中国能源的未来

文 | 朱成章

作者系教授级高级工程师，政府特殊津贴获得者

能源替换不是一蹴而就的，而是逐步完成的。第四次能源大转换应该遵循着清洁、低碳、安全、高效的原则，解决第三次能源大转换中存在的间歇性、不稳定性和能源密度低的问题。

中国的未来能源是什么？最近有很多讨论，比较一致的意见是可再生能源和新能源替代化石能源。可再生能源主要是水能，新能源主要指风能、太阳能，中国的非化石能源中还包括核能。其他可再生能源包括生物质能、潮汐能、地热能等等。这就是说，未来能源是可再生能源和新能源，主要是水能、风能和太阳能，极端的说法是水电、风电和太阳能发电，都是电力，所以中国和世界未来的能源就是电力。正是出于这样的认识，国际能源署署长说：美国成为石油、天然气行业领导者，中国成为清洁能源和技术领先者，电力将会成为能源的未来。

但关于未来能源还有以下一些问题值得探讨。

太阳能是否太孤独了

现在认定的未来能源包括水能，中国是世界上水能资源最丰富的国家，中国水能资源的理论蕴藏量是6.8亿千瓦，可开发水能资源5亿千瓦。风力发电20亿千瓦左右；中国的核能发电有的说不超过1亿千瓦，有的说5亿千瓦，大概都不包括快堆、聚变堆。生物质能发电、潮汐能、地热能发电也不过几亿千瓦，在可再生能源与新能源中，数量大的是太阳能发电。所以就中国的可再生能源和新能源来说，水电、风电等很快就会开发完，最后只剩下太阳能。太阳能发电的数量很大，但未来能源仅靠太阳能一种能源来支撑，是否太孤独了。

万物生长靠太阳，太阳能利用要与万物争土地，现在认为太阳能利用可以用戈壁沙漠，可是现在提出利用“藏水入疆”改造新疆的戈壁滩成为良田，太阳能的用地就会受到限制。

太阳能是所有能源中能源密度最低的一种能源，太阳能发电是所有能源发电形式中年设备利用小时数最低的一种能源，太阳能光伏发电要5个千瓦才能顶上1个千瓦燃煤发电的发电量，太阳能发电需要较多的电网辅助服务，包括储能设施。

所以太阳能利用的关键问题在于如何减轻太阳能自身的间歇性、不稳定性给整个电力系统带来的调峰压力，以及如何解决自身的低密度特性与高密度用电需求不匹配带来的问题。在第三次能源大转换之前，都是由供应侧来适应需求侧，现在供应侧是不变的，而需求侧很难适应供应侧的变化。所以这两个问题是很难解决的，要解决好这两个问题要花很大的代价。

第三个问题是太阳能发电的经济性，太阳能从业者认为：随着太阳能发电技术的进步，太阳能发电成本会低于燃煤发电成本。仅仅拿太阳能发电成本与燃煤电厂成本比，太阳能度电成本低于燃煤电厂成本是有可能的，但太阳能度电与燃煤电厂度电的质量是不同的，太阳能供电要有辅助服务，而燃煤电厂供电不需要辅助服务，太阳能电力成本加上远距离输电成本，再加上储能等辅助服务成本，太阳能电力成本不可能低于燃煤电厂成本。从上面的分析可得结论是：从可获得、环境允许、经济合理性考虑，应当寻求新的未来能源。

自“十八大”以来，我国在能源领域有许多新的发现，快堆、聚变堆、干热岩和天然气水合物采掘利用等方面都有突出成就，这些能源都是清洁能源，都是能源密度高的能源，如果在这些领域取得突破，超越风电、太阳能发电，中国将会对世界作出更大的贡献。

能源替换是逐步完成的

出现能源大转换并不是一种能源用完了，由另一种新的能源来替代。而是一种新的更好的能源去替代原来比较差的能源，以提高能源的效率和效益，所以原来的能源还可以继续发挥作用。也就是说，能源替换不是一蹴而就的，能源替换是逐步完成的。

世界各国的能源替换有先有后，发达国家能源替换在先，发展中国家能源替代慢。各个国家能源结构各不相同，参差不齐的能源替代还与各个国家各个地区能源资源禀赋有关，煤炭资源丰富的国家往往以煤为主，如中国、南非，中国至今没有完成第二次能源大转换；石油资源丰富的国家往往以石油天然气为主，如美国、俄罗斯、沙特等；水能资源丰富的国家，往往以水电为主，如挪威、瑞典；核能资源比较容易获得的国家往往以核电为主，如法国。

世界上已经进行了三次能源大转换，可是到现在为止，薪柴、煤炭、石油、天然气不仅没有消亡，都以一定比例存在着，有的能源，如薪柴由于属于可再生能源，使用薪柴并不排放二氧化碳，再次作为新能源、可再生能源重新被提倡被使用。天然气作为化石燃料中低碳、低污染品种，被中国等有关国家加快发展以减轻污染。能源转换是逐步完成的，过去的能源转换如此，今后的能源转换也必然如此。那种认为能源转换全球齐步走，不留尾巴的思想是错误的，甚至一百年之后、两百年之后，人类社会还会有薪柴、煤炭、石油、天然气存在。因为可再生能源、新能源都转换成电力，能源只有电力一种能源是不可能满足人类的需求的。

在山西太原召开的2017能源地区能源转型发展论坛上，对于能源转型有两种意见，一种意见认为，从中国能源禀赋来看，未来的中国能源——煤炭还是未来中国能源的主力。理由是：“中国能源使用的天然气、核能、石油、水能都有各自的极限，风电、太阳能也不会很大，经测算，即使其他能源都被尽可能利用，仍难以满足中国的能源需求。到2030年，中国仍有一半多的能源消耗依靠煤炭。”另一种意见是：“基于煤炭消耗总量之大，即使实现清洁、高效利用，单位排放降低，但总量仍不容小觑，另外煤炭利用效率较低，即便现在最先进的技术发电效率也不过50%，因此要实现转型的大目标，煤炭不能成为主要的能源支柱。”这两种转型路径，一个是从能源可能的供应量来说的，一个是从实现能源转型的大目标及能源利用排放数量来说的，两种路径都是说了一个轮廓，很难判断哪个可行不可行。例如第一方案，国内能源供应不足，届时是否还允许进口，进口可再生能源和新能源之外，还允许进口石油、天然气和核能吗？如果进口限于可再生能源和新能源，所以难于估计。如允许进口石油、天然气和核能，且数量不受限制那么保证供应大概不成问题，但能源安全如何考虑？第二方案实现能源转型大目标，允许中国排放是多少？许多重要的不确定因素存在，确实难以定论。不过从能源替换是逐步完成的来看，2030年中国一次能源中煤炭的消费比重还在50%左右是可能的，但这仅仅是一个过程，中国一次能源煤炭消费比重达50%是不允许长期维持的，也是有道理的。

虽然中国太阳能的技术和建设速度在世界上处于领先水平，但是太阳能要作为未来替代能源的主力是有困难的，依靠太阳能要把煤炭全部替代出来，非短时间内所能完成的。持第一条路径者认为：风电、太阳能占比也不会很大，这句话实质上否定了风电、太阳能是主力替代能源。关于能源转型路径的争论，说明中国的能源转型是一个非常艰巨的任务。持第二条路径者，虽然否定了煤炭作为主力能源的主张，但是如何加快对煤炭的替代，也没有什么有力的措施。依靠新能源，还是依靠石油、天然气？石油天然气对外的依存度已经很高，今后还能继续提高吗？看来有必要提出第三条路径：开发天然气水合物、干热岩等真正的新能源。

如何看待弃水、弃风、弃光？

在开始有电的一百多年里，电力最初只用于照明，白天和后半夜大量弃电，能利用的电力仅仅是前半夜的照明用电。后来推广工厂动力用电，白天动力用电，前半夜照明用电，只是后半夜无人用电。再后来工厂三班倒，白天上午、下午形成高峰，晚上工业用电和照明用电重合，形成前半夜的晚高峰，后半夜夜班少，没有照明用电，形成低谷。这样发电和输配电设备利用小时逐步提高了，“弃电量”逐步减少。为了进一步提高化石能源发电设备利用小时数，又提出修建抽水蓄能电站，移峰填谷、调峰调频、承担备用。还有什么潜力可挖吗？供应侧的潜力挖完，又想到需求侧，提出需求侧管理和需求侧响应。在有电的一百多年里，人们始终在需求侧和供应侧两个方面想办法，来提高供应侧和需求侧的效率和效益，取得了显著的成绩。

在利用化石能源发电的阶段，也有“弃电”问题，套用弃水、弃风、弃光的说法，当时存在弃煤、弃油、弃气、弃核，这是由于化石能源发电设备利用小时数可以达到7000-8000小时/年，而电力综合负荷利用小时只能达到5000小时左右，有一部分多余电量；再由于电力特点是即发即用，电力工业满足最大负荷的需要，当负荷处于腰荷和低谷时，就有一部分电量发不出来，所以存在“弃电”。不过当年的“弃电”与现在的弃水、弃风、弃光不同，前者不发、少发电可以少用煤炭、石油和天然气，可以减少些损失；现在弃水、弃风和弃光则不可能节水、节风、节光。这是当年“弃电”和当前弃水、弃风、弃光的差别，但损失都是有的。

在第三次能源大转换中，中国大力发展新能源，成为新能源和技术的领先者，同时出现了严重的弃水、弃风和弃光问题。所以近三年的全国能源工作会议，把保障油气供应，解决可再生能源和新能源的“三弃”问题作为能源工作的两项主要任务。2017年提出：“推进非化石能源规模化发展，围绕实现‘十三五’规划目标，着力解决弃风、弃光、弃水等突出问题。积极发展水电，稳步发展风电，安全发展核电，大力发展太阳能，积极开发利用生物质能和地热能。”2018年又提出：“聚焦绿色发展，着力解决绿色能源消纳问题，着力推进能源结构调整战略工程，统筹推进煤炭清洁高效利用，大力推进能源清洁发展水平。”

最近几年国家有关部门对于消灭“三弃”是非常重视的，各有关方面也做了很大努力，但“三弃”还是一个突出问题。如四川水电弃水2012-2016年弃水量猛增分别为76亿、26亿、97亿、102亿和142亿千瓦时，大家做了很大努力，2017年仅减少弃水2亿千瓦时，2017年还有弃水电量140亿千瓦时。2017年弃风电量419亿千瓦时，2017年弃风率超过10%的地区有甘肃（弃风率33%，弃风电量92亿千瓦时），新疆（弃风率29%，弃风电量133亿千瓦时），吉林（弃风率21%，弃风电量23亿千瓦时），内蒙古（弃风率15%，弃风电量95亿千瓦时）和黑龙江（弃风率14%，弃风电量18亿千瓦时）。看来这个问题不是一般号召能够解决的，涉及政策和规划问题。

非化石能源发电的“三弃”问题，与化石能源发电的“弃电”问题，解决途径是相同的，也需要从供应侧和需求侧两个方面采取措施。但非化石能源发电“三弃”问题解决要比化石能源发电的“弃电”难度要大得多，首先非化石能源发电的可利用设备利用小时数小得多，一般水力发电约3000多小时/年，风力发电约2000多小时/年，太阳能发电约1000多小时/年，与综合电力负荷5000小时/年差距大；其次非化石能源发电的随机性比化石能源发电大得多。由于这两个原因，非化石能源电力的辅助服务的投资、运行费用都要大得多，而且适应非化石能源电力辅助服务的技术、设备制造都不是很成熟。从需求侧应采取的措施来看，由于非化石能源电力设备可利用小时数太低，要使电力用户适应非化石能源电力，非化石能源电力发电时用电，非化石能源电力不发电时停止用电，则电力用户运行时间太短，照明用户不适应，工业用户要用几倍的设备和人力才能达到正常生产所能达到的产量，投资和成本都太高，并不经济。所以，非化石能源电力供电时，解决“三弃”问题主要依靠供应侧。

可再生能源和新能源电力“三弃”的情况比较特殊，为了充分利用“三弃”电能要支付比较多的辅助服务费用，考虑“三弃”直接利用的经济性，不同地区应当允许一定比例的弃水电量，例如弃电3%～5%。“三弃”数量大的省、区，要调整政策，鼓励电网、发电厂和用户提高消纳可再生能源和新能源的积极性，要制定消纳规划，并适当控制非化石能源电力的增长。

能源转换耗费极大

开始使用能源时，都是直接使用一次能源，随着科学技术的发展，人们对能源的要求越来越高，对于一次能源进行深加工后，才出现二次能源，特别是电力的出现，电力的广泛应用，能源转换越来越频繁。尤其以可再生能源和新能源作为替代能源之后，能源转换的任务越来越重了。能源转换不仅要花投资、运行费用，还会造成能源损耗。

能源转换的种类繁多，不同的转换类型，损耗各不相同，如燃煤电厂损耗达60%-70%，燃气发电能源损耗50%，热电联产、热电冷联产的能源损耗可降低到20%-30%。

电力储能的能源转换就比较复杂，实际上电力不可能储存，所谓电力储存，是把电力转换成容易储存的能源，把它储存起来，等到需要电力的时候再把这种能源转换成电力。电力储存是依赖两次能源转换完成的，所以能源转换的损耗比较大。抽水蓄能是将电力变成位能储存起来，需要用电时再将位能变成电力，损耗在30%左右。蓄电储能是把电力通过蓄电池把电力转换成化学能，需要用电时将化学能转化成电能，损耗在40%左右。压缩空气储能，是把电能转换成压缩空气储存，需用电时将压缩空气转换成电力，损耗也在40%。

所以，凡是可以使用一次能源且环境允许的，就用一次能源，不用电力；凡是可以使用不用转换储存的电力的就不用储存的电力。尽量减少能源转换，就可以提高能源利用效率。从提高能源利用效率上考虑，也应当尽量减少风电、太阳能发电等间歇性能源的发展。

自然垄断和行业壁垒

有人认为，“未来能源更多地取自身边，就地利用，电网、管网的自然垄断将被跨越；各种能源品类、能源服务高度融合发展，单一类型能源企业向综合能源服务商转变，能源管理模式必将对应改变，这意味着行业壁垒将被打破。总之，未来能源的发展将跨越自然垄断、跨越行业垄断，最终实现环境友好、均衡发展的目标。”这席话说明，对于未来能源存在两种观点，一种观点是“取自身边，就地利用，跨越自然垄断的电力网”，另一种观点是“开发北极的风能、开发赤道的太阳能，建设全球综合能源网（自然垄断的）”。

中国有一种意见认为2030年中国的可再生能源、新能源尽最大努力开发都不够用，那么进口外来的、由全球综合能源网供应风电和太阳能发电是最适宜不过的，所以要跨越自然垄断的电力网似乎不太可能。

这席话还说明，对于未来能源存在另外两种观点，一种观点是：“可再生能源和新能源发电替代化石能源发电，用可再生能源、新能源发出的电力去替代化石能源消费，人类只使用一种能源—电力。”另一种观点是，“多种能源均衡发展，多能互补，产业互惠；多种能源品类、能源服务高度融合发展，向综合能源服务商转变。”

看来，未来能源转型路径不止两条，如果第三次能源大转换是用可再生能源和新能源替代化石能源，那么哪里来的多种能源，还有什么多能互补？有什么必要成立多种能源服务商？未来的能源是要达到清洁、低碳、安全、高效，而不是跨越自然垄断和行业壁垒。

生物质能和电转热

生物质能是第一次能源大转换中被淘汰的能源，在第三次能源大转换中，成为与风能、太阳能并列的替代能源，生物质能可用于替代曾经替代过他的煤炭、石油、天然气。第一次能源替代时的被替代对象，在第三次能源替代时成为替代者，这在当时是没有预料到的。

另一个比较特殊的现象是，过去认为用电力去供热。不如用一次能源直接供热来的经济合理、效率高。因为一次能源转换成电力，一次能源要损耗60%-70%，即使电力转换为热能效率为100%，损耗还是很高的，所以一般不主张用电去供热。用热电厂、供热锅炉、供热管网供热就是这个道理。但是随着科学技术的发展，采用热泵技术，一份电力可以产生两至四份的热能，能效要比电炉、电锅炉的热效率高好几倍，从能效上看，用热泵供热能效要高得多，用电供热是好的。由于目前热泵的投资比电锅炉的投资高，所以还不能用热泵替代电锅炉。待科学技术水平进一步提高之后，热泵的经济性提高之后，就可以取消热电厂、供热锅炉和供热管网。

去杠杆与降电价

党的十九大提出：“坚持去产能、去库存、去杠杆，降成本、补短板，优化存量资源配置，扩大优质增量供给，实现供需动态平衡。”去杠杆与降电价是互相关联的，如果电价低于成本，电力企业必然亏损，亏损企业必然会增加杠杆（即增加负债）；相反电价高于成本，电力企业盈利，盈利企业必然去杠杆。所以杠杆和电价有密切的关系，要去杠杆必然要提高电价，电价越高，去杠杆的力度越大；要降低电价，必然会增加杠杆，电价降得越多，杠杆也必然增加得多。

世界上一些国家以杠杆的高低作为电价涨落的依据，杠杆高，电价涨；杠杆低，电价落。这样做的目的是为了避免电力供应的风险。

可是这几年电力工业去杠杆进展不大，党中央、国务院关心去杠杆，而地方关心的是电价。究其原因在于电网企业、发电企业多数是中央国有企业，地方手里电力企业少，却使管市场、管电价，往往干扰市场、压低电价，前几年搞大用户直购，行政干预降低电价，国家发改委、能源局三令五申反对干预市场，却难以纠正。近几年电力需求增长趋缓，供需不平衡矛盾突出，产能过剩依然存在，地方政府认为应当降低电价。如果电力企业是地方企业，地方政府就会去杠杆，合理管电价，因为电力企业负债高，风险也要地方承担，用电企业亏损，风险也在地方。地方政府一手托两家，两方面都要照顾到，所以中国目前的降价是体制问题。

要想降低电价有的是办法，城市居民生活电价低，农村居民生活电价高，实行城乡居民生活电价同步，把农村居民生活电价降下来；居民生活电价低，公用事业电价高，公用事业与居民生活电价同步，公用事业电价降下来；利用大用户直购，把大耗电工业的电价降下来；为实行“以电代煤”，把代煤用电的价格降下来，如此享电采暖用电价格供电部分收费为0.3元/千瓦时，北京市市政府补助0.1元/千瓦时，区政府补0.1元/千瓦时，最后用户只交0.1元/千瓦时。原来居民生活用电是平均价格0.5元/千瓦时电采暖降为0.3元/千瓦时，照理这是提质论价，电采暖用的是深夜低谷电，应当降低价格，但是白天尖峰电应该提价，只降价不降价，平均电价不保。现在许多地方电采暖电价比北京降得更多，但优质电却不提价。这几年降价成风，电力工业去杠杆难办了。

还有第四次能源大转换吗？

第一次能源大转换是煤炭替代薪柴，第二次能源大转换是石油、天然气替代煤炭，第三次能源大转换是可再生能源和新能源替代油、气，还有第四次能源大转换吗？应该有。

第四次能源大转换应该遵循着清洁、低碳、安全、高效的原则，必然要解决第三次能源大转换中存在的间歇性、不稳定性和能源密度低的问题。我们应当研究未来能源，特别要研究中国的未来能源。