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杜祥琬:城市引领推动中国能源转型

发布时间:2019-6-9 10:14 原作者:杜祥琬    来自: 中国电力企业管理

1980年以来,我国能源强度已下降80%,能效提高约5倍。经济社会发展进入新阶段,能源发展也进入新阶段。

 

城市能源利用水平是城市发展和社会进步的重要标志。我国城市人口众多,能耗较大,也因此成为能源转型的主战场。目前我国城市能源转型已具备良好的物质基础,但能源的供应、环境与管理面临着严峻挑战。

 

提升东部能源自给率具备可行性

 

目前我国城镇化率超过50%,但城市能源消耗占比超过80%,城市用能亟待变革。一直以来,东部能源、城市能源发展践行着“电从远方来”的思路。东部是我国能源的主要消耗区,而西部和北部是能源的富集区。过去我国东部能源供应主要靠西部来解决,西电东送,北煤南运是长期国情。但在能源技术日益提升、能源转型不断推进的新形势下,应加大开发东部自身能源。目前,东部自给能源比例较低,但实际上东部自给能源可开发潜力是很大的。

 

高比例的能源自给靠什么?一方面靠节能提效,另一方面要发展中东部的电源。发展本地电源,使中东部既是电力的消费区,又是电力的生产区,并以电源的新形态发展助推电网新格局;西部发展经济,即发展本地负荷,使得东西部用能都可从身边来,以此缓解发展的不平衡、不充分,逐步改变东部地区以外来电为主,外来电以煤电为主,自发电用煤也基本来自北煤南运的局面。

 

中东部新增电力高比例自给有没有可行性?可以从资源、技术、经济三个方面的数据来看。

 

从资源情况来看。中东部的能源资源应考虑低风速区域资源的潜力,中东部陆上风能资源技术可开发量是8.96亿千瓦。陆上再加上海上风电可开发资源合计约11亿千瓦。水深在5~25米范围内的海上风电技术可开发量可以达到2.1亿千瓦。集中式光伏电站可开发潜力是3.58亿千瓦,分布式光伏装机潜力是5.31亿千瓦,包含光伏建筑一体化在内,共计近9亿千瓦。

 

中东部房屋建筑面积大约是10万平方千米,如果2050年中东部总用电量的1/4可由光伏产生,所需要的安装面积大约是中东部现有房屋面积的1/4。中东部目前已开发的风和光占了可开发资源量的百分之几?从目前的数据来看小于1/10,也就是说还有9/10以上的风光没有开发,可再生能源开发潜力巨大。

 

东部各省是节能提效的先行区,是用电用能最多的地区,也是经济、技术较为先进的地区,具有节能提效的条件。中国核能以及海上风电在东部沿海地区同样是优先发展区,此外,东部天然气含非常规天然气以及LNG,进口的接受区也在东部,再加上分布式光伏、生物质能、固体废弃物的资源利用以及地热、工业余热和一部分水电,以上资源加起来,中国东部可开发的能源资源不少。

 

从技术可行性上来看,光伏和风能等可再生能源技术可行性已经基本解决,这几年技术也在不断进步。但光和风具有间歇性,规模化利用要与储能相结合,而储能技术在近年来亦有明显进步,成本降低很快。现在东部地区还有不少火电,还要继续发挥好火电的作用,包括煤电的清洁、高效利用。与此同时,火电灵活性改造以及调峰技术可促进风电和光伏消纳,火电既能起到主体电源的作用,又具有调节电源的地位,而后者还将继续强化。再加上网络和信息技术、智能化技术、大数据、云计算等新兴技术的迅猛发展,以及东部在科技、人才方面的优势,这些都为东部地区发展可再生能源提供了技术基础。

 

举个例子,浙江嘉兴有核电,有光伏,又有风电,还开发了信息平台支撑能源系统整合,其能源结构中非化石能源占比较高。能源技术的进步支撑了东部可再生能源的利用,如果东部要把自己的风能、太阳能利用好,一定要与储能相配合。储能具有多种用途,除了平抑风光的间歇性、波动性、随机性以外,还可以利用峰谷电价差进行调峰,在微网以及电动汽车等方面的应用大有前景。目前抽水蓄能是储能领域里最为成熟的类型,化学储能的创新发展在近年来也非常活跃,储能成本逐步下降。

 

另外,东部地区的分布式光伏也已经开始提速发展,太阳能汽车、薄膜太阳能建筑一体化,即BIPV开始得到应用,用户发电系统以及便携式设备也在发展之中。

 

在这种情况下,中国东部电网格局应该考虑这样一个方向,即集中式智能化电网+分布式发电为基础的微网网络,二者可双向互动,后者也可独立运行。分布式如果发展起来,那么东部不仅是电力的消费者,同时也可成为电力的生产者。中国东部应成为能源的产销者,如果这个观念能在业内达成共识、受到认可,那么对于我国整个东部的能源体系设计、发展战略都将是一个重要的转变。

 

目前,浙江长兴正在发展虚拟电厂。虚拟电厂起源于配电网中分布式能源的大规模应用。分布式能源具有间歇性,通过储能装置把它们组织起来,形成可控的、类似电厂的组织,可处理好与大电网的关系,虚拟电厂是“源、网、荷、储、售、服”一体化的智能大管家。目前长兴的分布式能源正在发展之中,加上长兴化学储能电池也比较发达,通过储能装置把分布式能源组织起来,可以有效降低分布式电源对大电网的干扰。

 

从经济可行性来说,高成本曾经是制约可再生能源的发展因素之一,但是这些年可再生能源发电成本下降很快,1980~2013年风电成本下降了90%,2020年上网电价将与煤电成本相当。2010~2017年国际上光伏发电成本从0.36美元/千瓦时已经降到0.1美元/千瓦时,下降幅度73%,且还在进一步下降中,可以说风光发电成本已进入化石燃料电站的成本区间,海上风电和光热发电成本仍偏高。

 

实现经济—环境双赢发展

 

从全球能源投资来看,从煤炭逐步转向可再生能源已经是明显的趋势,2017年全球可再生能源投资超出其他能源两倍以上,这是能源发展的一个明显的风向标。

 

中国东部能源供应依靠西电东送、北煤南运是有历史原因的,但这并不妨碍新时期下能源转型的步伐。比照德国和日本的发展来看,德国风能和太阳能从资源分布和资源密度来看,中国东部并不比德国差,德国也没有外送电力可依靠。日本更是资源极为有限,既没有西电可以东送,也没有北煤可以南运。德国规划到2025年40%~45%电力来自可再生能源,2035年55%~60%的电力来自可再生能源。目前德国每平方千米平均装机风电约150千瓦,而我国东南省份风电装机平均值约20千瓦。同样的资源条件和资源密度,我国东南部的平均装机比德国少了七八倍,这也说明我国东南部的可再生能源还有很大的发展潜力。日本出台了能源革新战略,提出四个化:多元化、脱炭化、分散化、数字化。要做到四化,靠的就是虚拟电厂加上“负瓦特”,所谓负瓦特就是节能。而美国太阳能供电,家庭自发电已经达到1000万户,有些州政府很积极地给予补贴。

 

反观我国东部,嘉兴和湖州都是浙江的地级市。湖州因为10万屋顶光伏的行动,现在煤电占电力比例是37%,而嘉兴风光核电力已经占到62.5%。这两个地级市在资源上并没有特别的优越之处,从这两个案例可以看出江苏、浙江、山东等省份都应该能够做到能源高比例自给。

 

上海、苏州的能源负荷密度较高,必须有一部分区外来电保障供应,这点要实事求是地承认。自产自用的可再生能源也已经启动了,他们也可以有一定比例的自产自用。但自产低碳能源潜力有多少?每个地方都不一样。比如苏州,每万元GDP能源量是0.56吨标煤,北京是0.28吨标煤,上海位于二者之间。苏州是一个高度工业化的城市,也是结构偏重的一个工业城市。因此苏州和上海还是需要相当的外来电。但不要因为中国有西电可以东送,北煤可以南运,就可以安心依靠能源从远方来。随着中国东部电的发展,西电东送的增量会不会出现拐点?我们是不是一定要依靠不断增加西电东送、北煤南运来保障能源供应呢?若想要减轻西电东送的压力,北煤南运的压力,发展东部电源,提升能源自给率是势在必行的。

 

电从身边来的东部能源发展思路符合电力转型和能源革命的方向,因为这更有利于电力发展平衡充分,有利于电力系统的经济性、安全性、灵活性,也符合绿色、低碳、高效、安全、智慧的方向。

 

总结来说,未来我国能源发展模式是东部带头、城市带头,推进我国能源转型,抓住新常态和新机遇,实现经济-环境双赢和健康、可持续发展。

 

(本文系杜祥琬院士4月26日于“泛在电力物联网”新业态发展研讨会发言整理,经本人审阅同意发表)

 

本文刊载于《中国电力企业管理》2019年05期,作者系国家能源专家咨询委员会副主任、中国工程院原副院长。

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