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能源現實與能源革命:論能源領域的十大矛盾(上)

作者:中國儲能網新聞中心 來源:能源雜志 發布時間:2019-11-15 瀏覽:
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能源轉型的大潮之下,能源革命在全國轟轟烈烈地展開,但是基于我國的能源現狀,革命的方向在哪里?又有哪些需要注意的問題呢?

文 | 田力

中國電力發展促進會核能分會副會長

近年來,能源革命成為熱門詞匯,能源革命相關的會議和論壇也是密集召開。9月5日-6日,中國電力發展促進會舉辦了一年一度的“中國電力規劃發展論壇”,主題為“提升電力規劃水平,促進數字經濟發展”。重量級專家和各能源電力集團規劃發展負責人紛紛上臺演講。再往前,8月29日,第16期央企智庫沙龍暨首屆“六鋪炕央企智庫能源論壇”在京召開,論壇主題為“國家能源安全與央企責任擔當”;8月27日,全國工商聯在能源革命的尖兵—大同市舉辦了“中國能源革命高端論壇暨招商引資項目洽談會”,主題是“能源革命,造福人類”。

國家能源局的主要領導最近也組織開展了密集的調研工作。章建華局長于7月18日在江蘇省開展“十四五”能源規劃專題調研時講了一段話,結合我最近參與的一些項目和了解到的情況,我認為這段話代表了國家高層對于能源形勢和趨勢的基本判斷:“十四五”是我國能源轉型變革的關鍵時期,能源需求發生新變化,高質量發展要求更加突出;能源安全面臨新挑戰,新舊風險交織并存;綠色轉型出現新形勢,未來任務更加艱巨;創新發展進入新階段,科技和體制創新重要性更加凸顯。

在此次調研中,章建華局長提出要求:謀劃“十四五”能源發展,要聚焦安全短板,在供應保障能力建設上下功夫;要瞄準清潔低碳戰略方向,在推動能源轉型上下功夫;要突出系統優化,在提高發展質量和效率上下功夫;要堅持還原能源商品屬性,在深化體制改革上下功夫;要擴大對外開放,在深化能源國際合作上下功夫,著力構建清潔低碳、安全高效的能源體系,為經濟社會發展提供更加堅實的能源保障。

以下結合清華厚德專家團隊的調查、研究與討論,對當前我國能源現實及其問題、能源革命及其走向做一個“拋磚引玉”式的論述,本文為十大矛盾的上半部分。

一、石油天然氣對外依存度持續升高與能源安全的矛盾

石油和天然氣,不僅是工業的血液,隨著人民生活水平的提高,也日漸成為民生的血液。

每一次汽油的漲價,都牽動著無數有車族的神經;每一次天然氣供應的短缺,都會引發各個城市市長的關注。2018年的統計數據顯示,我國石油對外依存度達到70%,天然氣對外依存度超過40%。圖一顯示出近年來的原油進口增長率遠超GDP增長率。原油進口花費隨國際原油價格波動而變化,2018年原油進口花費2400億美元,占GDP總值的1.8%。

關鍵是絕對數量,2018年進口原油4.619億噸,連續第二年成為世界第一大石油進口國。而2018年中國國內的石油產量只有1.89億噸,2015年達到頂峰后,連續幾年呈下降趨勢。

中國石油集團經濟技術研究院發布的《2018年國內外油氣行業發展報告》稱,2018年中國石油表觀消費首破6億噸,達到6.25億噸,同比增加0.41億噸,增速為7%。到底用在哪里了呢?很明顯,機動車保有量的增加是一個主要因素。年初,公安部交通管理局官方微博和公安部網站相繼發布統計數據,2018年全國新注冊登記機動車3,172萬輛,機動車保有量已達3.27億輛,其中汽車2.4億輛,小型載客汽車首次突破2億輛;機動車駕駛人達4.09億人,其中汽車駕駛人達3.69億人。

新能源汽車是各個國家鼓勵的汽車消費發展方向,但是中國的發展與汽車總保有量的增加相比,過于緩慢,占比也過低。2018年全國新能源汽車保有量達261萬輛,占汽車總量的1.09%,與2017年相比,增加107萬輛,增長70.00%。其中,純電動汽車保有量211萬輛,占新能源汽車總量的81.06%。從統計情況看,近五年新能源汽車保有量年均增加50萬輛,呈加快增長趨勢。一些學者和業內專家提出,如果改革政府補貼方式,從補貼生產廠商轉變為補貼消費者,將促進新能源汽車比例更快增加。

機動車是汽油和柴油的主要消費群體,而煉油廠是加工原油的第一站,煉油能力產能過剩也是當前面臨的一個行業問題。

據統計,我國煉油能力已經超過8億噸/年,已建成投產的千萬噸級煉油基地達到了26個,產能過剩約1億噸/年。“十三五”期間,中國有序推進大連長興島(西中島)、河北曹妃甸、江蘇連云港、上海漕涇、浙江寧波鎮海(舟山)、福建古雷和廣東惠州等七大石化產業基地,還有遍布各地、安全生產事故頻發的化工產業園區近700家,自然地,出自煉油廠和化工園區的其他化工產品也有著過剩的產能和產量。

考慮到化工生產、產品及其制成品的安全代價和環境代價,國家發改委以及各地發改委應該加強宏觀產能規劃和項目管控,抑制各地政府的招商引資沖動和企業投資沖動,保障石油化工行業良性發展。

原油進口量增加,不排除各煉油廠在原油低價期間加大進口儲備的因素,但是如此之高的對外依存度,在中美貿易戰引發日漸激烈矛盾和沖突的今天,實在是令人擔憂。

二、煤炭作為一次能源主力與碳減排的矛盾

煤炭行業曾經為中國的經濟發展立下了汗馬功勞,現在以及相當長的一段時期,仍然是一次能源的主力。《2018煤炭行業發展年度報告》顯示,2018年煤炭高質量供應能力顯著增強。2018年全國煤炭產量為36.8億噸,同比增長4.5%,占全球煤炭產量(80.13億噸)的46%。同期進口2.8億噸。

中國大陸煤炭消費量全球第一,達39億噸,占全世界煤炭消費量的50.5%,難怪我國一年的二氧化碳排放量達到了96.82億噸,占全球碳排放量(約330億噸)的30%,成為世界第一大二氧化碳排放國。

該報告還公布:電力行業全年耗煤量21億噸左右,鋼鐵行業耗煤量6.2億噸,建材行業耗煤量5億噸,化工行業耗煤量2.8億噸。

其中,第一大煤炭用戶就是燃煤電廠,裝機容量超過11億千瓦,占總裝機容量的60%;發電量近5萬億千瓦時,占總發電量的70%。發電用煤約21億噸,占煤炭總消費量的70%以上。

盡管火電廠的供電標準煤耗已經降到了世界先進水平(308克/千瓦時),絕大多數電廠也完成了超低排放改造,但是二氧化碳排放仍然不可避免。

水電資源已經開發殆盡,又受到地理因素限制,難以繼續大規模發展。核電是很好的替代選項,但是中國特殊的核電發展國情,使得核電廠址集中在沿海,內陸核電至今沒有開放,難以發揮替代煤電的電源主力軍作用。

煤炭的第二個主要用途就是鋼鐵產業的冶煉需求。2016年的鋼鐵耗煤量數據是6.18億噸,由于鋼鐵行業的去產能政策,2018年的耗煤量沒有增加。鋼鐵行業主要是用焦煤冶煉焦炭進而制造生鐵。但是如果考慮到鋼鐵廠的自備燃煤電廠以及來自公共電網的用電導致的間接用煤量,鋼鐵行業的耗煤量更大。

煤炭的另一個主要的、并且和大氣污染密切相關的用途,就是北方地區的冬季取暖。北方地區冬季取暖用煤占我國非發電用煤量的20%,約2.55億噸。考慮到北方地區的很多燃煤機組是熱電聯供,取暖用煤量應該更大一些。雖然直接燃煤取暖的用煤量與發電用煤相比小很多,但是其污染物排放水平卻是很高的,因為沒有任何強制管理措施,是北方地區冬季霧霾嚴重的主要原因之一。

由于資源、成本和安全問題,煤改氣、煤改電推廣效果并不是很理想。生物質鍋爐推廣涉及到生物質燃料產業鏈配套問題,也是效果有限。

最近幾年中國電力發展促進會核能分會發起,在北方地區推廣核能集中供暖技術,啟迪控股和三大核電集團積極響應,但是由于沒有明確出臺專門的選址和評審標準,以及政府官員和百姓的心理接受度問題,幾處示范工程項目都在前期工作階段,距離通過項目評審和實際開工還有一段時間。

但是我們預測,一旦示范工程建成,核能供暖建設需求將成井噴式增長。一旦北方地區建成200個核能供暖站,將能夠提供滿足40億平方米建筑面積供暖需求的基荷供暖能力,占北方地區集中供暖面積的一半,北方冬季的大氣污染治理難題將迎刃而解。治理大氣污染,不能靠工廠停產、工地停工,而是要靠能源環境領域的革命性技術!

三、內陸核電不開放與煤電到期關停的矛盾

中國的核電事業,從上世紀七十年代起步,經歷了從交鑰匙工程、引進技術、消化吸收到自主研發的全過程。截止到2018年底,核電裝機容量4466萬千瓦,發電量2944億千瓦時;2019年上半年,由于有新機組投產,核電裝機規模已經達到4591萬千瓦,發電量1600億千瓦時。這些在運行機組和在建機組全部分布在從遼寧到廣西的沿海廠址以及海南省。

其實,早在2008年2月,國家發改委根據國務院領導小組第四次會議精神,下發了同意湖南桃花江、湖北大畈和江西彭澤三個內陸核電項目開展前期準備工作的文件。

但是由于2011年3月日本福島核事故的發生,國務院常務會議提出新要求:“十二五”期間不安排內陸核電項目。自此內陸核電進入蟄伏期。

盡管近年來每年兩會期間湖南代表團以及核工業代表都會提出啟動桃花江核電的議案,但是,“內陸核電”這個名詞已經成為了影響核電布局的代表詞匯。

完全無視核電安全標準的一致性,沿海與內陸核電安全的同等重要性、以及核電大國美國和法國大部分核電機組都在內陸、全球核電機組一半都在內陸的客觀事實,成為影響能源結構優化、乃至能源革命戰略的強加給自己的“緊箍咒”。

面對中央及各地政府領導的顧慮,以及個別學者出于或維護其他集團利益、或對核電無知猜測的原因發起的反核宣傳攻勢,2014年核能行業協會曾經組織多個領域的專家學者專題研究內陸核電問題,針對內陸核電,課題結論認為:內陸核電問題不是技術問題,內陸核電的安全要求和沿海核電沒有根本性區別。因此,內陸核電現在不能開建不是因為技術上不可行,而是需要社會輿論進一步來理性地科學地對待。

由于核電對廠址條件要求極高,因此,沿海地區適合核電基地建設的廠址是有限的,目前接近飽和。已經選出的三個內陸核電廠址都是比較理想的廠址,閑置或廢棄實在可惜。沒有內陸核電的發展,2014年制定的2020年核電發展規劃絕無完成可能。

國內正在開展的15個內陸核電廠址的選址,都是遵循的世界最高安全標準規定的選址標準,再加上第三代核電已經充分借鑒了第一代(前蘇聯切爾諾貝利核電站,屬于內陸核電)和第二代(日本福島核電站,屬于沿海核電)核電的經驗教訓,采用了多冗余度的安全措施來保障運行安全。事故應急和對環境及公眾安全的安全保護技術也非常成熟。

由于環境保護和大氣污染治理的優先級不斷提高,國家對于燃煤電廠的限制愈來愈強,無論是沿海地區,還是內陸地區,燃煤電廠到了設計壽命周期,一律關停,不再新建。根據電力規劃專家的意見,今后燃煤電廠裝機容量的上限就是11億千瓦。沿海地區有核電廠來替補,而內陸地區呢?如果沒有核電作為主力電源的替補和支撐,電力需求就得不到有效滿足,電網安全就得不到有力保障,這就是電力系統面臨的很大的一個矛盾。

“十三五”馬上就過去了,如果“十四五”期間再無視內陸地區的核電項目建設,再過若干年,就會出現“人無遠慮、必有近憂”的尷尬和被動局面。

四、能源利用效率依然偏低和節能提效的矛盾

面對石油天然氣對外依存度愈來愈高、煤炭去產能并限產、優質水電資源開發殆盡、內陸核電發展受限的能源供給側形勢,節能、提高能源利用效率是事半功倍的選擇。世界主要經濟發達國家在經歷了經濟粗放發展階段之后,都十分重視能源效率的提高。

改革開放以來,中國通過開展節能月、節能周等活動,提升公眾的節能意識,能源利用效率已經大為提升,但是由于發展階段、發展方式和產業結構的特點,和世界先進水平相比,還有很大的改進空間。

能源利用效率,通常選用能源消費彈性系數、能源消耗強度、以及單位產品能耗來分析和比較。

能源消費彈性系數是指能源消費增長速度與國民經濟年均增長速度之間的比例關系,其計算公式為:能源消費彈性系數=能源消費量年均增長速度/國民經濟年均增長速度。一般說來,發展中國家在發展初期能源利用效率較低,其能源消費彈性系數往往大于1或接近1,而發達國家的能源消費彈性系數一般不超過0.5。

能源消耗強度是指國民經濟在生產中的單位能耗水平,通常量化為生產單位國內生產總值所消耗的能源量,綜合反映了生產過程中的能源利用效率,是衡量經濟增長質量的重要指標之一。影響因素有經濟結構、產業結構、技術水平、消費結構等。

單位產品能耗是衡量企業和行業生產技術和管理水平的一個指標,反映了微觀領域能效狀況。因其計量單位相同,不存在單位、匯率折算等因素,因此單位產品能耗的國際對比更為科學可信。

2019年3月,國務院總理李克強作的政府工作報告中提到,2018年經濟結構不斷優化,單位國內生產總值能耗比上一年下降3.1%。國家統計局還發布了中國2017年單位GDP能耗比上一年下降3.7%。

這組數據說明了中國由于經濟結構和產業結構的調整,整體上能源效率有所提升。發改委發布的“十三五”規劃《綱要》,要求到2020年全國單位GDP能耗比2015年降低15%,這是一個約束性指標,能源消費總量控制在50億噸標準煤以內,這是一個預期性指標。

中國能效經濟委員會于2019年1月份發布的《中國能效2018》指出,近年來,中國的能源消費強度下降較為明顯,但是工業部門特別是高耗能行業很多產品的單位產品能耗水平與國際先進水平相比,仍有10%-30%的差距,如鋼材、水泥、乙烯、平板玻璃、燒堿等。工業節能依然存在較大潛力,是中國節能工作的重中之重。從工業產品結構來看,中國有200多種工業品的產量位居世界首位,但多為能耗高、附加值低的中低端工業產品,高附加值工業品占比較少。

中國地域之遼闊,導致東中西部經濟和科技發展水平不同,產業結構布局分工不同,高耗能產業以及初級工業品的生產對于中西部地區的招商引資需求還是有很大的吸引力。需要改進和提升的,就是提高產品的科技含量和附加價值,降低單位產品能耗。

五、可再生能源比例漸高與電網運行安全的矛盾

電源和電網是相生相克、相輔相成的關系。傳統的電源,無論是火電廠、水電廠、還是核電廠,發電機組都是通過發電機轉子的旋轉慣量來發電的,交流電頻率自然產生而且穩定。光伏發電是零轉動慣量,風力發電是弱且亂的轉動慣量,光伏發電和風電通過電力電子裝置轉換成近似交流電上網,被統稱為電力電子電源。電網公司方面不斷表示,上網比例逐漸增高之后,就會降低電網的抗干擾能力和穩定性。

據珠海清英智能電網研究院文章介紹,電力電子設備大規模并網,主要帶來兩個方面的問題:一是各類電力電子設備涉網性能標準偏低,其頻率、電壓耐受能力與常規火電相比較差,事故期間易因電壓或頻率異常而大規模脫網,引發連鎖故障。該問題隨著新能源的大規模集中投產而日益突出;二是風、光等新能源發電均通過電力電子裝置并網,其多時間尺度的控制特性與電網自身特征相互作用,可能引發次同步頻率到諧波頻段內傳統電力系統中沒有的控制不穩定和震蕩問題。

清華大學胡澤春、羅浩成發表在《電力系統自動化》雜志的論文中也指出:以風電、光伏為代表的可再生能源通常通過電力電子變換器接入電網,對系統轉動慣量沒有貢獻。而隨著可再生能源裝機容量和滲透率的不斷提升并逐步替代傳統機組發電,電網在線機組的總慣量減小,有功功率擾動情況下電網的頻率響應性能將隨之惡化。

2015年新疆哈密地區風機引發次同步震蕩導致多臺60萬千瓦火電機組跳閘事件曾引起廣泛關注。

2019年8月9日晚高峰時段發生的英國大停電事件,大約100萬人受到影響,停電時間持續了50分鐘。這次雷擊誘發的大停電事件揭示出高比例可再生能源電網安全穩定運行正面臨著前所未有的風險。故障前,英國風電出力1330萬千瓦、直流饋入230萬千瓦,電力電子并網非同步電源占比高達47%。非同步發電較同步電機存在無功能力弱、故障電流小、轉動慣量缺乏等缺點,導致英國電網成為一個穩定性較弱的電力系統。

從國家層面和電力系統層面統籌考慮,風電、光伏可再生能源一定不是愈多愈好,既要考慮本身的產業安全性和運行經濟性,又要考慮與電力系統中其他電源以及電網的協調和配合。值得注意的是,局部最優不等于整體最優,當前最優不等于長遠最優。

關鍵字:新能源 能源轉型

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