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您的位置:中國核電信息網 > 專家點評 > 杜祥琬:城市引領推動中國能源轉型
 

自1980年以來,我國能源強度已下降80%,能效提高約5倍。經濟社會發展進入新階段,能源發展也進入新階段。

城市能源利用水平是城市發展和社會進步的重要標志。我國城市人口眾多,能耗較大,也因此成為能源轉型的主戰場。目前我國城市能源轉型已具備良好的物質基礎,但能源的供應、環境與管理面臨著嚴峻挑戰。

提升東部能源自給率具備可行性

目前我國城鎮化率超過50%,但城市能源消耗占比超過80%,城市用能亟待變革。一直以來,東部能源、城市能源發展踐行著“電從遠方來”的思路。東部是我國能源的主要消耗區,而西部和北部是能源的富集區。過去我國東部能源供應主要靠西部來解決,西電東送,北煤南運是長期國情。但在能源技術日益提升、能源轉型不斷推進的新形勢下,應加大開發東部自身能源。目前,東部自給能源比例較低,但實際上東部自給能源可開發潛力是很大的。

高比例的能源自給靠什么?一方面靠節能提效,另一方面要發展中東部的電源。發展本地電源,使中東部既是電力的消費區,又是電力的生產區,并以電源的新形態發展助推電網新格局;西部發展經濟,即發展本地負荷,使得東西部用能都可從身邊來,以此緩解發展的不平衡、不充分,逐步改變東部地區以外來電為主,外來電以煤電為主,自發電用煤也基本來自北煤南運的局面。

中東部新增電力高比例自給有沒有可行性?可以從資源、技術、經濟三個方面的數據來看。

從資源情況來看。中東部的能源資源應考慮低風速區域資源的潛力,中東部陸上風能資源技術可開發量是8.96億千瓦。陸上再加上海上風電可開發資源合計約11億千瓦。水深在5~25米范圍內的海上風電技術可開發量可以達到2.1億千瓦。集中式光伏電站可開發潛力是3.58億千瓦,分布式光伏裝機潛力是5.31億千瓦,包含光伏建筑一體化在內,共計近9億千瓦。

中東部房屋建筑面積大約是10萬平方千米,如果2050年中東部總用電量的1/4可由光伏產生,所需要的安裝面積大約是中東部現有房屋面積的1/4。中東部目前已開發的風和光占了可開發資源量的百分之幾?從目前的數據來看小于1/10,也就是說還有9/10以上的風光沒有開發,可再生能源開發潛力巨大。

東部各省是節能提效的先行區,是用電用能最多的地區,也是經濟、技術較為先進的地區,具有節能提效的條件。中國核能以及海上風電在東部沿海地區同樣是優先發展區,此外,東部天然氣含非常規天然氣以及LNG,進口的接受區也在東部,再加上分布式光伏、生物質能、固體廢棄物的資源利用以及地熱、工業余熱和一部分水電,以上資源加起來,中國東部可開發的能源資源不少。

從技術可行性上來看,光伏和風能等可再生能源技術可行性已經基本解決,這幾年技術也在不斷進步。但光和風具有間歇性,規模化利用要與儲能相結合,而儲能技術在近年來亦有明顯進步,成本降低很快。現在東部地區還有不少火電,還要繼續發揮好火電的作用,包括煤電的清潔、高效利用。與此同時,火電靈活性改造以及調峰技術可促進風電和光伏消納,火電既能起到主體電源的作用,又具有調節電源的地位,而后者還將繼續強化。再加上網絡和信息技術、智能化技術、大數據、云計算等新興技術的迅猛發展,以及東部在科技、人才方面的優勢,這些都為東部地區發展可再生能源提供了技術基礎。

舉個例子,浙江嘉興有核電,有光伏,又有風電,還開發了信息平臺支撐能源系統整合,其能源結構中非化石能源占比較高。能源技術的進步支撐了東部可再生能源的利用,如果東部要把自己的風能、太陽能利用好,一定要與儲能相配合。儲能具有多種用途,除了平抑風光的間歇性、波動性、隨機性以外,還可以利用峰谷電價差進行調峰,在微網以及電動汽車等方面的應用大有前景。目前抽水蓄能是儲能領域里最為成熟的類型,化學儲能的創新發展在近年來也非常活躍,儲能成本逐步下降。

另外,東部地區的分布式光伏也已經開始提速發展,太陽能汽車、薄膜太陽能建筑一體化,即BIPV開始得到應用,用戶發電系統以及便攜式設備也在發展之中。

在這種情況下,中國東部電網格局應該考慮這樣一個方向,即集中式智能化電網+分布式發電為基礎的微網網絡,二者可雙向互動,后者也可獨立運行。分布式如果發展起來,那么東部不僅是電力的消費者,同時也可成為電力的生產者。中國東部應成為能源的產銷者,如果這個觀念能在業內達成共識、受到認可,那么對于我國整個東部的能源體系設計、發展戰略都將是一個重要的轉變。

目前,浙江長興正在發展虛擬電廠。虛擬電廠起源于配電網中分布式能源的大規模應用。分布式能源具有間歇性,通過儲能裝置把它們組織起來,形成可控的、類似電廠的組織,可處理好與大電網的關系,虛擬電廠是“源、網、荷、儲、售、服”一體化的智能大管家。目前長興的分布式能源正在發展之中,加上長興化學儲能電池也比較發達,通過儲能裝置把分布式能源組織起來,可以有效降低分布式電源對大電網的干擾。

從經濟可行性來說,高成本曾經是制約可再生能源的發展因素之一,但是這些年可再生能源發電成本下降很快,1980~2013年風電成本下降了90%,2020年上網電價將與煤電成本相當。2010~2017年國際上光伏發電成本從0.36美元/千瓦時已經降到0.1美元/千瓦時,下降幅度73%,且還在進一步下降中,可以說風光發電成本已進入化石燃料電站的成本區間,海上風電和光熱發電成本仍偏高。

   實現經濟—環境雙贏發展

從全球能源投資來看,從煤炭逐步轉向可再生能源已經是明顯的趨勢,2017年全球可再生能源投資超出其他能源兩倍以上,這是能源發展的一個明顯的風向標。

中國東部能源供應依靠西電東送、北煤南運是有歷史原因的,但這并不妨礙新時期下能源轉型的步伐。比照德國和日本的發展來看,德國風能和太陽能從資源分布和資源密度來看,中國東部并不比德國差,德國也沒有外送電力可依靠。日本更是資源極為有限,既沒有西電可以東送,也沒有北煤可以南運。德國規劃到2025年40%~45%電力來自可再生能源,2035年55%~60%的電力來自可再生能源。目前德國每平方千米平均裝機風電約150千瓦,而我國東南省份風電裝機平均值約20千瓦。同樣的資源條件和資源密度,我國東南部的平均裝機比德國少了七八倍,這也說明我國東南部的可再生能源還有很大的發展潛力。日本出臺了能源革新戰略,提出四個化:多元化、脫炭化、分散化、數字化。要做到四化,靠的就是虛擬電廠加上“負瓦特”,所謂負瓦特就是節能。而美國太陽能供電,家庭自發電已經達到1000萬戶,有些州政府很積極地給予補貼。

反觀我國東部,嘉興和湖州都是浙江的地級市。湖州因為10萬屋頂光伏的行動,現在煤電占電力比例是37%,而嘉興風光核電力已經占到62.5%。這兩個地級市在資源上并沒有特別的優越之處,從這兩個案例可以看出江蘇、浙江、山東等省份都應該能夠做到能源高比例自給。

上海、蘇州的能源負荷密度較高,必須有一部分區外來電保障供應,這點要實事求是地承認。自產自用的可再生能源也已經啟動了,他們也可以有一定比例的自產自用。但自產低碳能源潛力有多少?每個地方都不一樣。比如蘇州,每萬元GDP能源量是0.56噸標煤,北京是0.28噸標煤,上海位于二者之間。蘇州是一個高度工業化的城市,也是結構偏重的一個工業城市。因此蘇州和上海還是需要相當的外來電。但不要因為中國有西電可以東送,北煤可以南運,就可以安心依靠能源從遠方來。隨著中國東部電的發展,西電東送的增量會不會出現拐點?我們是不是一定要依靠不斷增加西電東送、北煤南運來保障能源供應呢?若想要減輕西電東送的壓力,北煤南運的壓力,發展東部電源,提升能源自給率是勢在必行的。

電從身邊來的東部能源發展思路符合電力轉型和能源革命的方向,因為這更有利于電力發展平衡充分,有利于電力系統的經濟性、安全性、靈活性,也符合綠色、低碳、高效、安全、智慧的方向。

總結來說,未來我國能源發展模式是東部帶頭、城市帶頭,推進我國能源轉型,抓住新常態和新機遇,實現經濟-環境雙贏和健康、可持續發展。

(本文系杜祥琬院士4月26日于“泛在電力物聯網”新業態發展研討會發言整理,經本人審閱同意發表)

本文刊載于《中國電力企業管理》2019年05期,作者系國家能源專家咨詢委員會副主任、中國工程院原副院長。

 
 
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