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能源现实与能源革命:论能源领域的十大矛盾(上)

作者:中国储能网新闻中心 来源:能源杂志 发布时间:2019-11-15 浏览:
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能源转型的大潮之下,能源革命在全国轰轰烈烈地展开,但是基于我国的能源现状,革命的方向在哪里?又有哪些需要注意的问题呢?

文 | 田力

中国电力发展促进会核能分会副会长

近年来,能源革命成为热门词汇,能源革命相关的会议和论坛也是密集召开。9月5日-6日,中国电力发展促进会举办了一年一度的“中国电力规划发展论坛”,主题为“提升电力规划水平,促进数字经济发展”。重量级专家和各能源电力集团规划发展负责人纷纷上台演讲。再往前,8月29日,第16期央企智库沙龙暨首届“六铺炕央企智库能源论坛”在京召开,论坛主题为“国家能源安全与央企责任担当”;8月27日,全国工商联在能源革命的尖兵—大同市举办了“中国能源革命高端论坛暨招商引资项目洽谈会”,主题是“能源革命,造福人类”。

国家能源局的主要领导最近也组织开展了密集的调研工作。章建华局长于7月18日在江苏省开展“十四五”能源规划专题调研时讲了一段话,结合我最近参与的一些项目和了解到的情况,我认为这段话代表了国家高层对于能源形势和趋势的基本判断:“十四五”是我国能源转型变革的关键时期,能源需求发生新变化,高质量发展要求更加突出;能源安全面临新挑战,新旧风险交织并存;绿色转型出现新形势,未来任务更加艰巨;创新发展进入新阶段,科技和体制创新重要性更加凸显。

在此次调研中,章建华局长提出要求:谋划“十四五”能源发展,要聚焦安全短板,在供应保障能力建设上下功夫;要瞄准清洁低碳战略方向,在推动能源转型上下功夫;要突出系统优化,在提高发展质量和效率上下功夫;要坚持还原能源商品属性,在深化体制改革上下功夫;要扩大对外开放,在深化能源国际合作上下功夫,着力构建清洁低碳、安全高效的能源体系,为经济社会发展提供更加坚实的能源保障。

以下结合清华厚德专家团队的调查、研究与讨论,对当前我国能源现实及其问题、能源革命及其走向做一个“抛砖引玉”式的论述,本文为十大矛盾的上半部分。

一、石油天然气对外依存度持续升高与能源安全的矛盾

石油和天然气,不仅是工业的血液,随着人民生活水平的提高,也日渐成为民生的血液。

每一次汽油的涨价,都牵动着无数有车族的神经;每一次天然气供应的短缺,都会引发各个城市市长的关注。2018年的统计数据显示,我国石油对外依存度达到70%,天然气对外依存度超过40%。图一显示出近年来的原油进口增长率远超GDP增长率。原油进口花费随国际原油价格波动而变化,2018年原油进口花费2400亿美元,占GDP总值的1.8%。

关键是绝对数量,2018年进口原油4.619亿吨,连续第二年成为世界第一大石油进口国。而2018年中国国内的石油产量只有1.89亿吨,2015年达到顶峰后,连续几年呈下降趋势。

中国石油集团经济技术研究院发布的《2018年国内外油气行业发展报告》称,2018年中国石油表观消费首破6亿吨,达到6.25亿吨,同比增加0.41亿吨,增速为7%。到底用在哪里了呢?很明显,机动车保有量的增加是一个主要因素。年初,公安部交通管理局官方微博和公安部网站相继发布统计数据,2018年全国新注册登记机动车3,172万辆,机动车保有量已达3.27亿辆,其中汽车2.4亿辆,小型载客汽车首次突破2亿辆;机动车驾驶人达4.09亿人,其中汽车驾驶人达3.69亿人。

新能源汽车是各个国家鼓励的汽车消费发展方向,但是中国的发展与汽车总保有量的增加相比,过于缓慢,占比也过低。2018年全国新能源汽车保有量达261万辆,占汽车总量的1.09%,与2017年相比,增加107万辆,增长70.00%。其中,纯电动汽车保有量211万辆,占新能源汽车总量的81.06%。从统计情况看,近五年新能源汽车保有量年均增加50万辆,呈加快增长趋势。一些学者和业内专家提出,如果改革政府补贴方式,从补贴生产厂商转变为补贴消费者,将促进新能源汽车比例更快增加。

机动车是汽油和柴油的主要消费群体,而炼油厂是加工原油的第一站,炼油能力产能过剩也是当前面临的一个行业问题。

据统计,我国炼油能力已经超过8亿吨/年,已建成投产的千万吨级炼油基地达到了26个,产能过剩约1亿吨/年。“十三五”期间,中国有序推进大连长兴岛(西中岛)、河北曹妃甸、江苏连云港、上海漕泾、浙江宁波镇海(舟山)、福建古雷和广东惠州等七大石化产业基地,还有遍布各地、安全生产事故频发的化工产业园区近700家,自然地,出自炼油厂和化工园区的其他化工产品也有着过剩的产能和产量。

考虑到化工生产、产品及其制成品的安全代价和环境代价,国家发改委以及各地发改委应该加强宏观产能规划和项目管控,抑制各地政府的招商引资冲动和企业投资冲动,保障石油化工行业良性发展。

原油进口量增加,不排除各炼油厂在原油低价期间加大进口储备的因素,但是如此之高的对外依存度,在中美贸易战引发日渐激烈矛盾和冲突的今天,实在是令人担忧。

二、煤炭作为一次能源主力与碳减排的矛盾

煤炭行业曾经为中国的经济发展立下了汗马功劳,现在以及相当长的一段时期,仍然是一次能源的主力。《2018煤炭行业发展年度报告》显示,2018年煤炭高质量供应能力显著增强。2018年全国煤炭产量为36.8亿吨,同比增长4.5%,占全球煤炭产量(80.13亿吨)的46%。同期进口2.8亿吨。

中国大陆煤炭消费量全球第一,达39亿吨,占全世界煤炭消费量的50.5%,难怪我国一年的二氧化碳排放量达到了96.82亿吨,占全球碳排放量(约330亿吨)的30%,成为世界第一大二氧化碳排放国。

该报告还公布:电力行业全年耗煤量21亿吨左右,钢铁行业耗煤量6.2亿吨,建材行业耗煤量5亿吨,化工行业耗煤量2.8亿吨。

其中,第一大煤炭用户就是燃煤电厂,装机容量超过11亿千瓦,占总装机容量的60%;发电量近5万亿千瓦时,占总发电量的70%。发电用煤约21亿吨,占煤炭总消费量的70%以上。

尽管火电厂的供电标准煤耗已经降到了世界先进水平(308克/千瓦时),绝大多数电厂也完成了超低排放改造,但是二氧化碳排放仍然不可避免。

水电资源已经开发殆尽,又受到地理因素限制,难以继续大规模发展。核电是很好的替代选项,但是中国特殊的核电发展国情,使得核电厂址集中在沿海,内陆核电至今没有开放,难以发挥替代煤电的电源主力军作用。

煤炭的第二个主要用途就是钢铁产业的冶炼需求。2016年的钢铁耗煤量数据是6.18亿吨,由于钢铁行业的去产能政策,2018年的耗煤量没有增加。钢铁行业主要是用焦煤冶炼焦炭进而制造生铁。但是如果考虑到钢铁厂的自备燃煤电厂以及来自公共电网的用电导致的间接用煤量,钢铁行业的耗煤量更大。

煤炭的另一个主要的、并且和大气污染密切相关的用途,就是北方地区的冬季取暖。北方地区冬季取暖用煤占我国非发电用煤量的20%,约2.55亿吨。考虑到北方地区的很多燃煤机组是热电联供,取暖用煤量应该更大一些。虽然直接燃煤取暖的用煤量与发电用煤相比小很多,但是其污染物排放水平却是很高的,因为没有任何强制管理措施,是北方地区冬季雾霾严重的主要原因之一。

由于资源、成本和安全问题,煤改气、煤改电推广效果并不是很理想。生物质锅炉推广涉及到生物质燃料产业链配套问题,也是效果有限。

最近几年中国电力发展促进会核能分会发起,在北方地区推广核能集中供暖技术,启迪控股和三大核电集团积极响应,但是由于没有明确出台专门的选址和评审标准,以及政府官员和百姓的心理接受度问题,几处示范工程项目都在前期工作阶段,距离通过项目评审和实际开工还有一段时间。

但是我们预测,一旦示范工程建成,核能供暖建设需求将成井喷式增长。一旦北方地区建成200个核能供暖站,将能够提供满足40亿平方米建筑面积供暖需求的基荷供暖能力,占北方地区集中供暖面积的一半,北方冬季的大气污染治理难题将迎刃而解。治理大气污染,不能靠工厂停产、工地停工,而是要靠能源环境领域的革命性技术!

三、内陆核电不开放与煤电到期关停的矛盾

中国的核电事业,从上世纪七十年代起步,经历了从交钥匙工程、引进技术、消化吸收到自主研发的全过程。截止到2018年底,核电装机容量4466万千瓦,发电量2944亿千瓦时;2019年上半年,由于有新机组投产,核电装机规模已经达到4591万千瓦,发电量1600亿千瓦时。这些在运行机组和在建机组全部分布在从辽宁到广西的沿海厂址以及海南省。

其实,早在2008年2月,国家发改委根据国务院领导小组第四次会议精神,下发了同意湖南桃花江、湖北大畈和江西彭泽三个内陆核电项目开展前期准备工作的文件。

但是由于2011年3月日本福岛核事故的发生,国务院常务会议提出新要求:“十二五”期间不安排内陆核电项目。自此内陆核电进入蛰伏期。

尽管近年来每年两会期间湖南代表团以及核工业代表都会提出启动桃花江核电的议案,但是,“内陆核电”这个名词已经成为了影响核电布局的代表词汇。

完全无视核电安全标准的一致性,沿海与内陆核电安全的同等重要性、以及核电大国美国和法国大部分核电机组都在内陆、全球核电机组一半都在内陆的客观事实,成为影响能源结构优化、乃至能源革命战略的强加给自己的“紧箍咒”。

面对中央及各地政府领导的顾虑,以及个别学者出于或维护其他集团利益、或对核电无知猜测的原因发起的反核宣传攻势,2014年核能行业协会曾经组织多个领域的专家学者专题研究内陆核电问题,针对内陆核电,课题结论认为:内陆核电问题不是技术问题,内陆核电的安全要求和沿海核电没有根本性区别。因此,内陆核电现在不能开建不是因为技术上不可行,而是需要社会舆论进一步来理性地科学地对待。

由于核电对厂址条件要求极高,因此,沿海地区适合核电基地建设的厂址是有限的,目前接近饱和。已经选出的三个内陆核电厂址都是比较理想的厂址,闲置或废弃实在可惜。没有内陆核电的发展,2014年制定的2020年核电发展规划绝无完成可能。

国内正在开展的15个内陆核电厂址的选址,都是遵循的世界最高安全标准规定的选址标准,再加上第三代核电已经充分借鉴了第一代(前苏联切尔诺贝利核电站,属于内陆核电)和第二代(日本福岛核电站,属于沿海核电)核电的经验教训,采用了多冗余度的安全措施来保障运行安全。事故应急和对环境及公众安全的安全保护技术也非常成熟。

由于环境保护和大气污染治理的优先级不断提高,国家对于燃煤电厂的限制愈来愈强,无论是沿海地区,还是内陆地区,燃煤电厂到了设计寿命周期,一律关停,不再新建。根据电力规划专家的意见,今后燃煤电厂装机容量的上限就是11亿千瓦。沿海地区有核电厂来替补,而内陆地区呢?如果没有核电作为主力电源的替补和支撑,电力需求就得不到有效满足,电网安全就得不到有力保障,这就是电力系统面临的很大的一个矛盾。

“十三五”马上就过去了,如果“十四五”期间再无视内陆地区的核电项目建设,再过若干年,就会出现“人无远虑、必有近忧”的尴尬和被动局面。

四、能源利用效率依然偏低和节能提效的矛盾

面对石油天然气对外依存度愈来愈高、煤炭去产能并限产、优质水电资源开发殆尽、内陆核电发展受限的能源供给侧形势,节能、提高能源利用效率是事半功倍的选择。世界主要经济发达国家在经历了经济粗放发展阶段之后,都十分重视能源效率的提高。

改革开放以来,中国通过开展节能月、节能周等活动,提升公众的节能意识,能源利用效率已经大为提升,但是由于发展阶段、发展方式和产业结构的特点,和世界先进水平相比,还有很大的改进空间。

能源利用效率,通常选用能源消费弹性系数、能源消耗强度、以及单位产品能耗来分析和比较。

能源消费弹性系数是指能源消费增长速度与国民经济年均增长速度之间的比例关系,其计算公式为:能源消费弹性系数=能源消费量年均增长速度/国民经济年均增长速度。一般说来,发展中国家在发展初期能源利用效率较低,其能源消费弹性系数往往大于1或接近1,而发达国家的能源消费弹性系数一般不超过0.5。

能源消耗强度是指国民经济在生产中的单位能耗水平,通常量化为生产单位国内生产总值所消耗的能源量,综合反映了生产过程中的能源利用效率,是衡量经济增长质量的重要指标之一。影响因素有经济结构、产业结构、技术水平、消费结构等。

单位产品能耗是衡量企业和行业生产技术和管理水平的一个指标,反映了微观领域能效状况。因其计量单位相同,不存在单位、汇率折算等因素,因此单位产品能耗的国际对比更为科学可信。

2019年3月,国务院总理李克强作的政府工作报告中提到,2018年经济结构不断优化,单位国内生产总值能耗比上一年下降3.1%。国家统计局还发布了中国2017年单位GDP能耗比上一年下降3.7%。

这组数据说明了中国由于经济结构和产业结构的调整,整体上能源效率有所提升。发改委发布的“十三五”规划《纲要》,要求到2020年全国单位GDP能耗比2015年降低15%,这是一个约束性指标,能源消费总量控制在50亿吨标准煤以内,这是一个预期性指标。

中国能效经济委员会于2019年1月份发布的《中国能效2018》指出,近年来,中国的能源消费强度下降较为明显,但是工业部门特别是高耗能行业很多产品的单位产品能耗水平与国际先进水平相比,仍有10%-30%的差距,如钢材、水泥、乙烯、平板玻璃、烧碱等。工业节能依然存在较大潜力,是中国节能工作的重中之重。从工业产品结构来看,中国有200多种工业品的产量位居世界首位,但多为能耗高、附加值低的中低端工业产品,高附加值工业品占比较少。

中国地域之辽阔,导致东中西部经济和科技发展水平不同,产业结构布局分工不同,高耗能产业以及初级工业品的生产对于中西部地区的招商引资需求还是有很大的吸引力。需要改进和提升的,就是提高产品的科技含量和附加价值,降低单位产品能耗。

五、可再生能源比例渐高与电网运行安全的矛盾

电源和电网是相生相克、相辅相成的关系。传统的电源,无论是火电厂、水电厂、还是核电厂,发电机组都是通过发电机转子的旋转惯量来发电的,交流电频率自然产生而且稳定。光伏发电是零转动惯量,风力发电是弱且乱的转动惯量,光伏发电和风电通过电力电子装置转换成近似交流电上网,被统称为电力电子电源。电网公司方面不断表示,上网比例逐渐增高之后,就会降低电网的抗干扰能力和稳定性。

据珠海清英智能电网研究院文章介绍,电力电子设备大规模并网,主要带来两个方面的问题:一是各类电力电子设备涉网性能标准偏低,其频率、电压耐受能力与常规火电相比较差,事故期间易因电压或频率异常而大规模脱网,引发连锁故障。该问题随着新能源的大规模集中投产而日益突出;二是风、光等新能源发电均通过电力电子装置并网,其多时间尺度的控制特性与电网自身特征相互作用,可能引发次同步频率到谐波频段内传统电力系统中没有的控制不稳定和震荡问题。

清华大学胡泽春、罗浩成发表在《电力系统自动化》杂志的论文中也指出:以风电、光伏为代表的可再生能源通常通过电力电子变换器接入电网,对系统转动惯量没有贡献。而随着可再生能源装机容量和渗透率的不断提升并逐步替代传统机组发电,电网在线机组的总惯量减小,有功功率扰动情况下电网的频率响应性能将随之恶化。

2015年新疆哈密地区风机引发次同步震荡导致多台60万千瓦火电机组跳闸事件曾引起广泛关注。

2019年8月9日晚高峰时段发生的英国大停电事件,大约100万人受到影响,停电时间持续了50分钟。这次雷击诱发的大停电事件揭示出高比例可再生能源电网安全稳定运行正面临着前所未有的风险。故障前,英国风电出力1330万千瓦、直流馈入230万千瓦,电力电子并网非同步电源占比高达47%。非同步发电较同步电机存在无功能力弱、故障电流小、转动惯量缺乏等缺点,导致英国电网成为一个稳定性较弱的电力系统。

从国家层面和电力系统层面统筹考虑,风电、光伏可再生能源一定不是愈多愈好,既要考虑本身的产业安全性和运行经济性,又要考虑与电力系统中其他电源以及电网的协调和配合。值得注意的是,局部最优不等于整体最优,当前最优不等于长远最优。

关键字:新能源 能源转型

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