我國(guó)能源轉(zhuǎn)型發(fā)展展望及面臨的關(guān)鍵挑戰(zhàn)

2018-03-13 11:50:39 能源研究俱樂部　點(diǎn)擊量：評(píng)論 (0)

一、引言黨的十九大提出了建設(shè)清潔低碳、安全高效的能源體系目標(biāo)，中國(guó)能源發(fā)展戰(zhàn)略方向已然明朗，能源革命正在加速推進(jìn)。能源中長(zhǎng)期發(fā)展戰(zhàn)

一、引言

黨的十九大提出了建設(shè)清潔低碳、安全高效的能源體系目標(biāo)，中國(guó)能源發(fā)展戰(zhàn)略方向已然明朗，能源革命正在加速推進(jìn)。能源中長(zhǎng)期發(fā)展戰(zhàn)略路徑選擇和前瞻性政策部署尤為重要，關(guān)系到能源體系建設(shè)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。在構(gòu)建綠色低碳全球能源治理格局、推動(dòng)中國(guó)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)向高質(zhì)量發(fā)展階段、積極落實(shí)碳減排承諾和建設(shè)美麗中國(guó)的大背景下，面對(duì)能源發(fā)展新動(dòng)向、技術(shù)新進(jìn)步、消費(fèi)新模式、產(chǎn)業(yè)新業(yè)態(tài)等不確定因素，如何研判電力在構(gòu)建清潔低碳、安全高效能源體系中的地位和作用，如何研判我國(guó)未來(lái)電氣化分階段演進(jìn)趨勢(shì)，需要以新格局、新方法來(lái)論證回答。采取定性與定量相結(jié)合的方式，深入分析和展望電力及能源系統(tǒng)前景，對(duì)于能源行業(yè)踐行創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享新發(fā)展理念，支撐全面建設(shè)社會(huì)主義現(xiàn)代化國(guó)家具有重要意義。

國(guó)網(wǎng)能源研究院基于能源和電力領(lǐng)域的長(zhǎng)期研究，借助自主開發(fā)的全球能源研究統(tǒng)一平臺(tái)，以新時(shí)代能源革命的戰(zhàn)略思想為引領(lǐng)，立足于能源中長(zhǎng)期發(fā)展方向、發(fā)展方式、發(fā)展動(dòng)力、戰(zhàn)略步驟深刻調(diào)整的新格局，采用源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)協(xié)調(diào)等新理論和現(xiàn)代分析決策新技術(shù)，研判了中國(guó)能源和電力到2050年的轉(zhuǎn)型發(fā)展趨勢(shì)，以期為中國(guó)能源電力發(fā)展的中長(zhǎng)期路徑選擇提供參考。研究設(shè)置了各類轉(zhuǎn)型措施實(shí)施力度相對(duì)平衡的常規(guī)轉(zhuǎn)型情景和電氣化水平更快提升的電氣化加速情景，在兩個(gè)情景下分別進(jìn)行能源電力發(fā)展展望。

二、我國(guó)能源轉(zhuǎn)型發(fā)展展望

基于模型運(yùn)行結(jié)果分析，對(duì)中國(guó)中長(zhǎng)期能源發(fā)展形成八大判斷。

一是能源需求增速放緩，總量將較快進(jìn)入平臺(tái)期。中國(guó)終端能源需求即將進(jìn)入增長(zhǎng)飽和階段，2035~2040年前后達(dá)到峰值后緩慢下降。一次能源需求2020~2025年進(jìn)入增長(zhǎng)飽和階段，約在2030年后進(jìn)入平臺(tái)期，總量穩(wěn)定在56~58億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，其中化石能源需求在2025年前后達(dá)到峰值41~43億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。如果按照電熱當(dāng)量法計(jì)算可再生能源發(fā)電量，則一次能源需求將在2030~2035年達(dá)到峰值，峰值降至47~50億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，如圖1。

圖1 一次能源需求

二是能源利用效率持續(xù)提升，人均用能水平維持低位。在經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整、用能技術(shù)進(jìn)步和終端能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)改善等因素共同作用下，能源利用效率持續(xù)提高。隨著節(jié)能技術(shù)的逐步推廣應(yīng)用，我國(guó)基于用能技術(shù)的節(jié)能潛力釋放趨緩，基于用能結(jié)構(gòu)升級(jí)的節(jié)能潛力貢獻(xiàn)持續(xù)提升。2030年和2050年單位GDP能耗分別降至2015年水平的50%~53%和24%~27%左右。人均能源需求緩慢增長(zhǎng)，2040年以后基本穩(wěn)定在4.0~4.2噸標(biāo)準(zhǔn)煤，如圖2。

圖2 終端能源利用效率

三是能源需求增長(zhǎng)動(dòng)力轉(zhuǎn)換，用能部門結(jié)構(gòu)朝著均衡方向變化。工業(yè)用能需求在2025年前達(dá)到峰值后穩(wěn)步下降，交通和建筑部門用能持續(xù)增長(zhǎng)，能源需求增長(zhǎng)動(dòng)力從工業(yè)部門轉(zhuǎn)移到建筑和交通部門，工業(yè)、建筑、交通部門的終端用能占比從目前的6-2-1格局演變成4-3-3格局。鋼鐵、建材、化工、有色金屬等高耗能行業(yè)占工業(yè)用能比重由65%逐步降至2050年的47%左右，如圖3。

圖3 終端能源利用部門結(jié)構(gòu)

四是能源結(jié)構(gòu)加速優(yōu)化升級(jí)，清潔化水平顯著提升。煤炭終端需求逐步被替代，2030年在終端能源消費(fèi)中占比將降至20%左右，2050年降至10%以下。天然氣消費(fèi)快速增長(zhǎng)，油品增長(zhǎng)相對(duì)緩慢，2050年油氣占終端能源消費(fèi)的比重提升至40%上下。電能在終端能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中的比重持續(xù)上升，在2030年前超過(guò)煤炭成為最主要的終端用能品種。一次能源結(jié)構(gòu)持續(xù)朝著清潔低碳方向調(diào)整，非化石能源在2035~2040年前后成為第一大能源品種，2050年占一次能源需求總量的比重達(dá)到46%~58%，如圖4、5。

圖4 終端能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)

圖5 電氣化加速情景下一次能源需求結(jié)構(gòu)變化

五是煤炭需求已進(jìn)入下降通道，清潔高效利用勢(shì)在必行。煤炭需求已進(jìn)入下降通道，峰值出現(xiàn)在2013年，峰值消費(fèi)量28億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。常規(guī)轉(zhuǎn)型情景下，煤炭需求在經(jīng)歷峰值平臺(tái)期后較快下降，2030年降至24.4億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，2050年降至10.0億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。電氣化加速情景下，煤炭需求下降速度更快，2030年需求降至22.6億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，2050年降至7.2億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。隨著煤炭清潔高效利用步伐加快，終端散煤利用逐步轉(zhuǎn)為發(fā)電供熱集中利用，終端煤炭需求和污染物排放將大幅下降。

六是油氣需求增長(zhǎng)平穩(wěn)，能源安全整體可控。石油需求在2030~2035年達(dá)峰，峰值為6.7億~7.0億噸，2040年以后出現(xiàn)較明顯下降，2050年需求降至5.5~6.6億噸。石油對(duì)外依存度在2035年前后達(dá)峰，峰值約70%。天然氣需求持續(xù)增長(zhǎng)，常規(guī)轉(zhuǎn)型情景下，2050年需求增至8900億立方米;電氣化加速情景下，天然氣需求在2040年左右達(dá)峰，峰值約7000億立方米，2050年需求降至6500億立方米左右。天然氣對(duì)外依存度在2040~2045年前后達(dá)峰，峰值約50%~60%。從一次能源自給率來(lái)看，能源自給能力整體保持在80%上下，電氣化加速情景下的能源安全水平明顯提高。

七是電氣化水平持續(xù)提升，電能成為能源供應(yīng)和消費(fèi)主體。電能在終端能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中占比持續(xù)提升，2030年提高至30%左右，2050年增至35%~46%。建筑部門是電氣化水平和提升潛力最高的部門，電氣化水平從2015年的29%提高到2015年的46%~66%。工業(yè)部門電氣化水平從2015年的23%提高到2050年的42%~49%。隨著終端電氣化水平的提高，發(fā)電能源占一次能源的比重也持續(xù)上升，常規(guī)轉(zhuǎn)型情景下在2035年超過(guò)50%，電氣化加速情景下在2025年即超過(guò)50%，并在2050年達(dá)到69%左右，如圖6。

圖6 各部門電氣化水平

八是能源燃燒碳排放提前達(dá)峰，碳強(qiáng)度下降目標(biāo)超額實(shí)現(xiàn)。能源燃燒二氧化碳排放即將進(jìn)入平臺(tái)期，2020~2025年達(dá)到峰值，峰值水平約為101~105億噸，應(yīng)對(duì)氣候變化進(jìn)入新階段。2020年、2030年碳排放強(qiáng)度比2005年下降50%以上、70%以上，均可超額實(shí)現(xiàn)自主減排目標(biāo)。2050年碳排放強(qiáng)度將比2005年下降90%以上，使我國(guó)在GDP總量增長(zhǎng)超過(guò)10倍的情況下，二氧化碳排放總量與2005年水平大致相當(dāng)甚至更低。我國(guó)從碳排放快速增長(zhǎng)階段進(jìn)入穩(wěn)定增長(zhǎng)階段，為碳排放總量控制和排放權(quán)交易等應(yīng)對(duì)氣候變化措施提供了更加成熟的客觀條件，如圖7。

圖7 能源燃燒二氧化碳排放

三、我國(guó)電力轉(zhuǎn)型發(fā)展展望

基于模型運(yùn)行結(jié)果，對(duì)中國(guó)中長(zhǎng)期電力發(fā)展形成九大判斷。

一是電力需求仍有較大增長(zhǎng)空間。電力需求總量持續(xù)增長(zhǎng)，增速逐步放緩，2035年左右進(jìn)入增長(zhǎng)飽和階段，飽和時(shí)點(diǎn)相比于能源需求延后10~15年，2050年電力需求將在當(dāng)前水平基礎(chǔ)上翻番，達(dá)到12.3~14.4萬(wàn)億千瓦時(shí)，人均電力消費(fèi)達(dá)到8800~10300千瓦時(shí)。工業(yè)部門用電占比逐步下降，2050年仍是最主要的電力消費(fèi)部門;建筑部門用電占比快速提高;交通部門由于用電量基數(shù)太小，盡管電量增長(zhǎng)明顯，但在全部用電量中占比仍然較低，如圖8。

圖8 電力需求

二是電源裝機(jī)容量保持持續(xù)增長(zhǎng)。2050年之前電源裝機(jī)將保持快速、持續(xù)增長(zhǎng)，常規(guī)轉(zhuǎn)型情景與電氣化加速情景下，2030年裝機(jī)容量分別達(dá)到28.7億千瓦、36.3億千瓦，2050年裝機(jī)容量分別達(dá)到44.3億千瓦、57.5億千瓦。增量部分以清潔能源為主，電源結(jié)構(gòu)逐步優(yōu)化。兩情景下，2030年清潔電源裝機(jī)容量分別達(dá)到15.4億千瓦、21.7億千瓦，2050年分別達(dá)到35.1億千瓦、46.9億千瓦，如圖9，10。

圖9 常規(guī)轉(zhuǎn)型情景下各類電源裝機(jī)容量

圖10 電氣化加速情景下各類電源裝機(jī)容量

三是電源發(fā)展呈現(xiàn)“風(fēng)光領(lǐng)跑、多源協(xié)調(diào)”態(tài)勢(shì)。陸上風(fēng)電、光伏發(fā)電將是發(fā)展速度最快的電源，2030年、2050年兩者總裝機(jī)容量占比有望超過(guò)30%、50%。氣電受成本因素制約，增長(zhǎng)空間有限，2030年、2050年的優(yōu)化裝機(jī)容量將分別達(dá)到1.8億千瓦左右、3.7億千瓦左右。核電發(fā)展受到站址與建設(shè)速度等因素影響，預(yù)計(jì)2030年、2050年的裝機(jī)容量將分別達(dá)到1.2億千瓦左右、2.2億千瓦左右。水電可開發(fā)潛力已相對(duì)有限，預(yù)計(jì)2030年、2050年裝機(jī)容量將分別達(dá)到4.6億千瓦左右、5.4億千瓦左右。煤電將逐步轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂猩疃日{(diào)節(jié)能力的容量支撐電源，2030年、2050年裝機(jī)容量預(yù)計(jì)將達(dá)12億千瓦左右、7億千瓦左右。除風(fēng)電、光伏發(fā)電外各類電源雖然裝機(jī)容量增長(zhǎng)有限，但都將在電力系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用，在波動(dòng)性電源大規(guī)模發(fā)展的情況下保障電力系統(tǒng)的電力電量平衡與調(diào)峰靈活性，各類電源呈現(xiàn)協(xié)調(diào)發(fā)展態(tài)勢(shì)。

四是電源布局繼續(xù)向西北等地區(qū)傾斜。近期受消納形勢(shì)與補(bǔ)貼政策等多重因素影響，電源布局當(dāng)以東中部負(fù)荷中心與西部北部資源富集區(qū)并重。但長(zhǎng)期來(lái)看，電源裝機(jī)向資源條件更好的西部、北部?jī)A斜是全國(guó)一盤棋下更為科學(xué)的能源轉(zhuǎn)型方案。其中，煤電裝機(jī)布局將以華北、西北地區(qū)為主，華東等受端地區(qū)由于煤電機(jī)組密度大、環(huán)境減排形勢(shì)嚴(yán)峻，煤電退出趨勢(shì)明顯;氣電裝機(jī)近中期以東中部為主，政策支持的熱電聯(lián)產(chǎn)與園區(qū)分布式三聯(lián)供機(jī)組具備發(fā)展?jié)摿Γh(yuǎn)期氣價(jià)更具競(jìng)爭(zhēng)力的西北地區(qū)增長(zhǎng)潛力更大;風(fēng)電布局仍將以“三北”地區(qū)為主，近期東中部分散式風(fēng)電迎來(lái)發(fā)展機(jī)遇期，但隨著棄風(fēng)問題緩解，在優(yōu)質(zhì)資源區(qū)開發(fā)風(fēng)電是更具經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)化方案;光伏發(fā)電宜集中式與分布式并重，東中部分布式光伏近中期具備較大增長(zhǎng)空間，但受限于可用屋頂面積與光照資源條件，分布式光伏難以滿足負(fù)荷中心的用電需求，更無(wú)法作為我國(guó)大力發(fā)展清潔能源的主體部分，在優(yōu)質(zhì)資源區(qū)集中式開發(fā)仍將貢獻(xiàn)重要份額。

五是電網(wǎng)大范圍配置清潔能源能力增強(qiáng)。全國(guó)互聯(lián)電網(wǎng)將在新一代電力系統(tǒng)中發(fā)揮更加重要的作用。一方面，我國(guó)能源資源與負(fù)荷需求逆向分布的國(guó)情決定了全國(guó)范圍優(yōu)化配置資源的客觀需求。另一方面，高比例新能源電力系統(tǒng)對(duì)靈活性提出更高要求，跨區(qū)互聯(lián)電網(wǎng)通過(guò)采用更加靈活優(yōu)化的運(yùn)行方式，在全國(guó)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)電力供需動(dòng)態(tài)平衡，將有力促進(jìn)高比例新能源消納利用。電力系統(tǒng)整體規(guī)劃結(jié)果表明，2030年、2050年我國(guó)跨區(qū)輸電通道優(yōu)化容量分別達(dá)到3億、5億千瓦左右，“西電東送”規(guī)模呈逐步擴(kuò)大趨勢(shì)，并且將以輸送清潔能源為主。電網(wǎng)作為大范圍、高效率配置能源資源的基礎(chǔ)平臺(tái)，重要性將愈加凸顯。

六是需求側(cè)資源與儲(chǔ)能將成為未來(lái)電力系統(tǒng)中的重要資源。能效電廠有助于挖掘需求側(cè)節(jié)能潛力，是推進(jìn)能源消費(fèi)革命的重要抓手，預(yù)計(jì)2050年規(guī)模將達(dá)約4.5億千瓦。需求響應(yīng)作為一種高效的靈活性資源，對(duì)未來(lái)高比例新能源電力系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行至關(guān)重要，在常規(guī)轉(zhuǎn)型情景與電氣化加速情景下，2050年分別達(dá)到2.1億千瓦、3.7億千瓦。當(dāng)前對(duì)需求響應(yīng)的認(rèn)識(shí)多局限于削峰填谷、緩解峰荷時(shí)段電力供需緊張形勢(shì)，未來(lái)其價(jià)值將更多體現(xiàn)在促進(jìn)新能源消納與系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行。儲(chǔ)能同樣是未來(lái)電力系統(tǒng)不可或缺的組成部分，將作為新一代電力系統(tǒng)中重要的靈活性資源，為系統(tǒng)電力平衡、調(diào)峰調(diào)頻、新能源消納等做出重要貢獻(xiàn)。隨著儲(chǔ)能成本逐步下降，我國(guó)儲(chǔ)能裝機(jī)容量將持續(xù)增長(zhǎng)，特別是在2030年之后儲(chǔ)能將進(jìn)入快速發(fā)展期，2050年將達(dá)3億千瓦以上。

七是電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)協(xié)調(diào)運(yùn)行。新一代電力系統(tǒng)中，各類電源、電網(wǎng)、需求側(cè)資源與儲(chǔ)能將存在更多協(xié)調(diào)互動(dòng)，以靈活高效的方式共同推動(dòng)電力系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行，有力促進(jìn)新能源消納。隨著新能源滲透率不斷提高，氣電、水電、光熱等靈活性電源將發(fā)揮重要調(diào)峰作用，煤電也將更多承擔(dān)調(diào)峰任務(wù)，僅部分高參數(shù)大容量煤電機(jī)組繼續(xù)承擔(dān)基荷。跨區(qū)輸電線路的運(yùn)行方式將更加靈活，有效支撐清潔能源在更大范圍實(shí)現(xiàn)充分消納。需求響應(yīng)與儲(chǔ)能等新興靈活性資源的運(yùn)行方式隨風(fēng)光電出力優(yōu)化調(diào)整，支撐系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行，如圖11，12。

圖11 電氣化加速情景下2050年西北地區(qū)冬季典型周各類電源出力優(yōu)化結(jié)果

圖12 電氣化加速情景下2050年西北地區(qū)冬季典型周需求響應(yīng)與儲(chǔ)能出力優(yōu)化結(jié)果

八是電力系統(tǒng)成本將呈現(xiàn)先升后降趨勢(shì)。當(dāng)前至2030年，電力需求保持較快增長(zhǎng)，且新能源發(fā)電等新技術(shù)仍處于發(fā)展期，電力系統(tǒng)總成本持續(xù)上升。2030-2050年，電力需求增長(zhǎng)逐漸趨于飽和，新能源發(fā)電等技術(shù)日益成熟，系統(tǒng)成本進(jìn)入下降期，此階段能源發(fā)展的低碳性目標(biāo)與經(jīng)濟(jì)性目標(biāo)逐漸重合。相比于電力系統(tǒng)總成本，度電平均成本的達(dá)峰時(shí)間更早，預(yù)計(jì)2050年度電成本約為當(dāng)前水平的一半左右，如圖13。

圖13 度電平均成本對(duì)比示意

九是電力行業(yè)碳排放強(qiáng)度將大幅降低。隨著清潔能源發(fā)電量占比逐漸提升，電力行業(yè)碳排放總量在2025年前后出現(xiàn)峰值，峰值水平約為42億噸。2050年排放量降至14億噸，占全國(guó)碳排放的比重降至30%以下。單位電量碳排放強(qiáng)度方面，常規(guī)轉(zhuǎn)型情景與電氣化加速情景下2030年分別降至400克/千瓦時(shí)、363克/千瓦時(shí)左右，2050年分別降至114克/千瓦時(shí)、96克/千瓦時(shí)左右，低于當(dāng)前水平的五分之一，如圖14。

圖14 度電二氧化碳排放量

責(zé)任編輯：李鑫

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