結(jié)合我國人口、經(jīng)濟、能源等方面未來趨勢，預(yù)計我國每年能源消費總量將從目前約43億t標準煤，到2030年上升至約60億t標準煤，到2050年達到約90億t標準煤。隨著電氣化水平提升，我國年發(fā)電量將從目前約5.5萬億kW•h，到2030年上升至約10萬億kW•h，到2050年達到約15萬億kW•h。總裝機容量將從目前約14億kW，到2030年上升至約20億kW，到2050年達到約23億kW。在“十三五”時期和未來，我國能源發(fā)電產(chǎn)業(yè)在快速發(fā)展的同時，受到資源、環(huán)境、社會等因素影響，將面臨從傳統(tǒng)能源發(fā)電向新能源發(fā)電的轉(zhuǎn)型替代過程。

發(fā)電形式技術(shù)經(jīng)濟性對比

1.技術(shù)指標

不同發(fā)電形式的技術(shù)原理、應(yīng)用范圍等存在較大差異，可以對比的技術(shù)指標主要包括能源轉(zhuǎn)換效率、典型裝機容量、年利用小時數(shù)、機組壽命、間歇波動情況、選址難度、技術(shù)成熟度等。

對于間歇性、波動性、選址難度、技術(shù)成熟度等定性指標，設(shè)定最高值為100%，不同發(fā)電形式根據(jù)相對程度予以量化。各類發(fā)電形式的技術(shù)指標對比見表1，其中綜合評價同樣按照最高值100%予以量化。

表1發(fā)電形式技術(shù)指標對比

由表1可見：整體來看，燃煤發(fā)電、燃氣發(fā)電、燃油發(fā)電、常規(guī)水電和抽水蓄能等5種傳統(tǒng)能源發(fā)電形式的技術(shù)競爭力較強;新型能源發(fā)電的技術(shù)指標普遍不夠均衡，一些方面具備優(yōu)勢，而另一些方面存在不足。

新型能源發(fā)電中：陸上風電、海上風電、光伏發(fā)電等主流新型能源發(fā)電形式的技術(shù)指標相對較為均衡，風電和光伏的一些短板如能源轉(zhuǎn)換效率、間歇波動性等若能得到改善，未來發(fā)展前景將更加廣闊;核能發(fā)電、光熱發(fā)電(蓄能)、潮汐能發(fā)電、地熱發(fā)電、燃料電池等發(fā)電形式在效率、規(guī)模、壽命、穩(wěn)定性、成熟度等方面具有一定競爭優(yōu)勢，未來發(fā)展?jié)摿春谩?/p>

2.經(jīng)濟指標

發(fā)電形式的經(jīng)濟指標主要包括建設(shè)成本、度電成本、上網(wǎng)電價、投資回收期等。經(jīng)濟指標受到資源、技術(shù)、環(huán)保、政策、市場等多重因素影響，短期變化更為迅速，但長期趨勢較為穩(wěn)定。

經(jīng)濟指標中，度電成本綜合了建設(shè)成本、運維成本等，可以較好地代表一種發(fā)電形式的直接經(jīng)濟競爭力。投資回收期和機組壽命的比值可以體現(xiàn)發(fā)電形式的綜合經(jīng)濟競爭力。各種發(fā)電形式的經(jīng)濟指標對比見表2。由表2可見：綜合來看，除燃油發(fā)電外，傳統(tǒng)能源發(fā)電的經(jīng)濟性普遍較好，特別是燃煤發(fā)電和常規(guī)水電作為我國主要發(fā)電形式，經(jīng)濟競爭力很強;新型能源發(fā)電中，核能發(fā)電、陸上風電、光伏發(fā)電、地熱發(fā)電、生物質(zhì)發(fā)電和垃圾發(fā)電等經(jīng)濟競爭力較強，與這些發(fā)電形式在我國裝機容量比例較高的市場規(guī)律一致。

表2 發(fā)電形式經(jīng)濟指標對比

圖1為各類發(fā)電形式的度電成本組成。由圖1可見：火力發(fā)電的燃料成本比例普遍較高，而建設(shè)成本相對其他發(fā)電形式較低;火力發(fā)電中生物質(zhì)、垃圾和余熱發(fā)電這3種新型發(fā)電形式的燃料成本相比燃煤、燃氣、燃油等傳統(tǒng)發(fā)電形式更低;生物質(zhì)發(fā)電在燃料的收集、運輸和處理環(huán)節(jié)成本較高，因此度電成本中的其他部分比例較高。

圖1 各發(fā)電形式度電成本組成

核電的建設(shè)成本比例較高而燃料成本比例較低。水力發(fā)電的建設(shè)成本比例很高，而且柴油發(fā)電機等備用電源也產(chǎn)生一定的燃料成本。風力發(fā)電、太陽能發(fā)電、海洋能發(fā)電和地熱發(fā)電等新型能源發(fā)電的建設(shè)成本和運維成本比例普遍較高，而燃料成本比例較低。

投資回收期方面，傳統(tǒng)能源發(fā)電的度電利潤較高而建設(shè)成本較低，因此投資回收期較短。傳統(tǒng)能源發(fā)電的機組壽命通常較長，因此回收期與壽命比值較小。

新型能源發(fā)電投資回收期與政策補貼密切相關(guān)，上網(wǎng)電價支持力度較大的核能發(fā)電、陸上風電、光伏發(fā)電和地熱發(fā)電等，投資回收期普遍較短，而上網(wǎng)電價政策尚不明確的余熱發(fā)電、海上風電、波浪能發(fā)電等，投資回收期則普遍較長。

此外，新型能源發(fā)電的機組壽命普遍較短。對于技術(shù)成熟度較低，或者用于應(yīng)急障特殊用途的新型發(fā)電形式，投資回收期較長時可能接近或者超過機組壽命，從經(jīng)濟角度而言難以實現(xiàn)盈利，需要等待未來技術(shù)、政策等方面的改善。

3.其他指標

發(fā)電形式的資源、環(huán)境和社會評價如圖2所示。由圖2可以看出，從資源制約、環(huán)境影響和社會效益角度，新型能源發(fā)電相比傳統(tǒng)能源發(fā)電具備一定優(yōu)勢，也會對兩者競爭趨勢產(chǎn)生影響。

圖2 發(fā)電形式的資源、環(huán)境和社會評價

資源制約方面，主要受礦產(chǎn)資源制約的發(fā)電形式包括燃煤發(fā)電、燃氣發(fā)電、核能發(fā)電等，目前制約程度中等;主要受天然資源制約的發(fā)電形式中，水電、風電、地熱發(fā)電等制約程度相對較高，而太陽能發(fā)電、海洋能發(fā)電等制約程度較低。環(huán)境影響方面，發(fā)電形式的環(huán)境影響主要包括污染物排放、溫室氣體、臭氧層破壞、放射性危害、氣候地質(zhì)變化、生物多樣性減少等，這一方面新型能源發(fā)電普遍優(yōu)于傳統(tǒng)能源發(fā)電。

社會效益相關(guān)因素，包括公共安全、電網(wǎng)穩(wěn)定、人員就業(yè)、產(chǎn)業(yè)拉動、回收回用、土地資源、景觀影響等方而效益和影響。以燃煤發(fā)電為例，傳統(tǒng)能源發(fā)電普遍具有安全穩(wěn)定、產(chǎn)業(yè)成熟、就業(yè)健全等優(yōu)點，在社會效益方面具備一定優(yōu)勢。

新型能源發(fā)電中大部分發(fā)電形式的社會效益還有待顯現(xiàn);但垃圾發(fā)電、余熱發(fā)電等發(fā)電形式，己經(jīng)在回收利用、平抑電網(wǎng)波動等方而產(chǎn)生積極作用，社會效益較為明顯。

綜合發(fā)電形式的技術(shù)經(jīng)濟指標，以及資源、環(huán)境和社會評價，未來發(fā)電產(chǎn)業(yè)的主流形式將是火電、水電、核電、風電和太陽能發(fā)電等5大形式。以火電、水電為主的傳統(tǒng)能源發(fā)電的技術(shù)經(jīng)濟指標優(yōu)勢明顯，但是受制于資源環(huán)境壓力，未來裝機容量增幅有限。在水能資源有限、嚴控火電污染物排放的背彔下，大力發(fā)展新型能源發(fā)電進行替代和補充，將成為未來主流趨勢。

發(fā)電形式替代定義與替代趨勢

1.替代定義

新型能源發(fā)電對傳統(tǒng)能源發(fā)電的替代定義如下：從技術(shù)指標方面，可以定義為裝機容量、發(fā)電量等達到一定相對變化;從經(jīng)濟指標方面，可以定義為度電成本、建設(shè)成本、回收期等形成一定的比較優(yōu)勢;從資源、環(huán)境和社會角度，也可以定義為新型能源發(fā)電具備了壟斷性優(yōu)勢。

長期來看，傳統(tǒng)能源發(fā)電的技術(shù)經(jīng)濟指標仍然占優(yōu)，而新型能源發(fā)電的資源、環(huán)境和社會評價保持領(lǐng)先。因此，替代不應(yīng)局限于絕對數(shù)值上的超過與否，而是劣勢減少、優(yōu)勢擴大的趨勢發(fā)展至一定程度，即可視為替代。

2.替代趨勢

整體來看，新型能源發(fā)電將在2040年前后，對傳統(tǒng)能源發(fā)電產(chǎn)生較為明顯的替代效應(yīng)。我國傳統(tǒng)與新型能源發(fā)電的累計裝機容量預(yù)測如圖3所示。由圖3可見：傳統(tǒng)能源發(fā)電的累計裝機容量在2030年前后增長逐步趨緩，在2040年后基本保持不變;新型能源發(fā)電的累計裝機容量在2050年前都將保持穩(wěn)定增長，并在2040年前后占據(jù)總裝機容量的三分之一以上。

圖3 傳統(tǒng)能源發(fā)電與新型能源發(fā)電的累計裝機容量預(yù)測

從新增裝機容量角度分析傳統(tǒng)能源發(fā)電和新型能源發(fā)電的競爭趨勢，結(jié)果如圖4所示。由圖4可以看出：新型能源發(fā)電對傳統(tǒng)能源發(fā)電的替代趨勢更為清晰;在2040年后，傳統(tǒng)能源發(fā)電的新增裝機容量處于較低水平，而新型能源發(fā)電的新增裝機容量保持穩(wěn)定，凈增裝機容量90%以上將來自于新型能源發(fā)電。

圖4 傳統(tǒng)能源發(fā)電與新型能源發(fā)電的新增裝機容量預(yù)測

發(fā)電形式替代范圍與替代時間點

新型能源發(fā)電對傳統(tǒng)能源發(fā)電的整體替代時間點為2040年前后，但需要進一步詳細分析兩種發(fā)電形式的替代可行性和替代時間。

1.替代范圍

兩種發(fā)電形式的替代需要充分考慮規(guī)模、效率、經(jīng)濟性、環(huán)保、資源、地區(qū)等因素的相似性和相對優(yōu)勢。例如沿海地區(qū)的核電機組，其可以較好地替代燃煤機組，是因為規(guī)模、穩(wěn)定性、地區(qū)等因素的相似性，以及在環(huán)保、資源等方面的相對優(yōu)勢。

燃煤發(fā)電占據(jù)我國裝機容量和發(fā)電量的主要比例。以燃煤發(fā)電替代為例，將新型能源發(fā)電形式的替代潛力匯總見表3。余熱發(fā)電、燃料電池、光伏發(fā)電、波浪能發(fā)電、地熱發(fā)電等由于在規(guī)模、經(jīng)濟性、地區(qū)等方面與燃煤發(fā)電存在顯著差異，不列入替代形式之中。

表3 新型能源發(fā)電形式對燃煤發(fā)電的替代潛力

由表3可以看出，新型能源發(fā)電形式中，還沒有可以全方位替代燃煤發(fā)電的發(fā)電形式。綜合各項因索，可能替代燃煤發(fā)電的發(fā)電形式中，替代能力由強到弱依次為核能發(fā)電、生物質(zhì)發(fā)電、陸上風電、垃圾發(fā)電、潮汐能發(fā)電、光熱發(fā)電和海上風電。其中，核能發(fā)電作為替代能力最強的發(fā)電形式，隨著將來技術(shù)進步和內(nèi)陸核電政策變化，地區(qū)因素和建設(shè)成本兩方

而的不足將逐步改善，可以較好替代燃煤發(fā)電。

生物質(zhì)發(fā)電和垃圾發(fā)電作為火力發(fā)電中的兩種新型能源發(fā)電，在地區(qū)因素方面與燃煤發(fā)電具有較高相似性。生物質(zhì)發(fā)電在年利用小時數(shù)、資源環(huán)境和社會評價方而替代能力不足，而垃圾發(fā)電在規(guī)模、成本方而替代能力不足，可以考慮將二者作為替代進程中的有效補充。

陸上風電和海上風電在規(guī)模、年利用小時數(shù)、地區(qū)等方而替代能力不足。潮汐能發(fā)電選址較為局限，建設(shè)成本和度電成本也偏高，替代同地區(qū)燃煤機組可行性較小。

光熱發(fā)電可以實現(xiàn)較大裝機容量，配合蓄能技術(shù)可以實現(xiàn)穩(wěn)定發(fā)電;但建設(shè)成本和度電成本偏高，而且現(xiàn)有技術(shù)下需要在太陽能資源豐富地區(qū)建設(shè)。隨著光熱發(fā)電的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展，以上不足改善后替代潛力較大。

2.替代時間點

以核能發(fā)電替代燃煤發(fā)電為例，分析替代時間點。根據(jù)兩種發(fā)電形式的固有特點，燃煤發(fā)電的能源轉(zhuǎn)換效率、建設(shè)成本等方面優(yōu)于核能發(fā)電，而核能發(fā)電的裝機規(guī)模、年利用小時數(shù)、機組壽命等方面優(yōu)于燃煤發(fā)電，資源制約、環(huán)境影響和社會效益等方面兩者基本相當。

地區(qū)因素和度電成本是影響替代較明顯的兩個指標。燃煤發(fā)電與核能發(fā)電選址難度趨勢對比如圖5所示。由圖5可以看出：燃煤發(fā)電隨著排放標準提高、發(fā)電煤耗降低、空冷技術(shù)和循環(huán)流化床技術(shù)的應(yīng)用推廣等趨勢，選址與水源、煤礦、港口、市區(qū)等的距離因素約束將逐步淡化，選址范圍逐步擴大;核能發(fā)電隨著技術(shù)進步和政策變化，選址范圍也將逐步擴大，特別是內(nèi)陸核電政策限制如果放開，將顯著加速這一進程。

圖5 燃煤發(fā)電與核能發(fā)電選址難度趨勢對比

燃煤發(fā)電與核能發(fā)電度電成本趨勢對比如圖6所示。由圖6可以看出：長期來看，燃煤發(fā)電的度電成本隨著環(huán)保要求和煤炭價格的上升將有一定幅度增加;核能發(fā)電的度電成本則更多來自于建設(shè)成本，預(yù)計將隨著第3代核電技術(shù)的推廣而短期上升，并隨著第4代核電技術(shù)成熟而逐步回落。我國核能發(fā)電的度電成本最終將低于燃煤發(fā)電，與法國、美國等核電先進國家趨勢相似。

圖6 燃煤發(fā)電與核能發(fā)電度電成本趨勢對比

由于核能發(fā)電的固有特點和安全要求，選址難度與燃煤發(fā)電的差距縮小至20%以內(nèi)時，核能發(fā)電己經(jīng)可以在相當比例的地區(qū)替代燃煤發(fā)電，相應(yīng)的時間點約在2033年前后。度電成本方面，燃煤發(fā)電與核能發(fā)電的度電成本將在2036年前后出現(xiàn)交叉，隨后核能發(fā)電的度電成本優(yōu)勢將持續(xù)增大。綜合以上兩個時間點，預(yù)計核能發(fā)電對燃煤發(fā)電的替代時間點約在2035年前后，早于新型能源發(fā)電對于傳統(tǒng)能源發(fā)電的整體替代時間點約5年，成為發(fā)電形式替代的典型代表。

預(yù)計到2035年時，燃煤發(fā)電的累計裝機容量將下降至8.0億kW左右，而核能發(fā)電的累計裝機容量將上升至1.7億kW左右，達到燃煤發(fā)電累計裝機容量的五分之一。2035年后的新增裝機容量方面，核能發(fā)電相比燃煤發(fā)電將保持穩(wěn)定的優(yōu)勢，替代進程也將持續(xù)推進。

3.不同情景下的替代時間點

在上述替代時間點分析中，各項指標和趨勢取當前典型值。當煤炭價格等指標出現(xiàn)變化時，替代時間點也會出現(xiàn)相應(yīng)的提前或滯后。

上節(jié)分析中燃煤價格取500元/t并逐步上升，設(shè)為情景1。對于較低燃煤價格(300元/t)、較髙燃煤價格(700元/t)和髙燃煤價格(900元A)，分別設(shè)為情景2、3、4。以度電成本為例，分析不同燃煤價格情景下的替代時間，結(jié)果如圖7所示。由圖7可以看出：燃煤發(fā)電不同情景之間的度電成本差異，將隨著整體效率提升而緩慢縮小;燃煤發(fā)電和核能發(fā)電的度電成本較為接近，因此燃煤價格的差異對于替代進程影響明顯;從度電成本角度而言，燃煤價格適中的情景1的替代時間點為2035年前后，而燃煤價格較低的情景2的替代時間點為2040年前后，相比推遲5年;燃煤價格較高的情景3中核電替代優(yōu)勢擴大，替代時間點提前至2030年前后;燃煤價格很高的情景4中，替代時間點將提前至2025年前后;當燃煤價格出現(xiàn)超過情景4的極高價格情況下，燃煤發(fā)電的度電成本將持續(xù)高于第3代核電和第4代核電，將進一步加速替代進程。

圖 7 不同情景下燃煤發(fā)電與核能發(fā)電度電成本趨勢對比

替代背景下的發(fā)展戰(zhàn)略

在未來新型能源發(fā)電替代傳統(tǒng)能源發(fā)電的宏觀背彔下，發(fā)電領(lǐng)域的技術(shù)研究和產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的發(fā)展戰(zhàn)略，需要結(jié)合發(fā)電形式之間的競爭趨勢和替代時間來制定。

對于新型能源發(fā)電，技術(shù)研究應(yīng)關(guān)注技術(shù)指標的普遍弱項，改善機組規(guī)模、年利用小時數(shù)、間歇波動性等薄弱環(huán)節(jié)。將解決新型能源發(fā)電的共性問題列為重點研究課題，結(jié)合儲能、分布式發(fā)電、冷熱電聯(lián)供、多能互補等技術(shù)手段，提升新型能源發(fā)電的整體技術(shù)成熟度。產(chǎn)業(yè)應(yīng)用方面，應(yīng)當通過批量化和商業(yè)化，降低新型能源發(fā)電的建設(shè)成本和度電成本。政策方而也應(yīng)當繼續(xù)予以扶持，提升補貼精準度，并在技術(shù)可靠性提升后，逐步減少政策性的約束和限制。培育有競爭力的新型能源發(fā)電產(chǎn)業(yè)鏈，促進新型能源發(fā)電在資源、環(huán)境、社會等方面的效益發(fā)揮。針對各種傳統(tǒng)能源發(fā)電形式，分別開展替代研究，篩選相對應(yīng)的替代潛力較高的新型能源發(fā)電形式。對于顯著影響替代時間點的關(guān)鍵因素和關(guān)鍵技術(shù)，應(yīng)當開展專項研究，加速替代進程。

傳統(tǒng)能源發(fā)電的技術(shù)研究應(yīng)當圍繞向高效、清潔方向轉(zhuǎn)型升級中的關(guān)鍵技術(shù)展開，減輕傳統(tǒng)能源發(fā)電造成的資源環(huán)境壓力。對于700°C超超臨界發(fā)電、超臨界CO2布雷頓循環(huán)、燃煤污染物控制、先進燃氣輪機技術(shù)、1000MV高性能大容量水電機組等前沿技術(shù)，應(yīng)當保障資金重點投入和技術(shù)攻關(guān)力度。

產(chǎn)業(yè)應(yīng)用方面，2050年前傳統(tǒng)能源發(fā)電在累計裝機容量方面仍然占據(jù)較大比例，現(xiàn)有機組應(yīng)當通過技術(shù)改造進行轉(zhuǎn)型升級，充分發(fā)揮技術(shù)成熟可靠、度電成本較低的技術(shù)經(jīng)濟優(yōu)勢，創(chuàng)造社會效益。傳統(tǒng)能源發(fā)電產(chǎn)業(yè)應(yīng)當積極配合向新型能源發(fā)電的替代過程，政策方面也應(yīng)當鼓勵傳統(tǒng)能源發(fā)電企業(yè)開展新型能源發(fā)電業(yè)務(wù)，并探索水光互補、水風互補太陽能互補聯(lián)合循環(huán)(ISCC)等傳統(tǒng)與新型發(fā)電形式相結(jié)合的產(chǎn)業(yè)模式。

此外，傳統(tǒng)能源發(fā)電中的一些新興形式和用途，如IGCC、微燃氣輪機分布式冷熱電聯(lián)供、煤層氣和頁巖氣等非常規(guī)油氣發(fā)電等方向，也可以作為轉(zhuǎn)型升級中的研發(fā)重點，從而促進傳統(tǒng)能源發(fā)電的轉(zhuǎn)型。