電能替代模式及潛力分析

華北電力大學(xué) 張予燮 譚忠富

引言：隨著環(huán)境污染問題的日益嚴(yán)重，能源清潔化消費(fèi)逐漸受到重視。清潔能源風(fēng)能、太陽能源等及二次能源電能具有清潔、高效的特性，利用清潔能源替代傳統(tǒng)化石能源可有效提高能源利用效率、實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。新電改的深入推進(jìn)及能源互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展對(duì)能源轉(zhuǎn)型提出了新要求，實(shí)施電能替代具有重要戰(zhàn)略意義。電能替代是指在能源消費(fèi)側(cè)利用電力能源代替煤、油、氣等常規(guī)終端能源，在能源供給側(cè)利用清潔發(fā)電代替化石能源發(fā)電，以提高電能及清潔發(fā)電的占比。

1.電能替代類別分析

電能替代包括供給側(cè)清潔能源替代及消費(fèi)側(cè)電能替代兩大類別。供給側(cè)清潔能源替代主要以太陽能、風(fēng)能、水能等清潔能源替代化石能源，從地域類型而言，包括區(qū)域內(nèi)清潔替代和跨區(qū)域清潔替代。消費(fèi)側(cè)電能替代是在消費(fèi)終端利用電能替代煤、天熱氣、石油等能源的直接消費(fèi)，主要包括以電代煤、以電代油、以電代氣三種模式。

1.1 能源供給側(cè)清潔替代

在能源供給側(cè)實(shí)施清潔能源對(duì)化石能源的替代，從源頭上解決能源供應(yīng)面臨的資源約束和環(huán)境約束問題，實(shí)現(xiàn)能源可持續(xù)發(fā)展。能源供給側(cè)清潔替代包括區(qū)域內(nèi)替代和跨區(qū)域替代兩種模式，通過利用能源間的互補(bǔ)特性，能減少化石能源消耗、降低棄風(fēng)棄光。

1.1.1 區(qū)域內(nèi)清潔替代

隨著能源革命的推進(jìn)，能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整，清潔能源發(fā)電如風(fēng)電、光伏發(fā)電、生物質(zhì)發(fā)電在電源結(jié)構(gòu)中的比例提升。利用不同能源之間的互補(bǔ)性，在區(qū)域內(nèi)發(fā)展清潔能源發(fā)電，能推進(jìn)能源結(jié)構(gòu)的綠色轉(zhuǎn)型。

風(fēng)電是當(dāng)前發(fā)展較快的清潔能源發(fā)電方式，我國風(fēng)力資源豐富、開發(fā)技術(shù)成熟，因而大力發(fā)展風(fēng)力發(fā)電對(duì)于我國能源戰(zhàn)略具有重要意義。太陽能是分布范圍廣的清潔能源，當(dāng)前分布式光伏是光伏發(fā)電的主要模式。我國電網(wǎng)的運(yùn)行調(diào)度水平不斷提高，清潔能源發(fā)電技術(shù)也逐步成熟，清潔能源裝機(jī)占比提高，因而推進(jìn)區(qū)域內(nèi)清潔能源替代工作，能推動(dòng)能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化調(diào)整，實(shí)現(xiàn)能源的長效持續(xù)發(fā)展。

1.1.2 跨區(qū)域清潔替代

我國主要的化石能源及清潔能源基地均主要集中在西北部地區(qū)，但是電力負(fù)荷消費(fèi)中心集中在東部，資源與負(fù)荷的逆向分布限制了我國強(qiáng)波動(dòng)性的清潔能源的利用率。合理的跨區(qū)域調(diào)度能實(shí)現(xiàn)電力行業(yè)的節(jié)能減排、減少棄能、降低電力投資，通過清潔能源跨區(qū)域外送，實(shí)現(xiàn)跨區(qū)域清潔能源替代，降低外送區(qū)域的化石能源消耗、減少環(huán)境污染。

常見的跨區(qū)域清潔替代模式包括風(fēng)電獨(dú)立外送替代、風(fēng)火打捆外送替代、風(fēng)光火聯(lián)合外送替代、風(fēng)火水聯(lián)合外送替代等?？鐓^(qū)域清潔替代能推動(dòng)清潔電源因地制宜發(fā)展，應(yīng)合理利用市場(chǎng)資源配置的基礎(chǔ)作用，理清清潔替代及電價(jià)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)跨區(qū)域資源合理配置。構(gòu)建政府監(jiān)管下有序的跨區(qū)域清潔替代市場(chǎng)，能提升清潔能源利用能效，能滿足不同區(qū)域用戶的個(gè)性化電力需求。

1.2 能源消費(fèi)側(cè)電能替代

電能是一種重要的終端能源，在能源消費(fèi)側(cè)開展電能替代能提高電能在終端消費(fèi)中的比例，減少化石能源等產(chǎn)生的污染。在能源消費(fèi)終端，電能通過替代煤、天熱氣、石油等化石能源的直接消費(fèi)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，其模式主要包括以電代煤、以電代油、以電代氣，其主要替代方式如表1所示。

（1）以電代煤替代模式

目前以電代煤是實(shí)施效果最好的電能替代模式，替代領(lǐng)域主要為北方冬季采暖、熱水供應(yīng)等。在能源消費(fèi)終端，運(yùn)用電氣設(shè)備替代傳統(tǒng)的煤設(shè)備，能減少煤炭的消費(fèi)，當(dāng)前主要的替代方式為利用電采暖設(shè)備替代燃煤鍋爐以及用電炊具替代燃煤爐灶。不同的電采暖設(shè)備替代時(shí)各具優(yōu)勢(shì)，電暖器可控性高、占用空間小、可利用低谷電加熱，熱泵既可制冷也可制熱、能源效率高，蓄熱式電鍋爐調(diào)節(jié)方便快速、具有削峰填谷的作用。

表1 電能替代的主要模式

（2）以電代油替代模式

以電代油的應(yīng)用以交通運(yùn)輸最為廣泛，同時(shí)在工業(yè)及農(nóng)業(yè)領(lǐng)域也有很強(qiáng)的替代潛力。石油在消費(fèi)終端的使用給環(huán)境造成了壓力，特別是汽車尾氣排放了大量污染，利用電動(dòng)汽車、電窯爐、電泵等對(duì)燃油設(shè)備進(jìn)行替代，具有很強(qiáng)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。目前我國正在大力推廣電動(dòng)汽車的發(fā)展，電動(dòng)汽車具備起步快、零排放、噪聲小、能耗低等優(yōu)勢(shì)，能優(yōu)化城市生態(tài)。

（3）以電代氣替代模式

相較于前兩種模式，由于天然氣產(chǎn)生的污染較少，目前以電代氣實(shí)施范圍有限，但隨著國家能源政策的調(diào)整，未來以電代氣的適用范圍將擴(kuò)大。當(dāng)前以電代氣的領(lǐng)域集中在烹飪、采暖等主要替代方式包括推廣電炊具、電熱水器等電氣設(shè)備。其中，電炊具在居民生活和餐飲業(yè)中的推廣有效提高了廚房電氣化水平，增加了烹飪過程的安全性。

2.電能替代潛力分析

隨著能源革命的推進(jìn)，我國煤、石油、天然氣等化石能源在能源消費(fèi)總量中占比下降，全社會(huì)用電量增長，電能在終端能源消費(fèi)中占比提高。根據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局能源統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，以歷史數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)可預(yù)測(cè)不同替代情景下電能替代的潛力，本文選取以電代煤模式為例分析到2020年全國電能替代潛力。設(shè)定替代率分別為3%，5%，8%，10%，分析全國以電代煤模式的潛力，如表2所示。

則當(dāng)2020年以電代煤替代率為3%時(shí)，可替代煤炭量9355萬噸，可增加售電量約7606億千瓦時(shí)，當(dāng)替代率為10%時(shí)，可替代煤炭量31185萬噸，可增加售電量約25354億千瓦時(shí)。

表2 2020年全國以電代煤替代潛力分析

3.電能替代發(fā)展建議

當(dāng)前電能替代市場(chǎng)潛力巨大，但部分居民對(duì)電能清潔替代方式接受度較低，應(yīng)結(jié)合各地電能替代實(shí)施的典型案例，因地制宜、穩(wěn)步有序地推進(jìn)電能替代項(xiàng)目，更新電能替代項(xiàng)目商業(yè)模式，全面推進(jìn)電能替代模式的實(shí)施。

3.1 完善財(cái)政補(bǔ)貼政策

由于目前電力設(shè)備的初始投資成本高于替代設(shè)備，因此補(bǔ)貼在電能替代推廣中有積極作用，應(yīng)梳理各領(lǐng)域電能替代重點(diǎn)項(xiàng)目，提供合理的購置補(bǔ)貼及電價(jià)補(bǔ)貼，以實(shí)現(xiàn)電能替代的經(jīng)濟(jì)性。在推廣電能替代項(xiàng)目應(yīng)用時(shí)，對(duì)低谷電價(jià)進(jìn)行補(bǔ)貼，刺激用戶使用低谷電力，大力發(fā)展儲(chǔ)能技術(shù)。

3.2 推動(dòng)區(qū)域內(nèi)外電能替代業(yè)務(wù)的協(xié)同

一方面，優(yōu)化發(fā)展清潔能源的就地消納，推進(jìn)能源電力供應(yīng)結(jié)構(gòu)的綠色化。另一方面，實(shí)施合理的跨區(qū)域配置，通過清潔能源跨區(qū)域外送實(shí)施不同區(qū)域間的清潔替代，實(shí)現(xiàn)能源的高效經(jīng)濟(jì)利用。政府應(yīng)合理引導(dǎo)電網(wǎng)企業(yè)聯(lián)合開展區(qū)域內(nèi)外的電能替代業(yè)務(wù)，合理分配參與區(qū)域內(nèi)與跨區(qū)域替代的比例。

3.3 建立健全新能源電力交易機(jī)制

創(chuàng)新價(jià)格及補(bǔ)貼機(jī)制，推廣綠色證書交易，以促進(jìn)風(fēng)能、太陽能的消納，緩解地域及時(shí)段的僵化性，以市場(chǎng)的手段實(shí)現(xiàn)資源最優(yōu)配置。通過新的交易機(jī)制的建立，使清潔能源電力與傳統(tǒng)電力并網(wǎng)銷售，將環(huán)境價(jià)值計(jì)入電力成本，促進(jìn)電力企業(yè)自身的技術(shù)革新，進(jìn)一步推動(dòng)清潔能源電力市場(chǎng)份額的增加。

4.結(jié)論

電能替代在我國能源戰(zhàn)略中具有重要地位，本文分析了電能替代各種替代模式，并選取以電代煤為例對(duì)電能替代的潛力做了分析，在此基礎(chǔ)上對(duì)電能替代未來的發(fā)展方向提出了相關(guān)建議。研究表明各地區(qū)應(yīng)結(jié)合自身實(shí)際逐步發(fā)展電能替代業(yè)務(wù)，且電能替代具備較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益，推廣潛力巨大。