我国能源电力发展形势探析

/国网能源研究院总经济师　白建华/



我国能源电力发展形势探析

/国网能源研究院总经济师白建华/

要高度重视配电网发展，综合考虑“以电代煤”、分布式发电等可再生能源消纳、电动汽车充换电等的发展目标。“以电代煤”可以有效扩大电力需求，有利于风电、太阳能等清洁能源消纳，分布式、微网将进入快速发展时期，电动汽车规模发展也较为可期。

2015年是“十二五”的最后一年，也是谋划“十三五”乃至中长期能源电力发展的重要一年。2015年的能源电力发展成绩显著，但也存在一些突出问题，诸如“弃水、弃风、弃光”严重、雾霾等污染事件频繁发生等。2015年“智能电网”、“能源互联网”、“电力改革”等热点问题广受大家关注，还引发了一些争论。在本文中，笔者将按照“存量调整、整体优化”的思路和原则，以实现能源安全、环境友好、低碳发展为目标，从几个方面对未来能源电力发展趋势进行研判，对“十三五”乃至中长期能源电力发展进行科学谋划，探讨如何构建安全、清洁、低碳、高效、经济的能源体系。

电力在未来能源体系中将扮演越来越重要的角色，因此“智能电网”将逐渐成为“能源互联网”的最重要的组成部分。“以电代煤”、“以电代油”等“电能替代”措施是实现能源生产和能源消费革命的重要抓手之一，不仅可以提高能源利用效率，还可有效扩大可再生能源消纳市场，减少化石能源开发利用规模，治霾效果显著，推动低碳发展。

全球化石能源资源有限，按目前开采利用强度，煤、油、气三大化石能源仅能利用50～100年左右，常规化石能源难以长期支撑人类用能需求；资源匮乏国家和地区的能源对外依存度不断提高，脆弱的能源供应链带来了日益严峻的能源安全问题。在能源生产、运输、加工转换和使用的各个环节，对空气、水、土壤等生态环境，已经造成了严重的污染和破坏；我国雾霾天气频发，PM2.5污染覆盖面积大、持续时间长，严重危害了人们的身心健康。根据大量科学家的研究预测，继续大量燃烧煤炭等化石能源，到21世纪末全球平均气温将上升3～6℃，随之将出现极端天气频发、淡水资源危机、粮食减产、经济损失、疟疾等疾病爆发、大量物种灭绝等问题，生态环境极度恶化，对人类生存构成严重威胁。

解决上述三大挑战，必须调整和改善能源结构，降低化石能源比重，从高碳向低碳方向发展，迫切需要加快能源革命的步伐。从一次能源开发来讲，加大太阳能、风能、水能、生物质能、海洋能、核能等可再生及清洁能源的开发力度，逐步提高比重、替代化石能源，实现能源结构从化石能源为主向清洁能源为主、化石能源为辅的根本性转变。可再生及清洁能源的80%以上都要转变为电能加以利用，因此，从终端能源消费来讲，需要以电能替代煤炭、石油等化石能源的直接消费，提高电能在终端能源中的比重，提高电气化水平。

能源低碳发展、清洁发展，为电力工业带来了新的发展契机。总体判断，未来相当长时期内，我国的电力需求仍将保持较高的增长速度，我国电力消费增长将基本与经济增速同步，快于总体能源消费增速。2020年的电力需求，一方面受城镇化、工业化等传统因素拉动，另一方面电能替代的快慢也在一定程度上决定了电力需求的增长速度，“以电代煤”、“以电代油”将成为拉动电力消费增长的新动力。我国“以电代煤”潜力巨大，经初步测算，替代8～10亿吨的散烧煤，可以扩大电力消费1.8～2.3万亿千瓦时左右。电力需求预测表明，2020年我国全社会用电量将达到8万亿千瓦时左右；如“以电代煤”力度进一步加大，则可达8.4万亿千瓦时，甚至更高。

展望2050年，全国全社会用电量将较2020年增长一倍左右。未来电力将成为终端能源消费的主力，在未来的三四十年中，电能占比将逐步增加到50%以上。因此，从中长期来看，能源互联网将是以智能电网为中心、多能互补的现代能源体系。

除核电、部分大型水电外，未来大多数电源将变为“低密度”电源，即单位装机容量的发电量较低。为满足日益增长的电能需求，向以可再生能源发电为主的电力供应格局过渡，将需要更大容量的电源总装机，未来电源投资将大幅度增加。

为充分发挥核电、大型水电的清洁能源发电效益，未来应保持较高的年利用小时数，核电一般为7000小时左右，大型水电应尽量做到不弃水或少弃水。风电、太阳能光伏发电的年利用小时数较低，各类调峰电源的利用小时数也较低；随着可再生能源在我国电源结构中占比的日益提高，煤电比重将逐渐降低，煤电除了补充电量不足外，更重要的是满足可再生能源大规模并网后系统调节和备用容量需求的增加，煤电需要更多地发挥容量效益，其年利用小时数将大幅下降。根据对我国高比例可再生能源发展情景的预测结果，2050年全国煤电平均利用小时数将下降为2000小时左右。当然，受需求侧管理力度、储能发展规模、电动汽车充放电管理、燃煤火电发展和退役进度、未来全球能源互联网发展进程等因素影响，我国燃煤火电规模和利用小时数也将存在一定的不确定性。

根据我国电源装机的发展趋势，“十二五”至“十三五”十年间，每年新增装机规模约1亿千瓦，可再生及清洁能源发电的比重逐渐上升。由于清洁能源发电的单位千瓦投资成本普遍高于火电等常规电源，因此电源的总体投资水平将呈上升趋势。粗略估算，十年间全国电源投资总计大约6.9万亿元，年均投资6900亿元；“十三五”期间，年均电源投资将超过7000亿元。

由于我国可再生能源资源和电力消费地区分布不均衡，以及随着可再生能源发电规模的不断增加，在省级电网、区域电网不断增强的基础上，增强跨大区电网互联、扩大可再生能源的消纳市场，将成为促进可再生能源高效利用的重要途径。

如前所述，在高比例发展风电、太阳能发电的情景下，电力系统总装机将会大幅度增加；为满足大型可再生能源基地建设和快速发展的分布式清洁能源发电并网及高效率利用的需要，电网的强大输送和配置功能，将起到举足轻重的作用。

随着风电、光伏发电的发展，特高压电网、超高压电网、配电网都将长期较快发展，电网的投资规模也将大幅度增加。以特高压为例，2020年将需要承载大约3亿千瓦以上的跨区电力流；2020～2030年十年间，跨区电力流大约需要翻一番，才能承载持续增加的水电、风电、太阳能发电，以及煤电的跨区输送需求；2030～2050年，随着风电、太阳能发电的急剧增长，全国跨区电力流规模仍会持续增大，20年间还将扩大一倍左右。

扩大电网互联，是提高可再生能源开发规模和利用效率的最有效途径。除此之外，还需要需求侧管理、抽水蓄能、新型储能等多措并举，这些措施具有一定的竞争关系，又需要相互协调；未来电力系统发展的不确定性增大，不但取决于局部环节的创新和成熟度，更重要的是需要高效的系统集成能力，以期达到系统的整体最优。

适应风电、太阳能光伏发电的快速发展，储能技术、电动汽车技术需要加快成熟，并大规模应用。但目前的主要瓶颈是储能电池，其成熟度还不够，影响电动汽车的规模化推广，也影响新型储能在电力系统中的大规模工程应用，必须加大研发力度，鼓励科研攻关，及早取得突破性进展。

对常规电源来讲，需要满足的负荷为从原始负荷曲线中扣除径流式水电、太阳能光伏发电、风电等可调节性较差电源出力之后的净负荷曲线。在高比例风电和光伏发电并网的情况下，与原始负荷曲线相比，净负荷曲线峰谷差加大、峰谷之间的斜率增加、每天还可能变为多峰多谷，极大地增加了传统电源的规划和运行难度。因此，研究针对净负荷曲线的需求侧管理，降低最大值、减小峰谷差，将有效减小或延缓可控电源、各级电网的投资，提高系统运行效率，降低整体电力系统的投资和运行成本、减少污染物排放。

为达到电力系统的整体优化发展，未来需要进行大量创新性的整体研究。需要进行不同地域、不同环节、全时空的数据挖掘、收集、存储，规律探究，并能展望未来；还需要研究满足巨型电力系统整体和各环节运行规律下的需求侧管理和响应策略；近中期需要更多体现电力市场作用的发挥，中远期需要协调好传统电源、储能电源、各级电网投资，提高运行效率，减少化石能源消费、降低污染物和温室气体排放。

实现以可再生能源为主的能源系统，还需要几十年乃至更长时期的不懈努力。因此，未来还需要以智能电网为中心，构建好以保障能源安全、保护生态环境、抑制气候变化等为目标的多种能源协调开发和输送、电热冷等多种能源利用方式灵活高效互动的能源互联网。这需要更为艰巨地研究和探索。

在“十三五”乃至中长期，大电网是推动可再生能源高比例开发和高效利用的最有效手段，这也是发达国家的宝贵经验，电网规划和发展的任务繁重。欧洲可再生能源发展得益于大电网互联。实践表明，无论风电等可再生发电并网于配电网还是输电网，当其比重较高时，都需要大电网更大范围地配置和消纳。德国光伏装机近4000万千瓦，占20%；220千伏及以上跨国联络线59条；2014年6月9日13：00，光伏发电超过用电负荷的50%，向周边国家送电1409万千瓦，占光伏出力的61.3%。丹麦风电装机约500万千瓦，占30%；16条跨国联络线输电能力800万千瓦，超过总装机容量的一半；2013年12月21日凌晨2：40，用电负荷304万千瓦，风电出力407万千瓦，跨国联络线外送254万千瓦，占风电出力的62.4%。

要高度重视配电网发展，综合考虑“以电代煤”、分布式发电等可再生能源消纳、电动汽车充换电等的发展目标。“以电代煤”可以有效扩大电力需求，有利于风电、太阳能等清洁能源消纳，分布式、微网将进入快速发展时期，电动汽车规模发展也较为可期。应综合考虑这些因素，加大电力需求侧管理力度，结合国家出台的2015～2020年2万亿元的配电网投资计划，做好配电网统筹规划，并配套出台响应的激励和支持政策。

加强电力系统和热力系统的协调，在风电等可再生能源发电消纳困难时段，采用电供暖，是解决“弃风、弃光”的有效措施，并能降低供暖系统中燃煤供暖量，实现“以电代煤”。为适应风电、光伏发电的间歇性、随机性、波动性等随风力和光照变化的“任性”特点，除灵活调节电源（燃气轮机等具备灵活调节能力的燃气发电、抽水蓄能、新型储能等）充分发挥作用外，燃煤火电的频繁深度调节也将成为常态。对常规燃煤火电来讲，应充分挖掘其调峰潜力；需要出台新的价格激励机制，如采用容量电价+电量电价的“两部制电价”，或采用电量电价+调峰调频等辅助服务补偿的机制，保障燃煤火电在新的运行模式下保持其财务生存能力。对“热电联产”燃煤机组，需要进行技术改造，增加其对电力系统的灵活调节能力；如可在电厂中加装储热介质（如电热锅炉+保温水箱），在风电大发难以消纳的时段，热电联产机组的发电出力可部分用于储热，降低其向电力系统的供电水平，从而显著增加电力系统对风电的消纳能力；热电联产机组的供热、电储热，与燃煤等其他供热系统统一规划、协调运行，促进风电等可再生能源消纳，实现“以电代煤”，有效减少供热用煤，高效清洁低碳地满足供热需求。对具有自备燃煤电厂并需要电力系统作为备用的电力用户，也应规定其消纳可再生能源的义务，在系统消纳风电、太阳能发电困难的时段，燃煤火电也应参与调节，为高效消纳风电、太阳能发电贡献力量。

能源互联网是一个浩大的系统过程，未来发展任重道远。从能源利用方式来看，电力消费比重不断提高已经形成广泛共识，氢能也可能作为能源大规模利用的方向，以电制氢具有大规模发展潜力。从能源互联网的连接范围来看，随着风电、光伏发电比重的不断提高，跨省、跨国联网将不断加强，跨大洲联网在未来几十年也可能提上议事日程，在高效消纳可再生能源的同时，取得巨大的联网效益，通过全球能源电力的统一规划和运行，节约大量电源装机容量和投资。储能的成熟应用在时间上具有较大的不确定性，结合需求侧管理理论和实践，其将在很大程度上影响电力系统的未来发展形态。煤炭利用方式、煤电的优化布局、能源结构的清洁化发展，将深刻影响煤炭的开发和运输格局；燃气发电未来将逐步成为燃气利用的大户，从供气端推动供气网络发展，在能源利用端连接电热冷供应，其灵活调节能力也将有利于风电、光伏发电等可再生能源消纳；电动汽车、电动交通等“以电代油”的发展，将优化交通系统发展，降低石油对外依存度，保障能源安全，同时逐步解决传统交通方式带来的交通污染顽疾。