淺談我國電力與能源現(xiàn)狀及解決途徑

武 平 郭 巍 晉春杰 蘇 穎 徐 武

（云南民族大學(xué)電氣信息工程學(xué)院，昆明 650500）

21世紀(jì)初，以煤炭、石油、天然氣為主的化石能源已經(jīng)成為世界能源供應(yīng)的主體，占全球能源消費(fèi)總量的 80%左右[1]，提供了幾乎所有的運(yùn)輸能源和70%的發(fā)電用一次能源。能源的開發(fā)利用促進(jìn)了人類文明的發(fā)展，現(xiàn)代的工業(yè)、農(nóng)業(yè)、服務(wù)業(yè)都需要龐大的能源來支撐。

能源已經(jīng)成為現(xiàn)代社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因素。為了爭奪有限的石油能源，中東地區(qū)在短短幾十年里爆發(fā)了數(shù)次戰(zhàn)爭。伴隨著兩次石油危機(jī)的發(fā)生，廉價(jià)的能源時(shí)代已經(jīng)告終。目前，發(fā)展中國家由于無法從國際市場中獲取廉價(jià)的能源，簡單復(fù)制發(fā)達(dá)國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式是不可行也是不可能的。作為全世界最大的發(fā)展中國家，中國必須依靠創(chuàng)新，推動(dòng)發(fā)展方式轉(zhuǎn)型，走符合自己國情的發(fā)展道路，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

1 中國能源概況

中國能源資源總量較為豐富，但人均占有量和優(yōu)質(zhì)資源相對其他國家較少。自1978年改革開放以來，隨著中國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，能源消費(fèi)量大規(guī)模增長。20世紀(jì) 90年代，從能源出口國變?yōu)榱四茉醇冞M(jìn)口國。目前，能源的可持續(xù)供應(yīng)對中國經(jīng)濟(jì)的約束力強(qiáng)于以往任何時(shí)期，加強(qiáng)國家能源合作，開辟非洲等地能源產(chǎn)地，加快改變國內(nèi)能源供給單一模式是中國經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展必由之路。

1.1 中國能源優(yōu)缺點(diǎn)分析

中國的化石能源主要以煤炭為主，優(yōu)質(zhì)化石能源相對不足。雖然中國油氣田勘探較早，未來產(chǎn)量還有增加的潛力，但總體來看，油氣資源與中國經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需求相比仍有較大差距。由于人口眾多，中國人均化石資源占有量遠(yuǎn)低于世界平均水平，具體數(shù)據(jù)見表1[1]。

表1 2010年世界及中國人均化石資源占有量

值得一提的是，中國可再生能源開發(fā)潛力巨大。目前，水電開發(fā)量為5.4億kW，位居世界第一；生物質(zhì)能年可利用資源量為9億t標(biāo)準(zhǔn)煤[2]；西北地區(qū)風(fēng)能資源豐富；西南、東南地區(qū)水電資源豐富；中國太陽能發(fā)電裝機(jī)容量可達(dá)到34.5億kW。上述數(shù)據(jù)表明，中國新能源的開發(fā)已具有一定規(guī)模，可再生、低污染能源的發(fā)展在未來有著巨大的潛力。

1.2 中國電力生產(chǎn)

自1978年的改革開放歷來，中國發(fā)電裝機(jī)容量和發(fā)電容量保持快速增長，年均增速超過能源生產(chǎn)增速。到2012年底，中國已經(jīng)超過美國成為世界第一電力生產(chǎn)大國。全國電力裝機(jī)達(dá)到11.4億kW。其中水電裝機(jī)達(dá)到 2.49億 kW，位居世界第一[3]。截止2013年底，中國風(fēng)電裝機(jī)總?cè)萘窟_(dá)9萬MW，其中蒙東、吉林和甘肅等地區(qū)的風(fēng)電裝機(jī)容量已經(jīng)超過負(fù)荷的30%，風(fēng)力發(fā)電已成為中國重要的發(fā)電方式[4]，進(jìn)一步發(fā)展風(fēng)電站，是未來中國電力發(fā)展的趨勢。雖然目前新能源發(fā)展形勢迅猛，但是水電、火電是未來中國電力發(fā)展的基礎(chǔ)。

中國的電力生產(chǎn)以火電為主，電力生產(chǎn)結(jié)構(gòu)與發(fā)達(dá)國家存在著較大的差異。目前，世界上發(fā)達(dá)國家的發(fā)電結(jié)構(gòu)中，氣電、核電占有較大比重，而中國以煤電為主。從1980年到2010年，中國的電力生產(chǎn)結(jié)構(gòu)已經(jīng)有了明顯改進(jìn)，分別如圖1、圖2所示。

圖1 1980年中國發(fā)電裝機(jī)結(jié)構(gòu)

圖2 2010年中國發(fā)電裝機(jī)結(jié)構(gòu)

根據(jù)以上由中國電力企業(yè)聯(lián)合協(xié)會(huì)提供的數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，與較發(fā)達(dá)國家相比，中國電力生產(chǎn)結(jié)構(gòu)以水電、煤電為主，清潔能源發(fā)電比重較低。隨著化石能源的不斷枯竭、開采成本不斷提高、國際環(huán)境保護(hù)壓力加大，未來中國電力生產(chǎn)結(jié)構(gòu)中核電、非水可再生資源發(fā)電比重必將進(jìn)一步提升，煤電比重會(huì)有所下降。根據(jù)上述情況分析以及相關(guān)數(shù)據(jù)，預(yù)測2030年中國發(fā)電裝機(jī)結(jié)構(gòu)，如圖3所示。

圖3 2030年中國發(fā)電裝機(jī)結(jié)構(gòu)

1.3 中國能源面臨的重大問題

中國從改革開放以來，在短短的幾十年里，能源事業(yè)的發(fā)展取得了舉世矚目的成就，然而中國能源產(chǎn)業(yè)也面臨著諸多的難題和挑戰(zhàn)?？傮w而言，經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展對能源需求的持續(xù)增長與化石能源的不可再生性的矛盾加??；環(huán)境的約束力日益突出；能源特別是石油能源的對外依賴程度加深，保障能源持續(xù)供應(yīng)壓力越來越大；能源資源與能源需求分布嚴(yán)重不平衡。以下進(jìn)行具體分析。

1）可持續(xù)供應(yīng)的難題

按照我國政府制定的“新三步走”戰(zhàn)略規(guī)劃，2020年要全面建成小康社會(huì)；2050年，基本實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化。未來很長一段時(shí)期，經(jīng)濟(jì)仍保持平穩(wěn)較快增長的速度。換言之，中國未來對能源需求依舊旺盛。表2為國內(nèi)外機(jī)構(gòu)對中國未來能源需求的預(yù)測[5]。

表2 國內(nèi)外機(jī)構(gòu)對中國未來能源的需求預(yù)測（單位：億t）

2）能源投資比重失衡

1978年改革開放以來，我國的電力供應(yīng)大部分時(shí)間處于偏緊狀態(tài)，主要原因在于“重發(fā)輕供”現(xiàn)象嚴(yán)重，換言之就是電力投資長期向生產(chǎn)方面投入大，電網(wǎng)投入小。電網(wǎng)建設(shè)嚴(yán)重滯后，電網(wǎng)作為一種重要的能源運(yùn)輸方式，電網(wǎng)遠(yuǎn)距離輸電能力的不足，客觀上也加大了鐵路運(yùn)輸?shù)膲毫?。形成這樣一種怪相，即“電廠遍地是，停電到處有”。圖4為中國近幾十年里電力投入比重分布[6]。

圖4 中國電源、電網(wǎng)投資占電力投資比重

中國經(jīng)濟(jì)進(jìn)一步發(fā)展，在能源逆向分布越來越明顯的環(huán)境下，必須加強(qiáng)能源運(yùn)輸方面的建設(shè)，配置方式由就地平衡型轉(zhuǎn)向大范圍優(yōu)化配置型，特別是電力在中國終端能源所占比重越來越大的趨勢下，加大電網(wǎng)投入，盡快解決中國長距離輸電能力不足的問題對中國經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展有著重要的意義。在未來，隨著中國經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的地區(qū)對能源的需求會(huì)進(jìn)一步大幅增加，能源生產(chǎn)中心會(huì)隨著能源的深度開發(fā)逐漸西移，能源生產(chǎn)和能源消費(fèi)的逆向分布現(xiàn)象會(huì)進(jìn)一步明顯[7]。未來，中國的能源總體必將呈現(xiàn)“北煤南運(yùn)”、“西氣東輸”、“西電東送”、“北油南運(yùn)”的格局。

2 中國電力能源問題解決途徑分析

電力是一種清潔高效、使用便捷安全、應(yīng)用范圍最為廣泛的二次能源。電力不僅可以方便地通過各種電器轉(zhuǎn)化為聲、光、熱、力及電物理、電化學(xué)作用，而且目前所有的已知一次能源都可以轉(zhuǎn)化為電力。電力可以在導(dǎo)線中以光速傳輸，在分配體系中無限劃分。電力的這些其他能源無法具有的優(yōu)勢，使其成為現(xiàn)代社會(huì)應(yīng)用最為廣泛的能源。解決能源問題的關(guān)鍵在于如何解決電力問題。

2.1 輸電、輸煤共同發(fā)展

我國傳統(tǒng)的能源運(yùn)輸方式主要是輸煤方式，即通過鐵路、海運(yùn)、聯(lián)運(yùn)等方式將煤炭運(yùn)到負(fù)荷中心，然后在負(fù)荷中心的電廠發(fā)電上網(wǎng)。負(fù)荷中心中主要集中在東部地區(qū)。多年來，中東部地區(qū)由于大量的煤炭燃燒，導(dǎo)致酸雨、霧霾等環(huán)境問題愈發(fā)嚴(yán)重。東部地區(qū)的環(huán)境已經(jīng)不允許進(jìn)一步發(fā)展火電廠。

輸電方式則是在煤炭產(chǎn)區(qū)建設(shè)大型火電廠，通過輸特高壓輸電網(wǎng)絡(luò)把電力輸送到負(fù)荷中心。同時(shí)，大型火電廠中的超臨界機(jī)組在技術(shù)層面上環(huán)保，并不比現(xiàn)在天然氣機(jī)組在環(huán)保上做的差，對環(huán)境影響較小。實(shí)現(xiàn)煤電就地轉(zhuǎn)換，可以發(fā)揮西部地區(qū)資源優(yōu)勢，更關(guān)鍵在于輸電比運(yùn)煤對環(huán)境的不利影響小。就輸送成本而言，根據(jù)2011年煤炭價(jià)格水平測算，輸電方式的經(jīng)濟(jì)性要優(yōu)于輸煤方式。圖 5、圖 6分別為兩種能源運(yùn)輸方式示意圖。

圖5 輸電方式

圖6 輸煤方式

近年歷來，隨著煤炭價(jià)格、運(yùn)輸成本走高，同時(shí)電網(wǎng)技術(shù)成熟，電網(wǎng)架構(gòu)和輸送能力大大提升，經(jīng)濟(jì)輸電距離有了很大的提高。綜合考慮安全、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、民生、土地資源等方面，在煤炭富集區(qū)建立大型電廠，大型能源基地逐漸西移和北移，更加遠(yuǎn)離負(fù)荷中心。在很長一段時(shí)期內(nèi)，我國電網(wǎng)的建設(shè)與運(yùn)行，大容量、遠(yuǎn)距離輸電勢在必行[8]。

2.2 大力發(fā)展電動(dòng)汽車

隨著世界范圍內(nèi)資源、能源及環(huán)境問題日益凸顯，電動(dòng)汽車以其較高的能量利用率和環(huán)境友好性逐漸取代傳統(tǒng)能源汽車，帶來整個(gè)行業(yè)的變革[9]。發(fā)展電動(dòng)汽車，實(shí)現(xiàn)“以電代油”的能源消費(fèi)模式，降低石油在終端能源的消費(fèi)比重，減少石油對外依賴，才能保障國家能源安全。

能源供應(yīng)是電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)鏈中的重要環(huán)節(jié)，電動(dòng)汽車的能源供應(yīng)模式有兩種，一種是充電模式，另一種是換電模式。充電模式可以簡單理解為電池沒電了，通過充電樁進(jìn)行充電。換電模式可理解為直接更換電動(dòng)汽車的電池組來達(dá)到為其充電的目的[10]。其中充電方式有3種，即有線充電、無線充電和更換電池方案[11]。

無論那種模式，充換電設(shè)施的建設(shè)都是必要的。由于電動(dòng)汽車的充電負(fù)荷在時(shí)間和空間上的隨機(jī)性，大規(guī)模充電會(huì)出現(xiàn)諧波污染、電網(wǎng)峰谷差加大、電網(wǎng)設(shè)備過載等情況，發(fā)展電動(dòng)汽車的充換電網(wǎng)絡(luò)不只是建設(shè)足夠多的充換電站、充電樁，還必須配套開展配電網(wǎng)升級改造。同時(shí)，充換電網(wǎng)路中的大型集中充電站還可以作為城市的儲(chǔ)能電站和應(yīng)急電源。

2.3 大力推動(dòng)電力進(jìn)口

我國北部接壤的俄羅斯、蒙古、哈薩克斯坦等國家，這些國家擁有著豐富的煤炭資源、風(fēng)能、水資源等發(fā)電資源。特別是俄羅斯，極地風(fēng)能超過55萬億kW·h/年，遠(yuǎn)東地區(qū)水能超過1.1億kW·h/年，煤炭儲(chǔ)量超過1.2萬億t。在上述國家投資建設(shè)火電站、水電站以及風(fēng)電站，每年能夠?yàn)槲覈峁┛捎^的電力能源[12]。

我國南部接壤泰國、緬甸、越南、老撾等國，這些國家擁有著豐富的發(fā)電資源，其中水能資源比較豐富的國家有緬甸、老撾和印度尼西亞；風(fēng)能資源主要集中在菲律賓、越南、印度尼西亞；太陽能資源以菲律賓、泰國、馬來西亞最為豐富[13]。同時(shí)這些國家電力產(chǎn)業(yè)較為落后，電力供應(yīng)總量中進(jìn)口比重較大。在這些國家通過投資建設(shè)大型水電廠、火電廠、新能源電廠來獲取清潔電力能源，對于改善國內(nèi)的能源供應(yīng)結(jié)構(gòu)有著重要的意義。

2.4 電網(wǎng)智能化

從目前發(fā)展階段看，我國和發(fā)達(dá)國家的智能電網(wǎng)發(fā)展都處于同一起跑線上。建設(shè)智能堅(jiān)強(qiáng)的電網(wǎng)，為我國實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)技術(shù)跨越、占領(lǐng)國際電網(wǎng)技術(shù)制高點(diǎn)提供了良好的機(jī)遇。目前，電網(wǎng)智能化的重點(diǎn)在于推進(jìn)電網(wǎng)各個(gè)環(huán)節(jié)的智能化[14]，如圖7所示。

圖7 電網(wǎng)智能化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)

我國智能電網(wǎng)相比其他國家的智能電網(wǎng)發(fā)展的特點(diǎn)在于電源接入環(huán)節(jié)發(fā)展電網(wǎng)適應(yīng)不同類型清潔能源的能力，針對風(fēng)電、太陽能、潮汐能等清潔能源發(fā)電間歇性、不確定性等特點(diǎn)，通過智能電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)不同能源間的互補(bǔ)和調(diào)劑，促進(jìn)清潔能源的高效利用。將分布光伏、風(fēng)力發(fā)電站與智能電網(wǎng)相結(jié)合，以滿足電力需求平衡，是未來我國電力發(fā)展趨勢，同時(shí)也是我國政府大力推廣的。用電環(huán)節(jié)，構(gòu)建用電服務(wù)體系，全面展開雙向互動(dòng)用電服務(wù)，實(shí)現(xiàn)用戶和電網(wǎng)之間實(shí)時(shí)交互相應(yīng)。建設(shè)電動(dòng)汽車智能換電服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)汽車與電網(wǎng)的雙向能量交換，最終有效滿足電動(dòng)汽車等新型電力服務(wù)要求。

3 結(jié)論

作為全球第二大經(jīng)濟(jì)體，我國經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展離不開能源的可持續(xù)供應(yīng)。目前，我國能源狀況并不容樂觀，對外石油依賴逐年上升，環(huán)境保護(hù)對于我國能源發(fā)展的約束力越來越強(qiáng)。在能源結(jié)構(gòu)中，煤炭長期占據(jù)主導(dǎo)地位，電氣化水平不高。能源結(jié)構(gòu)需由高碳型轉(zhuǎn)向低碳型，能源利用必須由粗放型轉(zhuǎn)向節(jié)約型，能源配置需由就地平衡型轉(zhuǎn)向大范圍優(yōu)化配置。加強(qiáng)長距離輸電設(shè)施建設(shè)；大力發(fā)展電動(dòng)汽車以減少尾氣排放；加強(qiáng)與周邊國家的能源合作，大力發(fā)展電力進(jìn)口。這些舉措對于優(yōu)化我國能源結(jié)構(gòu)，節(jié)能減排，緩解環(huán)境壓力，促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展有著重要的意義。

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