲能儲電、綜合能源服務的部分不斷擴大。電力需求側管理(DSM)將逐步過渡到需求響應(DR)階段,再過渡到供需耦合的階段。在供需耦合階段,非水可再生能源發電將成為電力、電量的主體,且與核電、大型水電、氣電、煤電、分布式電源、儲電等共同構成多元化的中國新型電力系統。

其二是電力系統將不斷演變,2025年左右電力將是以智能電網為基礎的電力系統;2035年左右將是以智能電網為核心、能源互聯網為基礎的能源系統;2050年左右將是與其他能量、物質、交通、信息高度融合的綜合性系統。新電氣化時代將成為新時代的主要標志。

改革開放四十年來,中國電力工業取得巨大發展成就,由規模弱小、電力供應能力不足、技術水平落后,逐步發展為世界上規模最大、技術水平先進、供應能力充足的現代電力系統。2017年底,十九大報告作出了“中國特色社會主義進入新時代”的重大判斷,電力工業又面臨著新的發展機遇和挑戰。支撐經濟社會可持續發展,促進能源電力系統向清潔低碳、安全高效能源體系轉型成為新的歷史使命。以黨的十九精神為指引,以現代電力系統為基礎,以科技發展為引領,以方興未艾的能源轉型大潮為背景,對能源電力轉型提出十大趨勢性判斷。

1.能源電力轉型的特點和判斷趨勢的基本依據

能源電力轉型的特點

歷史經驗證明,能源轉型既是推進能源結構形態、運行模式的根本性變化,也是推進人類精神文明和物質文明進步的重要標志。當前,世界范圍興起的能源電力轉型有以下幾個特點:

① 體現了人類總是不斷創新、有所發現、有所發明、有所創造、有所前進的基本規律。

當前,以新能源發電技術不斷進步為基礎,以互聯網、移動通信、智能化發展和應用不斷深化為依托,已經具備了大規模能源電力轉型的技術基礎。

② 體現了改變人類命運的共同追求。

受百年以來化石能源大量使用所排放的溫室氣體影響,氣候變暖持續嚴重,對人類生存環境造成現實和潛在的重大影響,迫切需要減排溫室氣體成為全人類共同推動能源電力轉型的強大動力。

③ 體現了經濟社會發展基本價值規律。

如果能源電力轉型所付出的經濟和社會代價太大,不僅難以推動而且難以持續,正是由于科技進步使能源大規模轉型有了可預見的經濟性和可行性。

④ 本次能源轉型是以可再生能源轉化為電力和終端能源應用的電力化為核心內容,因此將其稱為能源電力轉型。

判斷中國能源電力轉型趨勢基本依據

①十九大提出的“兩個百年目標”及中國經濟、資源、能源轉型的基本要求。

黨的十九大提出,要在2020年全面建成小康社會、實現第一個百年奮斗目標的基礎上,再奮斗15年,在2035年基本實現社會主義現代化。從2035年到本世紀中葉,在基本實現現代化的基礎上,再奮斗15年,把我國建成富強民主文明和諧美麗的社會主義現代化強國。兩個百年目標是能源電力持續發展的強大動力源泉。同時,十九大明確要建設現代化經濟體系,就是要構建綠色低碳循環發展經濟體系、生產系統與生活系統循環鏈接的資源利用體系和清潔低碳、安全高效的能源體系。

②能源發展的價值觀和方法論導向。

能源價值觀由能源安全、綠色、經濟三個要素構成。其中,能源安全是核心,綠色(包括清潔、低碳、生態良好)和經濟性是兩個重要約束。習近平總書記指出,面對能源供需格局新變化、國際能源發展新趨勢,保障國家能源安全,必須推動能源生產和消費革命。同時,不論從各國的能源戰略看,還是從能源發展歷史看,能源轉型價值觀的核心都是以保障能源安全為最大目的。

但是,現代化經濟體系中的能源安全如果沒有綠色和經濟性約束是沒有意義的。中國能源發展的方法論就是“四個革命、一個合作”,即通過生產革命實現能源供給側的綠色、經濟和多元化,通過消費革命實現能源節約,而生產革命和消費革命的主要支撐是科技革命、體制革命與國際合作。

③根據中國國情,中國能源電力轉型的關系,就是要解決好能源電力系統優化問題,

即在能源電力生產和消費方面做好時間、空間、品種上的優化,以達到能源、經濟、環境多目標博弈的最好結果。

2.中國能源電力轉型的十大趨勢

趨勢判斷的條件和方法

在時間段上主要以2035年前為主,不超過2050年。在內容上主要針對具有一定爭議性或者條件不確定的重大趨勢進行判斷。在方法上主要以經驗法進行定性分析判斷為主。

判斷1: 在能源供給側,非水新能源快速發展,條件較好的項目與傳統化石能源發電相比,經過5-10年具有經濟上和應用上的競爭力,如果將碳價考慮在內,競爭能力進一步增強。我國能源轉型將會改變以油氣替代煤炭的傳統替代階段,加速進入非化石能源替代煤炭、石油階段。預計在2035年左右,非化石能源發電量約占全電量的50%。

判斷2: 電力工業的功能性質已經由傳統的保障國民經濟發展及人民生水平提高對電力供應的量、質要求(公用性、基礎性),拓展為促進能源系統綠色化,進一步成為能源工業的主體和循環經濟的核心。

▲電力工業性質轉變圖(王志軒2009年提出)

判斷3: 在能源側及電力需求側,電能占終端能源消費比重將持續提高,預計到2035年比重將接近40%,2050年超過50%,成為能源消費的絕對主體。

當前我國與發達國家電能在終端能源消費中的比重與我國持平,且我國還略高于英國等發達國家。這種現象使一些專家認為,我國電能占終端能源比重不會再提高。筆者認為,發達國家天然氣在終端能源消費中的比重大約為25%左右,而我國在7%左右,我國計劃在2020年才力爭達到10%,2030年達到15%左右,制約天然氣發展的主要因素是資源、價格以及低碳(相對于可再生能源)特性。要提高我國終端能源消費的清潔化,需要同步提高可再生能源發電比重及電能在終端能源消費中的比重。

▲2005-2015年電力轉化能源及電能消費占比

判斷4: 隨著新電氣化時代的到來,電能需求還有較大空間。我們既要解決人民美好生活需要所面臨的電力不平衡不充分問題,又要滿足完成工業化對電力的需要,還要滿足未來能源消費以電力為主體的需要,電力在較長時期還要較快速發展。

從1978年到2017年我國電力消費彈性系數(全社會用電量增速/GDP增速)來看,1年的彈性系數值在0~2之間,且年際間波動較大,體現不出電力消費是經濟增長“晴雨表”的穩定關系;但10年滑動平均彈性系數曲線在0.8~1.2之間,且呈現出較規律性的波動,既反映出了“晴雨表”特性,也反映出彈性系數的周期性變化。

雖然從發達國家的經驗看,隨著現代化程度的提高彈性系數將稍小于1,但我國是一個14億人口的大國,第二產業用電量比重雖然隨著現代化進程的發展會持續下降,但在中長期應當維持在約50%左右。同時考慮到未來能源使用的電能化以及智能設備大發展和電動汽車的快速發展,電能應用將還會有較大空間。尤其是當電能與能源、物質反向轉換時,電量增長空間更大。

2013年我曾寫文章預測2020年全社會用電量將達到7.5萬億千瓦時,在當時被認為是一個高得離譜的預測,但現在看來可能最接近實際。經過分析,我仍然維持我2013年時對全社會用電量的預測,即2030年為11萬億千瓦時,2040年14萬億千瓦時,2050年將達到16萬億千瓦時。這個數據還不包括未來所有儲能裝置的用電,否則這個數據還將更高。

▲1978-2017年中國電力消費彈性系數變化情況

▲終端電能消費比重比較圖

判斷5: 電力發展約束將發生根本性變化,我國火電(煤電)機組的技術水平已是世界先進、甚至領先,污染控制技術也是世界先進技術,常規污染排放對空氣質量的影響這個傳統的制約電力發展的最大因素已經轉變。同時,提高能源轉換效率、減少水資源等消耗的空間也大大減少,電力行業將逐步過渡到碳約束和以碳減排為統領的節能減排新階段。

現有的技術和經濟條件下,常規污染物排放和有可能造成嚴重污染的重金屬排放和其他環境問題都可以較好解決。進一步解決污染問題的思路是投入與產出是否合算問題(這個合算包括了環境效益),總體來看還是要科學合理地以環境質量要求(也在不斷變化中)為依據,以技術經濟條件為約束,科學制定排放標準,科學開展環境治理。過度的治理要求和不顧條件的擴大某種技術的應用范圍,對企業施加不合理的壓力,對環境造成副作用會加大甚是得不償失。

有人認為單位GDP能耗指標方面我國與發達國家相比還有較大差距,但這種差距在能源電力生產領域、鋼鐵、有色、建材等領域強度節能已經幾無空間,降低這個復合性指標的值,要在“分母”上功夫,即在經濟結構上下功夫,而不是在分子持續加大投入實施節能改造。

判斷6: 電力生產和輸送布局由大范圍資源優化配置(如西電東送),逐步過渡到大范圍資源優化配置與分布式、就地平衡并舉,再發展到以就地平衡為主,但大范圍優化配置清潔低碳電力仍然是中國能源戰略安全和資源綜合優化利用的重要選擇。

第二產業發展仍然是中國未來最大的用電方面,而第二產業布局不僅受能源需求的制約,也受其他資源和地域的制約。同時,由于中國清潔能源分布的特點,以及未來電能與其他能源(如氫)之間互相轉換和與其他資源的優化匹配,也需要有大范圍資源優化配置電力的能力。

判斷7: 電力系統運行模式發生根本性變化,隨著能源電力轉型持續推進,能源側、電力生產和供應側、電力需求側這三方面的融合度不斷加大,形成的新能源發電、分布式電力系統、儲能儲電、綜合能源服務的部分不斷擴大。電力需求側管理(DSM)將逐步過渡到需求響應(DR)階段,再過渡到供需耦合的階段。在供需耦合階段,非水可再生能源發電將成為電力、電量的主體,且與核電、大型水電、氣電、煤電、分布式電源、儲電等共同構成多元化的中國新型電力系統。

在傳統電力管理模式中,體制背景是計劃經濟或者以計劃管理為主,電價由政府完全控制到重點控制,技術背景逐步發展到自動化、信息化階段。在供需耦合階段,體制背景將是以市場經濟為主體,除極少部分電價由政府控制外基本上以市場確定,而技術背景進入到到“云大物移智”階段。

▲電力需求側管理變革示意圖

判斷8: 儲能儲電決定能源及電力系統轉型的進程和形態,儲能將快速、大規模、在電網側、發電側、用戶側全面發展,對于保障電力系統穩定,促進能源低碳轉型,促進全社會低碳發展起到關鍵性作用。

儲能的發展不僅解決了可再生能源發電、上網及消納問題,而且對于提高核電、煤電機組的可靠、經濟運行都將發揮重要作用,可使煤電機組的利用小時數達到6000小時,從而進一步減少了煤電裝機容量,或者促進加快淘汰高碳排放的火電機組。多種儲能的快速發展,由于具有替代性,需要政府部門和企業對火電機組的靈活性改造要有理性考慮,防止大范圍“一刀切”,從而降低機組的高效性能。

動力電池儲電的快速發展,由于其快速放電特性,將大為改善電網的調節速度的電能質量,當有較大規模的動力電池儲電用于電網調節時,對于推進電網系統和整個電力系統的運行模式具有本質性影響。

判斷9: 電動汽車將持續快速發展,與電力系形成深度互動,尤其是智能電動汽車與新型電池、充電設施的互動性推進,將促進社會生活方式的重大變革,也進一步促進電力系統加快向供需耦合的方向“進化”。

判斷10: 電力系統將不斷演變,2025年左右電力將是以智能電網為基礎的電力系統;2035年左右將是以智能電網為核心、能源互聯網為基礎的能源系統;2050年左右將是與其他能量、物質、交通、信息高度融合的綜合性系統。新電氣化時代將成為新時代的主要標志。

以上十個判斷,粗略預計了能源電力轉型的近、中期特點,以及轉型高級階段初期電力系統的形態。能源電力轉型是一個既快速而又漫長的過程,對此要有充分思想準備。

快速,是指多項技術發展之間相互促進而產生的巨大復合效應和物理形態往往遠超人們的預期。泛在互聯網、5G通訊、新能源發電與智能電網、電—能雙向儲轉、智能電動汽車、智能制造等技術已經降臨和正在降臨人間,大規模應用在技術上很快可以實現。

漫長,是指巨大能源系統轉型需要一個過程,且這個過程并不會一帆風順,不僅受技術瓶頸的制約,更受不同利益集團導向所構成的生產關系制約,還受國際、國內政治、經濟、社會穩定形勢的影響。十大趨勢則是從社會整體利益最大化角度所做出的思考。

歷史將再次證明,能源電力轉型將改變世界!需要說明的是,照明為主的電力、工業化時代的電力與智能化時代的電力的內涵和效用是不可同日而語的,以現行的統計指標系統和認知模式來預測未來的電力發展難有可比性。正如都是出行,但馬車時代的出行與智能電動車時代的出行,其目的、意義、功能完全不同。

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