经济导刊
分享:

把握能源电力转型的十大趋势

来源: 2020.07.21 10:28:09

 

 

2020年是制定“十四五”能源规划的关键一年,研究能源电力转型的大趋势,对于制定规划有重要意义。把握能源电力转型的趋势,一是要把握中国经济社会发展的趋势;二是要把握能源电力转型的基本推动力;三是要把握中国能源与电力的关系;四是要把握电力工业性质的变化;五是要把握能源电力中关键领域的发展规律;六是要把握能源电力技术发展趋势。而作好“十四五”电力发展规划,不仅要考虑到规划的内容,而且要充分考虑到规划编制方法的改革。

中国能源电力转型趋势的时代背景

 

新中国成立70年来,尤其是改革开放40年来,中国能源和电力工业取得巨大发展成就。电力工业的规模由小到大再到强,电力供应能力由严重短缺、不足到平衡和略有富余,技术水平由落后到先进和部分领先。现在,中国电力工业已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。

十九大提出了“两个百年目标”及中国经济、资源、能源转型的基本要求,即要在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,十九大明确提出,要建设现代化经济体系,就是要构建绿色低碳循环发展的经济体系、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。

在这个时代背景下,要把握能源电力发展的大趋势,必须坚持正确的能源价值观和方法论导向。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。我认为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。同时,不论从各国的能源战略看,还是从能源发展历史看,能源转型核心都是以保障能源安全为最重要目的。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。我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。

当前,世界范围兴起的能源电力转型的基本推动力有三个方面:一是人类总是不断创新、有所发现、有所发明、有所创造。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。二是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。三是受经济社会发展基本价值规律支配。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。以上三个推动力决定了当前能源转型的特点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,因此称为能源电力转型。

 

能源电力转型的十大趋势

 

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年发展具有经济上和应用上的竞争力。如果将碳价考虑在内,竞争能力则进一步增强。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电力工业的功能性质已经由传统的保障国民经济发展及提高人民生活水平而对电力供应提出的量、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。电力工业的性质转变(图1),如果从电能生产领域、电能使用领域以及交叉领域所承担的新功能来看,电力工业的主要任务并不只是提出电能,而是要考虑全社会资源及能源的高质量利用。

 

1  电力工业性质转变图[1]

 

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,该比重将接近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基本持平,且我国还略高于英国等一些发达国家。一些专家由此认为,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,而我国仅在7%左右,我国计划在2020年力争达到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。图22005-2015年电力转化能源及电能消费占比,可以看出,这两个曲线都呈现出不断提高的趋势,未来会进一步加快提升。

2  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。我们既要解决为满足人民美好生活需要所面临的电力不平衡不充分的问题,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,因此电力在较长时期内还要实现较快速发展。

3显示了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)的变化情况。由图中可以看出,1个年度的年际平均弹性系数值在0~2之间,且年际间波动较大,没有体现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,电能应用将有较大空间。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,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2013年我对全社会用电量的预测,即2030年为11万亿千瓦时,204014万亿千瓦时。当时我预测,2050年将达到16万亿千瓦时,现在看来很难预测这个数值,主要原因是彼时电的用途与统计口径与现在有很大不同,基于能源电力安全和用户的特别需要,相当一部分电量会用于生产氢能或合成能源,电向能源的反向转换将成为常态,且由电能生产的电能源规模会扩大。

3  1978-2017年中国电力消费弹性系数变化情况

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发生转变。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,电力行业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以及其他环境问题都可以得到较好的解决。进一步解决污染问题的思路是考虑投入与产出是否合算(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,对环境造成的副作用会加大,甚至得不偿失。

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,但在能源电力生产领域、钢铁、有色、建材等领域,为缩小这种差距而采取强度节能已经几无空间,降低这个复合性指标要在“分母”上下工夫,即在经济结构上下工夫,而不是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我国未来最大的用电领域,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。此阶段,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,而技术背景进入到云大物移智阶段。电力需求侧管理、电力需求响应与电力供需耦合的发展发生变化(图4)。能源电力转型使得能源侧、电力供给侧、电力需求侧之间逐步加大了融合,形成了新的业态和不同的商业模式,传统的较为清晰的行业界线变得模糊了,必须有新的制度加以规范,使生产关系符合生产发展的要求。

4 电力需求侧管理、电力需求响应与电力供需耦合发展变化

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、大规模地在电网侧、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,从而进一步减少煤电装机容量,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进行理性考虑,防止大范围的“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。图5为电网、电源与用户的关系及储能主要应用图,电网侧、电源侧、用户侧都可以储能(电),但功能不同。与此同时,储能空间是一定的,尽管储能发展可以扩大用户的范围,但储能之间具有互相替代性,因此应当统筹考虑储能发展问题。

5  电网、电源与用户的关系及储能主要应用图

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,也将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年左右我国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有了长足的进步,大规模应用在技术上有望很快实现。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,不仅会受到技术瓶颈的制约,更受到不同利益集团导向所构成的生产关系制约,还有国际、国内政治、经济、社会稳定形势的影响。十大趋势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!

 

对“十四五”能源规划编制的建议

 

首先,对过去尤其是“十三五”能源类规划执行情况进行评估,促进对“十四五”能源规划编制本身进行改革。要敢于破除传统的、不适合新时代发展要求的规划框架,如进一步减少规划层次、优化规划内容。

其次,更加重视能源各个方面的协调性。把重点放到能源综合规划上,尽量采用自上而下形成综合能源规划统领下的多种能源子规划相互衔接的整体规划方法,力求避免采用自下而上使能源综合规划成为其他专项能源规划的简单叠加的方法。

第三,加强高质量发展要求下的能源指标体系研究,使能源规划由品种、数量的平衡型规划转向能体现高质量发展的“要素”提高型规划。因此,规划应重点坚持问题导向和目标导向,即以解决当前的突出问题和“十四五”高质量发展的目标为主要载体。

第四,在“四个革命”和“一个合作”的能源安全新战略指引下,坚持目标的统筹协调,而不是将“清洁低碳、安全高效”割裂开来。同时,考虑到经济社会能源转型的大背景、大潮流,“十四五”规划中应当补上以减“碳”而不是减“炭”为核心的“低碳”发展“短板”。如在确定指标体系及具体目标时,应当压实碳指标。

第五,淡化规划中能源数量平衡内容。当前全球一体化和中美关系不断发生变化,以及“一带一路”深入推进,经济社会的发展等各方面变化迅猛,规划实施中能源总量或者不同能源品种结构的变化与实际不符,这恰恰反映了它的正常性。因此,过多拘泥数量平衡是没有意义的。

第六,强化政策的引导作用。在能源安全底线思维下,淡化了数量平衡后,要有调整能源数量的政策工具,注重通过市场机制发挥政策调控的作用。要说新规划与传统规划的最大区别,应当是政策的作用更加直接和重要。过去主要是通过计划手段实现规划目标,在新时代的条件下,多数情况下这种手段难以发挥作用,规划目标的实现主要靠政策导向。

                                 (编辑  杨利红)



¨ 本文中的“十大趋势”内容在201913日首次发表在《中国能源报》。

* 王志轩,中国电力企业联合会专职副理事长。

[1] 此图由王志轩2009年提出。

相关阅读

热门话题

关注医改,没有健康哪有小康

2009年启动的新一轮医疗改革,明确医改的目的是维护人民健康权益,要建立覆盖城乡居民的基本医...

查看更多

新常态下装备制造业路在何方

2015年4月22日,由中信改革发展研究基金会牵头,邀请行业内部分重点企业领导人和管理部门&...

查看更多

>

2020年06期

总期号:期

2020年2-3合刊

总期号:251期

2020年05期

总期号:253期