時(shí)家林：加速構(gòu)建電為核心的現(xiàn)代能源體系

文 | 時(shí)家林

作者系國(guó)家電力投資集團(tuán)公司黨組副書記

現(xiàn)階段構(gòu)建一個(gè)“電為核心的現(xiàn)代能源體系”，技術(shù)上是可行的，也是有經(jīng)濟(jì)性的。前兩次能源革命都是成倍推高能源成本，而這次能源革命可實(shí)現(xiàn)不推高成本且持續(xù)下降。

人類發(fā)展歷經(jīng)三次能源革命，第一次以蒸汽機(jī)的發(fā)明和應(yīng)用為標(biāo)志，第二次以電的發(fā)明和應(yīng)用為標(biāo)志。前兩次能源革命是以煤炭、石油和天然氣等化石能源為主，第三次則是以風(fēng)光發(fā)電為主的新能源的開發(fā)和應(yīng)用，逐步實(shí)現(xiàn)“非化石能源對(duì)化石能源的替代”。

中國(guó)作為全球最大的化石能源消費(fèi)國(guó)，推動(dòng)第三次能源革命，相比發(fā)達(dá)國(guó)家更具緊迫性和艱巨性。除了生態(tài)環(huán)保和資源瓶頸問題，預(yù)計(jì)2020年我國(guó)原油和天然氣對(duì)外依存度將高達(dá)70%和50%，而且持續(xù)攀升，在復(fù)雜的國(guó)際環(huán)境下，能源安全不容樂觀，實(shí)現(xiàn)自給自足、找出一條替代化石能源的路徑才是根本。

2014年，習(xí)近平總書記就提出了“四個(gè)革命，一個(gè)合作”的能源安全新戰(zhàn)略，為我們加快推進(jìn)能源革命指明了方向，提出了更高要求。要完成這一重大歷史任務(wù)，必須加快構(gòu)建起順應(yīng)能源革命發(fā)展趨勢(shì)、符合我國(guó)發(fā)展階段和能源基本國(guó)情的現(xiàn)代能源體系。

一、第四次工業(yè)革命為第三次能源革命創(chuàng)造了條件

當(dāng)前,以新能源、智能化、新材料、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)為主要驅(qū)動(dòng)力的第四次工業(yè)革命正席卷全球,并加速推進(jìn)第三次能源革命。新能源、智能電網(wǎng)，儲(chǔ)能、儲(chǔ)熱、儲(chǔ)冷，以及電動(dòng)車與氫能產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，傳統(tǒng)能源生產(chǎn)和消費(fèi)方式將發(fā)生革命性變化，加速非化石能源對(duì)化石能源的替代。

1.風(fēng)光電為主的新能源量足價(jià)低，是替代煤油氣的最佳“一次能源”

我國(guó)風(fēng)光資源豐富，內(nèi)蒙、青海等西北地區(qū)開發(fā)六十分之一，即可滿足全國(guó)當(dāng)前全部能源需求。以青海柴達(dá)木盆地為例，26萬(wàn)平方公里的戈壁灘，光伏理論裝機(jī)高達(dá)100億千瓦。新能源綜合價(jià)格從10年前的1元/千瓦時(shí)降到了現(xiàn)在的0.3元/千瓦時(shí)左右，而且還在下降。

2019年我國(guó)新能源裝機(jī)突破4億千瓦，位居世界第一。目前，由國(guó)家電投為主實(shí)施的全球首個(gè)最大平價(jià)風(fēng)電項(xiàng)目——內(nèi)蒙古烏蘭察布600萬(wàn)千瓦風(fēng)電送京津冀項(xiàng)目，世界首條100%清潔能源特高壓配套工程——青海海南州千萬(wàn)千瓦級(jí)風(fēng)光水多能互補(bǔ)送河南項(xiàng)目開工建設(shè)，上網(wǎng)價(jià)格均低至火電水平。實(shí)踐證明，大規(guī)模開發(fā)西北地區(qū)新能源，通過特高壓輸送到東部地區(qū)，技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性都是可行的。

電是最清潔、最便利的能源利用方式。相比化石能源高溫高壓、熱能、動(dòng)能、電能的轉(zhuǎn)化過程，新能源可實(shí)現(xiàn)風(fēng)光能在常溫常壓下向電能的直接轉(zhuǎn)換，過程簡(jiǎn)單、無(wú)碳，具有較好的經(jīng)濟(jì)性。因此風(fēng)光電為主的新能源是替代煤油氣的最佳“一次能源”，將成為第三次能源革命的主角。

2.新技術(shù)的發(fā)展，使“風(fēng)光電為主的新能源替代煤油氣為主的化石能源”的條件越來(lái)越成熟

谷電制氫。當(dāng)前燃料電池及電解制氫技術(shù)快速發(fā)展，主要設(shè)備和材料逐步國(guó)產(chǎn)化，成本快速下降。隨著大規(guī)模采用新能源制氫，預(yù)計(jì)2025年氫能車成本將低于燃油車。目前，國(guó)家電投自主研制的首臺(tái)燃料電池大巴正式下線，全球規(guī)模最大的電解水制氫項(xiàng)目在北京延慶啟動(dòng)，項(xiàng)目采用“2毛錢谷電制氫”，氫能車運(yùn)行成本基本與燃油車相當(dāng)。如實(shí)現(xiàn)北京市“公交、物流重卡全部氫能化”，預(yù)計(jì)可減少北京市三分之一的燃油消耗，將為我國(guó)規(guī)模化制氫，以及利用氫能調(diào)峰儲(chǔ)能，以氫代油探索出新模式。

谷電供熱、供冷。10千瓦時(shí)電能產(chǎn)生的熱值與1立方天然氣熱值相當(dāng)，以北京為例，一個(gè)冬季電制熱耗電100千瓦時(shí)/平米，采用低谷電制熱、儲(chǔ)存再利用，熱力成本約25元/平米，與天然氣相當(dāng)。如北京市8.7億平方米供熱全部電能替代，可替代全市接近二分之一的天然氣消耗，增加電量870億千瓦時(shí)，相當(dāng)于2019年全市用電量的80%。如采用熱泵技術(shù)，比電制熱效率還可以提高3-5倍。國(guó)家電投正在昌平寶之谷園區(qū)開展低谷電替代天然氣供熱、供冷試點(diǎn)，成本下降達(dá)20%，對(duì)我國(guó)構(gòu)建消費(fèi)側(cè)儲(chǔ)能模式具有示范意義。

電動(dòng)車儲(chǔ)能發(fā)電。電動(dòng)車的運(yùn)行成本已經(jīng)大幅低于燃油車，未來(lái)將是一個(gè)海量的儲(chǔ)能系統(tǒng)，可以低谷充電、高峰向電網(wǎng)售電。預(yù)計(jì)2030年，我國(guó)電動(dòng)車保有量或超1億輛，可達(dá)50億千瓦時(shí)的儲(chǔ)能規(guī)模，相當(dāng)于北京市15天的電量消耗，將對(duì)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)和能源體系帶來(lái)深刻的變化。

正在開展的液流電池、鋰電池等化學(xué)儲(chǔ)能的研發(fā)和升級(jí)，一旦經(jīng)濟(jì)性突破，發(fā)電、電網(wǎng)及用戶側(cè)均可利用。智能化、互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等新技術(shù)的出現(xiàn)，將融通電力網(wǎng)、熱力網(wǎng)、交通網(wǎng)，形成能源互聯(lián)網(wǎng)，助力新能源、儲(chǔ)能、儲(chǔ)熱/冷、氫能、電動(dòng)車等新產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，提升能源配置效率，實(shí)現(xiàn)能源體系從量變到質(zhì)變。

二、構(gòu)建電為核心的能源體系，實(shí)現(xiàn)“代油代氣代煤”

現(xiàn)階段我國(guó)一年的能源消費(fèi)總量約35億噸標(biāo)煤（扣除原料用煤后），一次能源消耗煤炭17億噸，石油6億噸，天然氣2800億立方米。折合成電能約12萬(wàn)億千瓦時(shí)，其中電力消耗7萬(wàn)億千瓦時(shí)，石油折算約3萬(wàn)億千瓦時(shí)，天然氣及散煤折算約2萬(wàn)億千瓦時(shí)。

要實(shí)現(xiàn)風(fēng)光電為主的非化石能源替代煤油氣為主的化石能源，必須滿足兩大條件，一是風(fēng)光電為主的新能源充裕且有經(jīng)濟(jì)性；二是解決新能源的不穩(wěn)定性問題。目前，通過在西北部風(fēng)光資源富集地區(qū)大規(guī)模開發(fā)新能源送至東部地區(qū)，與化石能源相比有經(jīng)濟(jì)性。下一步，關(guān)鍵要解決新能源不穩(wěn)定的問題，加速非化石能源對(duì)化石能源的替代。

傳統(tǒng)電力系統(tǒng)是“發(fā)輸用”同時(shí)完成，發(fā)電規(guī)模按照最大負(fù)荷來(lái)配置，發(fā)電側(cè)隨著用電需求的變化而調(diào)節(jié)，有多少需要就發(fā)多少電；且為滿足安全運(yùn)行，需要預(yù)留較大的備用容量，導(dǎo)致目前電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率較低，不超過50%。

新能源的不穩(wěn)定，源于其出力只能隨天氣和季節(jié)引起的風(fēng)、光大小而定，不能隨負(fù)荷大小來(lái)變化，與現(xiàn)有的電力系統(tǒng)特性相悖。要解決這個(gè)問題，不是單一技術(shù)突破就可以解決的。要對(duì)現(xiàn)有的電力系統(tǒng)進(jìn)行變革，由“發(fā)輸用”同時(shí)完成的傳統(tǒng)模式，轉(zhuǎn)變?yōu)椤鞍l(fā)輸儲(chǔ)用”的全新電力系統(tǒng)，系統(tǒng)的負(fù)荷大小可以隨著發(fā)電側(cè)新能源的出力而調(diào)整。

新型“發(fā)輸儲(chǔ)用”電力系統(tǒng)中，電制氫，電制熱/冷、電動(dòng)車充放電，不僅是替代煤油氣為主化石能源的過程，更重要的是起到儲(chǔ)能和系統(tǒng)負(fù)荷調(diào)節(jié)的功能。當(dāng)電力系統(tǒng)處于低谷階段或風(fēng)光等新能源充裕時(shí)，啟動(dòng)上述“儲(chǔ)能”負(fù)荷，當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷處于高峰時(shí)段或風(fēng)光等新能源出力較低時(shí)，暫停這部分負(fù)荷。從代油、代氣、代煤的電量看，系統(tǒng)可以滿足調(diào)節(jié)需求，這樣完全改變了現(xiàn)有電力系統(tǒng)“即用即發(fā)”的特性，可以適應(yīng)風(fēng)光等新能源的出力特點(diǎn)，徹底解決其間歇性、不穩(wěn)定的問題，同時(shí)上述模式的“儲(chǔ)能”使得電力系統(tǒng)更加安全，備用容量大幅減少，系統(tǒng)效率大幅提升，持續(xù)增加電力在終端消費(fèi)的比重，促進(jìn)風(fēng)光電為主的非化石能源消納。這個(gè)過程將分兩步走：

第一步，推動(dòng)消費(fèi)側(cè)儲(chǔ)能，提高現(xiàn)有電力系統(tǒng)效率，實(shí)現(xiàn)電能代油代氣。目前，我國(guó)電力裝機(jī)20億千瓦，日間最大負(fù)荷約12億千瓦，夜間最低負(fù)荷僅有6億千瓦，電力系統(tǒng)整體效率只有50%。如果把氫、熱、冷組織在電網(wǎng)低谷時(shí)段生產(chǎn)，可大大提高電力系統(tǒng)效率。當(dāng)效率從50%提高到80%時(shí)，相當(dāng)于可以增發(fā)4萬(wàn)億千瓦時(shí)電能，可以通過挖掘存量潛力、不改變現(xiàn)有電力系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)油氣化石能源的替代。這樣既完成了電能向不同能源形態(tài)的轉(zhuǎn)換和儲(chǔ)存，實(shí)現(xiàn)了電能的“時(shí)間轉(zhuǎn)移”，也大幅提高了電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率和新能源的消納比例。另外，氫能車、電動(dòng)車也可以在負(fù)荷高峰時(shí)段或電網(wǎng)特殊需要時(shí)，向電網(wǎng)發(fā)電，可以發(fā)揮調(diào)峰等作用。

第二步，代油、代氣、代煤同步推進(jìn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)化石能源的全面替代。隨著儲(chǔ)能技術(shù)的進(jìn)步，在上述制氫、制熱/冷等儲(chǔ)能實(shí)施代油代氣的基礎(chǔ)上，一旦成本問題解決，化學(xué)儲(chǔ)能將會(huì)大規(guī)模部署在電力系統(tǒng)，并完全實(shí)現(xiàn)對(duì)化石能源的替代。

三、有關(guān)建議

風(fēng)光為主的非化石能源替代化石能源，不是一蹴而就的，是一個(gè)巨大的系統(tǒng)性工程，不僅需要技術(shù)的進(jìn)步，也需要商業(yè)模式的創(chuàng)新和政策的扶持。

一是進(jìn)一步拉大峰谷電價(jià)差。現(xiàn)階段電制氫、制熱/冷等代油代氣，尚處于替代的“臨界點(diǎn)”。當(dāng)電價(jià)在0.2-0.3元/千瓦時(shí)內(nèi)，電能替代油氣才有經(jīng)濟(jì)性。建議完善峰谷電價(jià)政策，尤其是降低低谷電價(jià)，鼓勵(lì)和支持谷電、新能源制氫、制熱、制冷、充電等商業(yè)模式；出臺(tái)政策，推動(dòng)儲(chǔ)電、儲(chǔ)氫、儲(chǔ)熱、儲(chǔ)冷等配套產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

二是鼓勵(lì)技術(shù)創(chuàng)新和商業(yè)模式創(chuàng)新。這是一次龐大的能源體系變革，不僅需要新能源、儲(chǔ)能、氫能、特高壓等能源自身技術(shù)的進(jìn)步，還需要能夠支撐新型能源體系的其他技術(shù)創(chuàng)新，比如智慧控制技術(shù)、區(qū)塊鏈技術(shù)等。同時(shí)，還要?jiǎng)?chuàng)新商業(yè)模式，優(yōu)化電動(dòng)車分時(shí)充放電，提高充電樁布局密度，布局更多加氫站等，充分利用現(xiàn)有的電力系統(tǒng)挖掘潛力，減少投資，提高效率，推動(dòng)新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

三是加大西部新能源的開發(fā)及政策支持力度。建議加快西部大規(guī)模風(fēng)光等新能源基地開發(fā)及特高壓通道建設(shè)，充分開發(fā)利用我國(guó)獨(dú)特的資源稟賦和優(yōu)勢(shì)，統(tǒng)一規(guī)劃，統(tǒng)一實(shí)施，把西、北部的高原、荒漠變成“新能源電氣田”，替代傳統(tǒng)的“油田、氣田、煤田”，把新能源產(chǎn)業(yè)打造成我國(guó)保增長(zhǎng)、擴(kuò)內(nèi)需，轉(zhuǎn)型發(fā)展的新的增長(zhǎng)極。

四是打造“電為核心能源體系”三個(gè)區(qū)域示范。鼓勵(lì)和復(fù)制北京寶之谷、延慶冬奧“谷電供熱/冷，谷電制氫”的商業(yè)模式，推廣化石能源替代示范。1.打造北京存量替代規(guī)?；痉丁?030年前，完成全部公交、物流交通，部分乘用車的電能、氫能替代，以及1億平方米采暖的清潔供暖改造，北京可在2030年領(lǐng)先全國(guó)實(shí)現(xiàn)減碳50%的戰(zhàn)略目標(biāo)。2.打造雄安新區(qū)零碳示范。雄安是新時(shí)代社會(huì)主義現(xiàn)代化城市的樣板，要按照100%利用可再生能源、綠色交通、能源互聯(lián)網(wǎng)+智慧能源的模式進(jìn)行規(guī)劃建設(shè)，把雄安打造成我國(guó)第一個(gè)100%淘汰化石能源的城市，全球第一個(gè)100%實(shí)現(xiàn)零碳排放的城市。3.打造山東能源新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換示范省。山東是化石能源消耗的第一大省，結(jié)合山東的區(qū)位優(yōu)勢(shì)和膠東半島三大核電基地的開發(fā)，走出一條“清潔外電入魯，核電開發(fā)，清潔供電、供暖，海水淡化”的新路子，加速能源結(jié)構(gòu)調(diào)整，為全國(guó)能源高質(zhì)量發(fā)展作出示范。

現(xiàn)階段構(gòu)建這樣一個(gè)“電為核心的現(xiàn)代能源體系”，技術(shù)上是可行的，也是有經(jīng)濟(jì)性的。前兩次能源革命都是成倍推高能源成本，而這次能源革命可實(shí)現(xiàn)不推高成本且持續(xù)下降。

我國(guó)具有資源優(yōu)勢(shì)、市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)，特別是“集中力量辦大事”的體制優(yōu)勢(shì)，也有環(huán)境保護(hù)、能源安全的緊迫壓力。在以習(xí)近平同志為核心的黨中央領(lǐng)導(dǎo)下，我們要發(fā)揮中國(guó)人的創(chuàng)新力和資源整合力，一定能引領(lǐng)第三次能源革命的進(jìn)程，加速構(gòu)建“電為核心的現(xiàn)代能源體系”，加速對(duì)化石能源的全面替代，實(shí)現(xiàn)國(guó)家能源自足、能源安全，為全球應(yīng)對(duì)氣候變化和人類文明進(jìn)步做出更大貢獻(xiàn)。