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王志轩:中国能源电力转型的十大趋势

时间:[2019-01-03 ] 信息来源:中电联
作者: 
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  改革开放四十年来,财富彩票app下载工业取得巨大发展成就,由规模弱小、电力供应能力不足、技术水平落后,逐步发展为世界上规模最大、技术水平先进、供应能力充足的现代电力系统。2017年底,十九大报告作出了“中国特色社会主义进入新时代”的重大判断,财富彩票平台手机版又面临着新的发展机遇和挑战。支撑经济社会可持续发展,促进能源电力系统向清洁低碳、安全高效能源体系转型成为新的历史使命。以党的十九精神为指引,以现代电力系统为基础,以科技发展为引领,以方兴未艾的能源转型大潮为背景,对能源电力转型提出十大趋势性判断。

文丨王志轩

财富彩票app下载企业联合会临时党委委员、专职副理事长

 

能源电力转型的特点和判断趋势的基本依据

  能源电力转型的特点

  历史经验证明,能源转型既是推进能源结构形态、运行模式的根本性变化,也是推进人类精神文明和物质文明进步的重要标志。当前,世界范围兴起的能源电力转型有以下几个特点:

  ① 体现了人类总是不断创新、有所发现、有所发明、有所创造、有所前进的基本规律。

  当前,以新能源发电技术不断进步为基础,以互联网、移动通信、智能化发展和应用不断深化为依托,已经具备了大规模能源电力转型的技术基础。

  ② 体现了改变人类命运的共同追求。

  受百年以来化石能源大量使用所排放的温室气体影响,气候变暖持续严重,对人类生存环境造成现实和潜在的重大影响,迫切需要减排温室气体成为全人类共同推动能源电力转型的强大动力。

  ③ 体现了经济社会发展基本价值规律。

  如果能源电力转型所付出的经济和社会代价太大,不仅难以推动而且难以持续,正是由于科技进步使能源大规模转型有了可预见的经济性和可行性。

  ④ 本次能源转型是以可再生能源转化为电力和终端能源应用的电力化为核心内容,因此将其称为能源电力转型。

  判断中国能源电力转型趋势基本依据

  ①十九大提出的“两个百年目标”及中国经济、资源、能源转型的基本要求。

  党的十九大提出,要在2020年全面建成小康社会、实现第一个百年奋斗目标的基础上,再奋斗15年,在2035年基本实现社会主义现代化。从2035年到本世纪中叶,在基本实现现代化的基础上,再奋斗15年,把我国建成富强民主文明和谐美丽的社会主义现代化强国。两个百年目标是能源电力持续发展的强大动力源泉。同时,十九大明确要建设现代化经济体系,就是要构建绿色低碳循环发展经济体系、生产系统与生活系统循环链接的资源利用体系和清洁低碳、安全高效的能源体系。

  ②能源发展的价值观和方法论导向。

  能源价值观由能源安全、绿色、经济三个要素构成。其中,能源安全是核心,绿色(包括清洁、低碳、生态良好)和经济性是两个重要约束。习近平总书记指出,面对能源供需格局新变化、国际能源发展新趋势,保障国家能源安全,必须推动能源生产和消费革命。同时,不论从各国的能源战略看,还是从能源发展历史看,能源转型价值观的核心都是以保障能源安全为最大目的。

  但是,现代化经济体系中的能源安全如果没有绿色和经济性约束是没有意义的。中国能源发展的方法论就是“四个革命、一个合作”,即通过生产革命实现能源供给侧的绿色、经济和多元化,通过消费革命实现能源节约,而生产革命和消费革命的主要支撑是科技革命、体制革命与国际合作。

  ③根据中国国情,中国能源电力转型的关系,就是要解决好能源电力系统优化问题,

  即在能源电力生产和消费方面做好时间、空间、品种上的优化,以达到能源、经济、环境多目标博弈的最好结果。

中国能源电力转型的十大趋势

  趋势判断的条件和方法

  在时间段上主要以2035年前为主,不超过2050年。在内容上主要针对具有一定争议性或者条件不确定的重大趋势进行判断。在方法上主要以经验法进行定性分析判断为主。

  判断1: 在能源供给侧,非水新能源快速发展,条件较好的项目与传统化石能源发电相比,经过5-10年具有经济上和应用上的竞争力,如果将碳价考虑在内,竞争能力进一步增强。我国能源转型将会改变以油气替代煤炭的传统替代阶段,加速进入非化石能源替代煤炭、石油阶段。预计在2035年左右,非化石能源发电量约占全电量的50%。

  判断2: 财富彩票平台手机版的功能性质已经由传统的保障国民经济发展及人民生水平提高对电力供应的量、质要求(公用性、基础性),拓展为促进能源系统绿色化,进一步成为能源工业的主体和循环经济的核心。

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▲财富彩票平台手机版性质转变图(王志轩2009年提出)

  判断3: 在能源侧及电力需求侧,电能占终端能源消费比重将持续提高,预计到2035年比重将接近40%,2050年超过50%,成为能源消费的绝对主体。

  当前我国与发达国家电能在终端能源消费中的比重与我国持平,且我国还略高于英国等发达国家。这种现象使一些专家认为,我国电能占终端能源比重不会再提高。笔者认为,发达国家天然气在终端能源消费中的比重大约为25%左右,而我国在7%左右,我国计划在2020年才力争达到10%,2030年达到15%左右,制约天然气发展的主要因素是资源、价格以及低碳(相对于可再生能源)特性。要提高我国终端能源消费的清洁化,需要同步提高可再生能源发电比重及电能在终端能源消费中的比重。

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▲2005-2015年电力转化能源及电能消费占比

  判断4: 随着新电气化时代的到来,电能需求还有较大空间。我们既要解决人民美好生活需要所面临的电力不平衡不充分问题,又要满足完成工业化对电力的需要,还要满足未来能源消费以电力为主体的需要,电力在较长时期还要较快速发展。

  从1978年到2017年我国电力消费弹性系数(全社会用电量增速/GDP增速)来看,1年的弹性系数值在0~2之间,且年际间波动较大,体现不出电力消费是经济增长“晴雨表”的稳定关系;但10年滑动平均弹性系数曲线在0.8~1.2之间,且呈现出较规律性的波动,既反映出了“晴雨表”特性,也反映出弹性系数的周期性变化。

  虽然从发达国家的经验看,随着现代化程度的提高弹性系数将稍小于1,但我国是一个14亿人口的大国,第二产业用电量比重虽然随着现代化进程的发展会持续下降,但在中长期应当维持在约50%左右。同时考虑到未来能源使用的电能化以及智能设备大发展和电动汽车的快速发展,电能应用将还会有较大空间。尤其是当电能与能源、物质反向转换时,电量增长空间更大。

  2013年我曾写文章预测2020年全社会用电量将达到7.5万亿千瓦时,在当时被认为是一个高得离谱的预测,但现在看来可能最接近实际。经过分析,我仍然维持我2013年时对全社会用电量的预测,即2030年为11万亿千瓦时,2040年14万亿千瓦时,2050年将达到16万亿千瓦时。这个数据还不包括未来所有储能装置的用电,否则这个数据还将更高。

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▲1978-2017年财富彩票app下载消费弹性系数变化情况

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▲终端电能消费比重比较图

  判断5: 电力发展约束将发生根本性变化,我国火电(煤电)机组的技术水平已是世界先进、甚至领先,污染控制技术也是世界先进技术,常规污染排放对空气质量的影响这个传统的制约电力发展的最大因素已经转变。同时,提高能源转换效率、减少水资源等消耗的空间也大大减少,财富彩票平台app下载将逐步过渡到碳约束和以碳减排为统领的节能减排新阶段。

  现有的技术和经济条件下,常规污染物排放和有可能造成严重污染的重金属排放和其他环境问题都可以较好解决。进一步解决污染问题的思路是投入与产出是否合算问题(这个合算包括了环境效益),总体来看还是要科学合理地以环境质量要求(也在不断变化中)为依据,以技术经济条件为约束,科学制定排放标准,科学开展环境治理。过度的治理要求和不顾条件的扩大某种技术的应用范围,对企业施加不合理的压力,对环境造成副作用会加大甚是得不偿失。

  有人认为单位GDP能耗指标方面我国与发达国家相比还有较大差距,但这种差距在能源电力生产领域、钢铁、有色、建材等领域强度节能已经几无空间,降低这个复合性指标的值,要在“分母”上功夫,即在经济结构上下功夫,而不是在分子持续加大投入实施节能改造。

  判断6: 电力生产和输送布局由大范围资源优化配置(如西电东送),逐步过渡到大范围资源优化配置与分布式、就地平衡并举,再发展到以就地平衡为主,但大范围优化配置清洁低碳电力仍然是中国能源战略安全和资源综合优化利用的重要选择。

  第二产业发展仍然是中国未来最大的用电方面,而第二产业布局不仅受能源需求的制约,也受其他资源和地域的制约。同时,由于中国清洁能源分布的特点,以及未来电能与其他能源(如氢)之间互相转换和与其他资源的优化匹配,也需要有大范围资源优化配置电力的能力。

  判断7: 电力系统运行模式发生根本性变化,随着能源电力转型持续推进,能源侧、电力生产和供应侧、电力需求侧这三方面的融合度不断加大,形成的新能源发电、分布式电力系统、储能储电、综合能源服务的部分不断扩大。电力需求侧管理(DSM)将逐步过渡到需求响应(DR)阶段,再过渡到供需耦合的阶段。在供需耦合阶段,非水可再生能源发电将成为电力、电量的主体,且与核电、大型水电、气电、煤电、分布式电源、储电等共同构成多元化的中国新型电力系统。

  在传统电力管理模式中,体制背景是计划经济或者以计划管理为主,电价由政府完全控制到重点控制,技术背景逐步发展到自动化、信息化阶段。在供需耦合阶段,体制背景将是以市场经济为主体,除极少部分电价由政府控制外基本上以市场确定,而技术背景进入到到“云大物移智”阶段。

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▲电力需求侧管理变革示意图

  判断8: 储能储电决定能源及电力系统转型的进程和形态,储能将快速、大规模、在电网侧、发电侧、用户侧全面发展,对于保障电力系统稳定,促进能源低碳转型,促进全社会低碳发展起到关键性作用。

  储能的发展不仅解决了可再生能源发电、上网及消纳问题,而且对于提高核电、煤电机组的可靠、经济运行都将发挥重要作用,可使煤电机组的利用小时数达到6000小时,从而进一步减少了煤电装机容量,或者促进加快淘汰高碳排放的火电机组。多种储能的快速发展,由于具有替代性,需要政府部门和企业对火电机组的灵活性改造要有理性考虑,防止大范围“一刀切”,从而降低机组的高效性能。

  动力电池储电的快速发展,由于其快速放电特性,将大为改善电网的调节速度的电能质量,当有较大规模的动力电池储电用于电网调节时,对于推进电网系统和整个电力系统的运行模式具有本质性影响。

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  判断9: 电动汽车将持续快速发展,与电力系形成深度互动,尤其是智能电动汽车与新型电池、充电设施的互动性推进,将促进社会生活方式的重大变革,也进一步促进电力系统加快向供需耦合的方向“进化”。

  判断10: 电力系统将不断演变,2025年左右电力将是以智能电网为基础的电力系统;2035年左右将是以智能电网为核心、能源互联网为基础的能源系统;2050年左右将是与其他能量、物质、交通、信息高度融合的综合性系统。新电气化时代将成为新时代的主要标志。

  以上十个判断,粗略预计了能源电力转型的近、中期特点,以及转型高级阶段初期电力系统的形态。能源电力转型是一个既快速而又漫长的过程,对此要有充分思想准备。

  快速,是指多项技术发展之间相互促进而产生的巨大复合效应和物理形态往往远超人们的预期。泛在互联网、5G通讯、新能源发电与智能电网、电—能双向储转、智能电动汽车、智能制造等技术已经降临和正在降临人间,大规模应用在技术上很快可以实现。

  漫长,是指巨大能源系统转型需要一个过程,且这个过程并不会一帆风顺,不仅受技术瓶颈的制约,更受不同利益集团导向所构成的生产关系制约,还受国际、国内政治、经济、社会稳定形势的影响。十大趋势则是从社会整体利益最大化角度所做出的思考。

  历史将再次证明,能源电力转型将改变世界!需要说明的是,照明为主的电力、工业化时代的电力与智能化时代的电力的内涵和效用是不可同日而语的,以现行的统计指标系统和认知模式来预测未来的电力发展难有可比性。正如都是出行,但马车时代的出行与智能电动车时代的出行,其目的、意义、功能完全不同。