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我國能源電力發(fā)展形勢探析

2016-08-09 01:02國網(wǎng)能源研究院總經(jīng)濟師白建華
電器工業(yè) 2016年1期
關鍵詞:燃煤風電發(fā)電

/國網(wǎng)能源研究院總經(jīng)濟師 白建華/

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我國能源電力發(fā)展形勢探析

/國網(wǎng)能源研究院總經(jīng)濟師白建華/

要高度重視配電網(wǎng)發(fā)展,綜合考慮“以電代煤”、分布式發(fā)電等可再生能源消納、電動汽車充換電等的發(fā)展目標?!耙噪姶骸笨梢杂行U大電力需求,有利于風電、太陽能等清潔能源消納,分布式、微網(wǎng)將進入快速發(fā)展時期,電動汽車規(guī)模發(fā)展也較為可期。

2015年是“十二五”的最后一年,也是謀劃“十三五”乃至中長期能源電力發(fā)展的重要一年。2015年的能源電力發(fā)展成績顯著,但也存在一些突出問題,諸如“棄水、棄風、棄光”嚴重、霧霾等污染事件頻繁發(fā)生等。2015年“智能電網(wǎng)”、“能源互聯(lián)網(wǎng)”、“電力改革”等熱點問題廣受大家關注,還引發(fā)了一些爭論。在本文中,筆者將按照“存量調(diào)整、整體優(yōu)化”的思路和原則,以實現(xiàn)能源安全、環(huán)境友好、低碳發(fā)展為目標,從幾個方面對未來能源電力發(fā)展趨勢進行研判,對“十三五”乃至中長期能源電力發(fā)展進行科學謀劃,探討如何構建安全、清潔、低碳、高效、經(jīng)濟的能源體系。

電力在未來能源體系中將扮演越來越重要的角色,因此“智能電網(wǎng)”將逐漸成為“能源互聯(lián)網(wǎng)”的最重要的組成部分?!耙噪姶骸?、“以電代油”等“電能替代”措施是實現(xiàn)能源生產(chǎn)和能源消費革命的重要抓手之一,不僅可以提高能源利用效率,還可有效擴大可再生能源消納市場,減少化石能源開發(fā)利用規(guī)模,治霾效果顯著,推動低碳發(fā)展。

全球化石能源資源有限,按目前開采利用強度,煤、油、氣三大化石能源僅能利用50~100年左右,常規(guī)化石能源難以長期支撐人類用能需求;資源匱乏國家和地區(qū)的能源對外依存度不斷提高,脆弱的能源供應鏈帶來了日益嚴峻的能源安全問題。在能源生產(chǎn)、運輸、加工轉換和使用的各個環(huán)節(jié),對空氣、水、土壤等生態(tài)環(huán)境,已經(jīng)造成了嚴重的污染和破壞;我國霧霾天氣頻發(fā),PM2.5污染覆蓋面積大、持續(xù)時間長,嚴重危害了人們的身心健康。根據(jù)大量科學家的研究預測,繼續(xù)大量燃燒煤炭等化石能源,到21世紀末全球平均氣溫將上升3~6℃,隨之將出現(xiàn)極端天氣頻發(fā)、淡水資源危機、糧食減產(chǎn)、經(jīng)濟損失、瘧疾等疾病爆發(fā)、大量物種滅絕等問題,生態(tài)環(huán)境極度惡化,對人類生存構成嚴重威脅。

解決上述三大挑戰(zhàn),必須調(diào)整和改善能源結構,降低化石能源比重,從高碳向低碳方向發(fā)展,迫切需要加快能源革命的步伐。從一次能源開發(fā)來講,加大太陽能、風能、水能、生物質(zhì)能、海洋能、核能等可再生及清潔能源的開發(fā)力度,逐步提高比重、替代化石能源,實現(xiàn)能源結構從化石能源為主向清潔能源為主、化石能源為輔的根本性轉變??稍偕扒鍧嵞茉吹?0%以上都要轉變?yōu)殡娔芗右岳?,因此,從終端能源消費來講,需要以電能替代煤炭、石油等化石能源的直接消費,提高電能在終端能源中的比重,提高電氣化水平。

能源低碳發(fā)展、清潔發(fā)展,為電力工業(yè)帶來了新的發(fā)展契機??傮w判斷,未來相當長時期內(nèi),我國的電力需求仍將保持較高的增長速度,我國電力消費增長將基本與經(jīng)濟增速同步,快于總體能源消費增速。2020年的電力需求,一方面受城鎮(zhèn)化、工業(yè)化等傳統(tǒng)因素拉動,另一方面電能替代的快慢也在一定程度上決定了電力需求的增長速度,“以電代煤”、“以電代油”將成為拉動電力消費增長的新動力。我國“以電代煤”潛力巨大,經(jīng)初步測算,替代8~10億噸的散燒煤,可以擴大電力消費1.8~2.3萬億千瓦時左右。電力需求預測表明,2020年我國全社會用電量將達到8萬億千瓦時左右;如“以電代煤”力度進一步加大,則可達8.4萬億千瓦時,甚至更高。

展望2050年,全國全社會用電量將較2020年增長一倍左右。未來電力將成為終端能源消費的主力,在未來的三四十年中,電能占比將逐步增加到50%以上。因此,從中長期來看,能源互聯(lián)網(wǎng)將是以智能電網(wǎng)為中心、多能互補的現(xiàn)代能源體系。

除核電、部分大型水電外,未來大多數(shù)電源將變?yōu)椤暗兔芏取彪娫?,即單位裝機容量的發(fā)電量較低。為滿足日益增長的電能需求,向以可再生能源發(fā)電為主的電力供應格局過渡,將需要更大容量的電源總裝機,未來電源投資將大幅度增加。

為充分發(fā)揮核電、大型水電的清潔能源發(fā)電效益,未來應保持較高的年利用小時數(shù),核電一般為7000小時左右,大型水電應盡量做到不棄水或少棄水。風電、太陽能光伏發(fā)電的年利用小時數(shù)較低,各類調(diào)峰電源的利用小時數(shù)也較低;隨著可再生能源在我國電源結構中占比的日益提高,煤電比重將逐漸降低,煤電除了補充電量不足外,更重要的是滿足可再生能源大規(guī)模并網(wǎng)后系統(tǒng)調(diào)節(jié)和備用容量需求的增加,煤電需要更多地發(fā)揮容量效益,其年利用小時數(shù)將大幅下降。根據(jù)對我國高比例可再生能源發(fā)展情景的預測結果,2050年全國煤電平均利用小時數(shù)將下降為2000小時左右。當然,受需求側管理力度、儲能發(fā)展規(guī)模、電動汽車充放電管理、燃煤火電發(fā)展和退役進度、未來全球能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展進程等因素影響,我國燃煤火電規(guī)模和利用小時數(shù)也將存在一定的不確定性。

根據(jù)我國電源裝機的發(fā)展趨勢,“十二五”至“十三五”十年間,每年新增裝機規(guī)模約1億千瓦,可再生及清潔能源發(fā)電的比重逐漸上升。由于清潔能源發(fā)電的單位千瓦投資成本普遍高于火電等常規(guī)電源,因此電源的總體投資水平將呈上升趨勢。粗略估算,十年間全國電源投資總計大約6.9萬億元,年均投資6900億元;“十三五”期間,年均電源投資將超過7000億元。

由于我國可再生能源資源和電力消費地區(qū)分布不均衡,以及隨著可再生能源發(fā)電規(guī)模的不斷增加,在省級電網(wǎng)、區(qū)域電網(wǎng)不斷增強的基礎上,增強跨大區(qū)電網(wǎng)互聯(lián)、擴大可再生能源的消納市場,將成為促進可再生能源高效利用的重要途徑。

如前所述,在高比例發(fā)展風電、太陽能發(fā)電的情景下,電力系統(tǒng)總裝機將會大幅度增加;為滿足大型可再生能源基地建設和快速發(fā)展的分布式清潔能源發(fā)電并網(wǎng)及高效率利用的需要,電網(wǎng)的強大輸送和配置功能,將起到舉足輕重的作用。

隨著風電、光伏發(fā)電的發(fā)展,特高壓電網(wǎng)、超高壓電網(wǎng)、配電網(wǎng)都將長期較快發(fā)展,電網(wǎng)的投資規(guī)模也將大幅度增加。以特高壓為例,2020年將需要承載大約3億千瓦以上的跨區(qū)電力流;2020~2030年十年間,跨區(qū)電力流大約需要翻一番,才能承載持續(xù)增加的水電、風電、太陽能發(fā)電,以及煤電的跨區(qū)輸送需求;2030~2050年,隨著風電、太陽能發(fā)電的急劇增長,全國跨區(qū)電力流規(guī)模仍會持續(xù)增大,20年間還將擴大一倍左右。

擴大電網(wǎng)互聯(lián),是提高可再生能源開發(fā)規(guī)模和利用效率的最有效途徑。除此之外,還需要需求側管理、抽水蓄能、新型儲能等多措并舉,這些措施具有一定的競爭關系,又需要相互協(xié)調(diào);未來電力系統(tǒng)發(fā)展的不確定性增大,不但取決于局部環(huán)節(jié)的創(chuàng)新和成熟度,更重要的是需要高效的系統(tǒng)集成能力,以期達到系統(tǒng)的整體最優(yōu)。

適應風電、太陽能光伏發(fā)電的快速發(fā)展,儲能技術、電動汽車技術需要加快成熟,并大規(guī)模應用。但目前的主要瓶頸是儲能電池,其成熟度還不夠,影響電動汽車的規(guī)模化推廣,也影響新型儲能在電力系統(tǒng)中的大規(guī)模工程應用,必須加大研發(fā)力度,鼓勵科研攻關,及早取得突破性進展。

對常規(guī)電源來講,需要滿足的負荷為從原始負荷曲線中扣除徑流式水電、太陽能光伏發(fā)電、風電等可調(diào)節(jié)性較差電源出力之后的凈負荷曲線。在高比例風電和光伏發(fā)電并網(wǎng)的情況下,與原始負荷曲線相比,凈負荷曲線峰谷差加大、峰谷之間的斜率增加、每天還可能變?yōu)槎喾宥喙?,極大地增加了傳統(tǒng)電源的規(guī)劃和運行難度。因此,研究針對凈負荷曲線的需求側管理,降低最大值、減小峰谷差,將有效減小或延緩可控電源、各級電網(wǎng)的投資,提高系統(tǒng)運行效率,降低整體電力系統(tǒng)的投資和運行成本、減少污染物排放。

為達到電力系統(tǒng)的整體優(yōu)化發(fā)展,未來需要進行大量創(chuàng)新性的整體研究。需要進行不同地域、不同環(huán)節(jié)、全時空的數(shù)據(jù)挖掘、收集、存儲,規(guī)律探究,并能展望未來;還需要研究滿足巨型電力系統(tǒng)整體和各環(huán)節(jié)運行規(guī)律下的需求側管理和響應策略;近中期需要更多體現(xiàn)電力市場作用的發(fā)揮,中遠期需要協(xié)調(diào)好傳統(tǒng)電源、儲能電源、各級電網(wǎng)投資,提高運行效率,減少化石能源消費、降低污染物和溫室氣體排放。

實現(xiàn)以可再生能源為主的能源系統(tǒng),還需要幾十年乃至更長時期的不懈努力。因此,未來還需要以智能電網(wǎng)為中心,構建好以保障能源安全、保護生態(tài)環(huán)境、抑制氣候變化等為目標的多種能源協(xié)調(diào)開發(fā)和輸送、電熱冷等多種能源利用方式靈活高效互動的能源互聯(lián)網(wǎng)。這需要更為艱巨地研究和探索。

在“十三五”乃至中長期,大電網(wǎng)是推動可再生能源高比例開發(fā)和高效利用的最有效手段,這也是發(fā)達國家的寶貴經(jīng)驗,電網(wǎng)規(guī)劃和發(fā)展的任務繁重。歐洲可再生能源發(fā)展得益于大電網(wǎng)互聯(lián)。實踐表明,無論風電等可再生發(fā)電并網(wǎng)于配電網(wǎng)還是輸電網(wǎng),當其比重較高時,都需要大電網(wǎng)更大范圍地配置和消納。德國光伏裝機近4000萬千瓦,占20%;220千伏及以上跨國聯(lián)絡線59條;2014年6月9日13:00,光伏發(fā)電超過用電負荷的50%,向周邊國家送電1409萬千瓦,占光伏出力的61.3%。丹麥風電裝機約500萬千瓦,占30%;16條跨國聯(lián)絡線輸電能力800萬千瓦,超過總裝機容量的一半;2013年12月21日凌晨2:40,用電負荷304萬千瓦,風電出力407萬千瓦,跨國聯(lián)絡線外送254萬千瓦,占風電出力的62.4%。

要高度重視配電網(wǎng)發(fā)展,綜合考慮“以電代煤”、分布式發(fā)電等可再生能源消納、電動汽車充換電等的發(fā)展目標?!耙噪姶骸笨梢杂行U大電力需求,有利于風電、太陽能等清潔能源消納,分布式、微網(wǎng)將進入快速發(fā)展時期,電動汽車規(guī)模發(fā)展也較為可期。應綜合考慮這些因素,加大電力需求側管理力度,結合國家出臺的2015~2020年2萬億元的配電網(wǎng)投資計劃,做好配電網(wǎng)統(tǒng)籌規(guī)劃,并配套出臺響應的激勵和支持政策。

加強電力系統(tǒng)和熱力系統(tǒng)的協(xié)調(diào),在風電等可再生能源發(fā)電消納困難時段,采用電供暖,是解決“棄風、棄光”的有效措施,并能降低供暖系統(tǒng)中燃煤供暖量,實現(xiàn)“以電代煤”。為適應風電、光伏發(fā)電的間歇性、隨機性、波動性等隨風力和光照變化的“任性”特點,除靈活調(diào)節(jié)電源(燃氣輪機等具備靈活調(diào)節(jié)能力的燃氣發(fā)電、抽水蓄能、新型儲能等)充分發(fā)揮作用外,燃煤火電的頻繁深度調(diào)節(jié)也將成為常態(tài)。對常規(guī)燃煤火電來講,應充分挖掘其調(diào)峰潛力;需要出臺新的價格激勵機制,如采用容量電價+電量電價的“兩部制電價”,或采用電量電價+調(diào)峰調(diào)頻等輔助服務補償?shù)臋C制,保障燃煤火電在新的運行模式下保持其財務生存能力。對“熱電聯(lián)產(chǎn)”燃煤機組,需要進行技術改造,增加其對電力系統(tǒng)的靈活調(diào)節(jié)能力;如可在電廠中加裝儲熱介質(zhì)(如電熱鍋爐+保溫水箱),在風電大發(fā)難以消納的時段,熱電聯(lián)產(chǎn)機組的發(fā)電出力可部分用于儲熱,降低其向電力系統(tǒng)的供電水平,從而顯著增加電力系統(tǒng)對風電的消納能力;熱電聯(lián)產(chǎn)機組的供熱、電儲熱,與燃煤等其他供熱系統(tǒng)統(tǒng)一規(guī)劃、協(xié)調(diào)運行,促進風電等可再生能源消納,實現(xiàn)“以電代煤”,有效減少供熱用煤,高效清潔低碳地滿足供熱需求。對具有自備燃煤電廠并需要電力系統(tǒng)作為備用的電力用戶,也應規(guī)定其消納可再生能源的義務,在系統(tǒng)消納風電、太陽能發(fā)電困難的時段,燃煤火電也應參與調(diào)節(jié),為高效消納風電、太陽能發(fā)電貢獻力量。

能源互聯(lián)網(wǎng)是一個浩大的系統(tǒng)過程,未來發(fā)展任重道遠。從能源利用方式來看,電力消費比重不斷提高已經(jīng)形成廣泛共識,氫能也可能作為能源大規(guī)模利用的方向,以電制氫具有大規(guī)模發(fā)展?jié)摿?。從能源互?lián)網(wǎng)的連接范圍來看,隨著風電、光伏發(fā)電比重的不斷提高,跨省、跨國聯(lián)網(wǎng)將不斷加強,跨大洲聯(lián)網(wǎng)在未來幾十年也可能提上議事日程,在高效消納可再生能源的同時,取得巨大的聯(lián)網(wǎng)效益,通過全球能源電力的統(tǒng)一規(guī)劃和運行,節(jié)約大量電源裝機容量和投資。儲能的成熟應用在時間上具有較大的不確定性,結合需求側管理理論和實踐,其將在很大程度上影響電力系統(tǒng)的未來發(fā)展形態(tài)。煤炭利用方式、煤電的優(yōu)化布局、能源結構的清潔化發(fā)展,將深刻影響煤炭的開發(fā)和運輸格局;燃氣發(fā)電未來將逐步成為燃氣利用的大戶,從供氣端推動供氣網(wǎng)絡發(fā)展,在能源利用端連接電熱冷供應,其靈活調(diào)節(jié)能力也將有利于風電、光伏發(fā)電等可再生能源消納;電動汽車、電動交通等“以電代油”的發(fā)展,將優(yōu)化交通系統(tǒng)發(fā)展,降低石油對外依存度,保障能源安全,同時逐步解決傳統(tǒng)交通方式帶來的交通污染頑疾。

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