從得州電力危機(jī)看我國(guó)“十四五”電力供應(yīng)

按照當(dāng)前的電力需求增速，若不增加煤電裝機(jī)，“十四五”末期我國(guó)用電負(fù)荷缺口或?qū)⒊^(guò)1億千瓦。

2021年2月中旬，美國(guó)遭遇大寒潮，部分州拉閘限電，其中，得克薩斯州最為嚴(yán)重：用戶側(cè)取暖負(fù)荷暴增；油氣井和管道冰封，導(dǎo)致燃?xì)鈾C(jī)組缺乏燃料、停機(jī)，部分風(fēng)機(jī)凝凍，發(fā)電側(cè)大量裝機(jī)無(wú)法保證出力。得州大范圍、長(zhǎng)時(shí)間的輪流停電，伴生電價(jià)飆漲，嚴(yán)重影響民生和經(jīng)濟(jì)。

不久前，由于冰凍等氣候問(wèn)題，我國(guó)湖南、江西等地也出現(xiàn)過(guò)短暫的電力供應(yīng)缺口，一時(shí)間拉閘限電引起各方關(guān)注。本文將結(jié)合“十三五”期間我國(guó)電力運(yùn)行特點(diǎn)，當(dāng)前電源建設(shè)及“十四五”供需預(yù)測(cè)，展望未來(lái)五年我國(guó)電力電量供需狀況。

從未來(lái)五年新增發(fā)電量供應(yīng)計(jì)算，如果“十四五”期間年均用電負(fù)荷增速為5%，那么2025年我國(guó)將有超過(guò)1億千瓦的電力負(fù)荷缺口。毫無(wú)疑問(wèn)，得州電力危機(jī)為我國(guó)電力供應(yīng)提供了一個(gè)重要警示。如何避免我國(guó)未來(lái)出現(xiàn)電力短缺，提前做出決策應(yīng)是當(dāng)務(wù)之急。

“十三五”電力行業(yè)發(fā)展特點(diǎn)

煤電發(fā)電小時(shí)低迷和缺電并存。2020年我國(guó)電力供需整體平衡，東北、西北略有富余；迎峰度夏時(shí)，因華東、華北氣溫偏低，僅四川、湖南等少數(shù)電網(wǎng)有序用電；12月寒潮，湖南、江西缺電，大規(guī)模拉閘限電，浙江因?yàn)槿鄙侪h(huán)保指標(biāo)而限電。

2020年，湖南煤電利用小時(shí)為3516小時(shí)，四川僅2975小時(shí)；煤電小時(shí)低迷的同時(shí)，湖南寒潮時(shí)大規(guī)模拉閘限電，四川迎峰度夏時(shí)有序用電。

煤電小時(shí)結(jié)構(gòu)性下行，被誤認(rèn)為電力過(guò)剩。電力供給過(guò)剩會(huì)導(dǎo)致煤電小時(shí)下行。傳統(tǒng)的判斷認(rèn)為：以煤電利用小時(shí)為指針，煤電5000小時(shí)是供需平衡，4500小時(shí)是寬松，低于4000小時(shí)是過(guò)剩。

除了供給過(guò)剩外，發(fā)用電結(jié)構(gòu)變化也能驅(qū)動(dòng)煤電小時(shí)下行：用電側(cè)，工業(yè)用電負(fù)荷較平緩；三產(chǎn)和生活用電負(fù)荷波化，需要煤電頻繁調(diào)峰，以保證電力系統(tǒng)的瞬時(shí)平衡，表現(xiàn)為煤電小時(shí)的下行。

“十三五”期間，發(fā)用電結(jié)構(gòu)變化導(dǎo)致的煤電小時(shí)下行，被誤認(rèn)為是供給過(guò)剩，延誤了增量電源的投資決策和建設(shè)。

另一方面，冬夏雙峰并峙也是我國(guó)電力行業(yè)發(fā)展的特點(diǎn)之一。受2021年初的寒潮天氣等因素影響，1月7日國(guó)家電網(wǎng)經(jīng)營(yíng)區(qū)最高負(fù)荷達(dá)到9.60億千瓦，創(chuàng)歷史新高，11個(gè)省級(jí)電網(wǎng)負(fù)荷創(chuàng)歷史新高。11日晚間，南方電網(wǎng)統(tǒng)調(diào)最高負(fù)荷錄得1.97億千瓦的峰值，南網(wǎng)首次連續(xù)五日出現(xiàn)冬季日用電負(fù)荷與夏季高峰時(shí)段相當(dāng)?shù)木置妗?/p>

夏季峰值大多出現(xiàn)在下午，冬季負(fù)荷峰值大都出現(xiàn)在晚上。迎峰度冬的難度大于迎峰度夏：冬季是枯水期，水電出力下降；南方濕度大，風(fēng)機(jī)可能凝凍；晚高峰時(shí)，太陽(yáng)已下山，光伏無(wú)法出力。且多省市同一時(shí)段出現(xiàn)負(fù)荷峰值，難以余缺互濟(jì)。

“十四五”新增發(fā)用電量

“十二五”期間，我國(guó)用電量增長(zhǎng)14934億千瓦時(shí)，年均用電量增速6.3%；“十三五”期間，用電量增長(zhǎng)18177億千瓦時(shí)，年均用電量增速5.7%。2020年受疫情影響，用電量增速僅3.1%。

我國(guó)東北和俄羅斯、西南和緬甸越南有電力交互，但數(shù)值較小，本文按我國(guó)電力自發(fā)自用計(jì)，忽略發(fā)、用電之間的差額。例如，2020年我國(guó)發(fā)電量76236億千瓦時(shí)，用電量75110億千瓦時(shí)，差額僅為發(fā)電量的1.48%。

假設(shè)“十四五”用電量增速放緩至4%-5%，對(duì)應(yīng)的用電增量16273-20752萬(wàn)億千瓦時(shí)。而我國(guó)新增的發(fā)電量供應(yīng)將來(lái)自于以下幾個(gè)方面：

表1：2021年1月部分省市的冬季峰值，（單位：萬(wàn)千瓦）

圖1 我國(guó)用電量及增速2010-2020，（單位：億千瓦時(shí)）

1.新增水電、抽蓄

常規(guī)水電、抽水蓄能電站的建設(shè)工期超過(guò)5 年，只有在建項(xiàng)目和少數(shù)水電擴(kuò)容項(xiàng)目，來(lái)得及在“十四五”投產(chǎn)。

根據(jù)2019年的不完全統(tǒng)計(jì)，存量在建的水電約5000萬(wàn)千瓦，可新增電量約2000億千瓦時(shí)（豐水季可新增電力約4000萬(wàn)千瓦，枯水期新增電力約3000萬(wàn)千瓦）。需要注意的是，在建水電的統(tǒng)計(jì)，或有500-1000萬(wàn)千瓦（200-400億千瓦時(shí)）量級(jí)的誤差，對(duì)全國(guó)的電力電量供需格局影響甚微。

抽蓄在建項(xiàng)目裝機(jī)合計(jì)4125萬(wàn)千瓦，分別為：河北易縣、豐寧一期二期、撫寧，蒙東芝瑞，遼寧清原，吉林敦化、蛟河，黑龍江荒溝，江蘇句容，浙江長(zhǎng)龍山、寧海、縉云、衢江，安徽金寨，福建永泰、周寧、廈門，山東沂蒙、文登、濰坊，河南天池、洛寧，湖南平江，廣東梅州一期、陽(yáng)江一期，重慶蟠龍，陜西鎮(zhèn)安，新疆阜康、天山。抽蓄建設(shè)期6-7年，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，本文假設(shè)所有在建抽蓄可在“十四五”期間全部投產(chǎn)，可增加電力供應(yīng)，為簡(jiǎn)化計(jì)算，不考慮抽蓄的發(fā)電量。

表2 “十四五”用電增量，（單位：億千瓦時(shí)）

表3 “十四五”新增風(fēng)光

2.新增核電

核電建設(shè)期5年，和水電相似，只有在建的15臺(tái)機(jī)組（1545萬(wàn)千瓦），來(lái)得及在“十四五”投產(chǎn)，分別為：紅沿河5#6#，石島灣，田灣6#，三澳1#，福清5#6#，霞浦1#2#，漳州1#2#，惠州1#2#，防城港3#4#。上述機(jī)組投產(chǎn)后，設(shè)備利用按7500小時(shí)計(jì)，可新增電量供應(yīng)約1160億千瓦時(shí)。

3.新增氣電

氣電電價(jià)高、由地方疏導(dǎo)電價(jià)，僅沿海的富裕省市，有能力和意愿支撐較大規(guī)模的氣電。大約85%的氣電裝機(jī)，集中在廣東、江蘇、浙江、北京、上海、福建、天津七個(gè)沿海省市。預(yù)計(jì)增量氣電，也將分布在沿海省市。

天然氣用于城市燃?xì)?、車船用氣、工業(yè)燃料原料、電力等領(lǐng)域。我國(guó)的天然氣供應(yīng)增量約200-300億方/年，按25%供應(yīng)增量用于發(fā)電估算，五年可新增電量約1250-1900億千瓦時(shí)。本文按氣電新增5000萬(wàn)千瓦裝機(jī)，1500億千瓦時(shí)電量進(jìn)行估算。

4.新增風(fēng)電光伏

2020年12月的聯(lián)合國(guó)氣候雄心峰會(huì)上，習(xí)近平主席承諾，2030年我國(guó)風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電總裝機(jī)容量將達(dá)到12億千瓦以上。本文樂(lè)觀考慮，假設(shè)2025年風(fēng)光裝機(jī)已達(dá)到12億千瓦，風(fēng)光各半，則“十四五”風(fēng)電新增31847萬(wàn)千瓦，光伏新增34657萬(wàn)千瓦。風(fēng)、光發(fā)電小時(shí)分別按2000、1300小時(shí)計(jì)，新增電量分別為：6369、4505億千瓦時(shí)，合計(jì)10874億千瓦時(shí)。

表4 各電源（不含煤電）“十四五”電量增量預(yù)估

5.各電源（不含煤電）新增合計(jì)

“十四五”期間，水電、抽蓄、核電的裝機(jī)增量相對(duì)確定，氣電裝機(jī)增量有限，樂(lè)觀估計(jì)風(fēng)光新增裝機(jī)，垃圾發(fā)電、生物質(zhì)發(fā)電、余熱余壓余氣發(fā)電存量和增量體量均較小，為簡(jiǎn)化計(jì)算，本文暫不考慮。除煤電外，各種電源的新增電量如下表4所示，合計(jì)新增電量15534億千瓦時(shí)（不含煤電，存量煤電提高發(fā)電量的裕度很?。?/p>

保障供電、提高水風(fēng)光比重、提高煤電小時(shí)，三個(gè)目標(biāo)難以同時(shí)實(shí)現(xiàn)，電力的不可能三角。煤電是候補(bǔ)隊(duì)員，水風(fēng)光等主力乏了、間歇性退場(chǎng)后，煤電才能乘著間隙上場(chǎng)，上場(chǎng)的總時(shí)長(zhǎng)自然短。電力緊平衡、煤電小時(shí)低的地區(qū)，例如川滇渝湘，如果煤電上場(chǎng)時(shí)長(zhǎng)增加，說(shuō)明電源供應(yīng)逐漸不足，開始拉閘限電了。

未來(lái)，在全國(guó)范圍內(nèi)，發(fā)、用電側(cè)的波動(dòng)性均增大，煤電在提供電量的同時(shí)，需提供更多的調(diào)峰服務(wù)，煤電小時(shí)將普遍地繼續(xù)下行。

如表5所示，“十四五”新增電量供應(yīng)15534億千瓦時(shí)，低于4%增速對(duì)應(yīng)的用電量增量需求。

如果沒(méi)有足夠通道互聯(lián)互通，某地富裕的電量，是無(wú)法輸送到缺電地區(qū)的。因此，將全國(guó)數(shù)據(jù)簡(jiǎn)單加總，只有參考價(jià)值；在實(shí)際計(jì)算時(shí)，至少以省為單位進(jìn)行測(cè)算。全國(guó)數(shù)據(jù)簡(jiǎn)單加總后，新增電量供應(yīng)依然低于4%增速對(duì)應(yīng)的用電增量，說(shuō)明即便有足夠的通道，新增電量供應(yīng)依然不足。

表5 “十四五”新增電量（不含煤電）供需對(duì)比（單位：億千瓦時(shí)）

“十四五”新增電力供需

電力和電量是有區(qū)別的：發(fā)、輸、配、供、用電的瞬時(shí)平衡實(shí)際是電力的平衡，電量是瞬時(shí)負(fù)荷變化與對(duì)應(yīng)時(shí)間的積分。

1.用電負(fù)荷增速略大于用電量增速

對(duì)比2010-2020年的歷史數(shù)據(jù)，大部分省市的用電負(fù)荷增速大于用電量增速，詳見表6。

2.“十四五”用電負(fù)荷增量

近年來(lái)，我國(guó)的三產(chǎn)、生活用電的占比和人均用電量大幅提高，但和發(fā)達(dá)國(guó)家相比，還處于較低水平。2020年我國(guó)三產(chǎn)和生活的用電合計(jì)占比30.7%，同期發(fā)達(dá)國(guó)家三產(chǎn)、生活用電占比約2/3。2019年，我國(guó)人均三產(chǎn)用電847千瓦時(shí)/人年、人均生活用電732千瓦時(shí)/人年，遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國(guó)家1500-4700千瓦時(shí)/人年的水平。

參考發(fā)達(dá)國(guó)家的人均用電水平和用電結(jié)構(gòu)，以及我國(guó)近年來(lái)的用電結(jié)構(gòu)變化趨勢(shì)，預(yù)計(jì)未來(lái)我國(guó)三產(chǎn)和生活的用電量和占比將繼續(xù)提高，需求側(cè)的用電結(jié)構(gòu)變化，將導(dǎo)致夏季和冬季的尖峰負(fù)荷更陡峭，未來(lái)用電負(fù)荷增速依然略高于用電量增速。

2020年，全國(guó)負(fù)荷最高10.76億千瓦。需求側(cè)用電負(fù)荷增速按5%-6%估算，略高于用電量增速，預(yù)計(jì)“十四五”用電負(fù)荷增長(zhǎng)2.97-3.64億千瓦。

表6 用電負(fù)荷、用電量增速對(duì)比

低碳電源中，風(fēng)電光伏是波動(dòng)性電源，可能極熱無(wú)風(fēng)、極寒無(wú)光，電力（負(fù)荷）平衡中，風(fēng)電按95%受阻計(jì)，光伏全部受阻（晚高峰無(wú)法出力）。配套的儲(chǔ)能技術(shù)需要一段時(shí)間，成本才能下行到大規(guī)模應(yīng)用，且儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)有限。

3.新增電力（用電負(fù)荷）供需對(duì)比

供應(yīng)側(cè)，“十四五”的主力增量是風(fēng)光等波動(dòng)性電源，有電量、無(wú)法參與電力平衡；除煤電外，能參與電力平衡的電源分別為：水電、抽蓄、核電、氣電，其中，水電、抽蓄、核電的建設(shè)期長(zhǎng)，只有數(shù)得出的在建項(xiàng)目來(lái)得及在“十四五”投產(chǎn)，氣電主要分布在沿海七個(gè)富裕的省市。

各種電源的受阻系數(shù)如表8所示，其中，考慮配套儲(chǔ)能后，風(fēng)電受阻系數(shù)由95%下降到90%，光伏受阻系數(shù)由100%下降到95%。

表7 “十四五”用電負(fù)荷增量（單位：萬(wàn)千瓦）

用電負(fù)荷需求大，而供應(yīng)有限。先進(jìn)行簡(jiǎn)單加總對(duì)比，如無(wú)新增煤電，用電負(fù)荷增速為5%時(shí)，2025年約有1.11億千瓦的電力缺口；用電負(fù)荷增速提高到6%時(shí)，缺口擴(kuò)大到1.78億千瓦。

“十四五”負(fù)荷缺口怎么填？

如果“十四五”無(wú)新增煤電，用電量和用電負(fù)荷缺口如表9所示。用電量缺口較小，用電負(fù)荷缺口較大。

儲(chǔ)能和抽蓄難以應(yīng)對(duì)長(zhǎng)時(shí)間的極端天氣。電力供應(yīng)有富余時(shí)，儲(chǔ)能和抽蓄能移峰填谷，一般是小時(shí)調(diào)節(jié)，不具備周調(diào)節(jié)能力。例如，根據(jù)《關(guān)于印發(fā)支持儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展若干措施（試行）的通知》（青發(fā)改能源〔2021〕26號(hào)），青海省新建新能源項(xiàng)目，儲(chǔ)能容量原則上不低于新能源項(xiàng)目裝機(jī)的10%，儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)2小時(shí)以上。抽蓄連續(xù)滿發(fā)小時(shí)數(shù)是6-11小時(shí)。

嚴(yán)寒或酷暑天氣造成的缺電，持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，例如造成得州大停電的寒潮，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)一周；缺電后，儲(chǔ)能+抽蓄在數(shù)小時(shí)內(nèi)釋放完存量電力或庫(kù)容，就無(wú)法再參與電力供應(yīng)和調(diào)節(jié)，無(wú)法參與周調(diào)節(jié)。如果僅依靠?jī)?chǔ)能，要形成周調(diào)節(jié)能力，需要極其巨量的儲(chǔ)能裝備和投資，和現(xiàn)有的2-4小時(shí)儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)是質(zhì)的差別。

表8 各電源（不含煤電）“十四五”電力增量預(yù)估

表9 “十四五”新增電力供需對(duì)比（不含煤電）（單位：萬(wàn)千瓦）

表10 “十四五”電力電量缺口（不考慮煤電）

與此同時(shí)，作為壓艙石的煤電卻成了過(guò)街老鼠。為了保供，電網(wǎng)需要能持續(xù)出力、受天氣影響較小的機(jī)組。水電、核電建設(shè)周期長(zhǎng)，只有在建項(xiàng)目來(lái)得及在“十四五”投產(chǎn)，氣電主要分布在東南沿海且增量有限，建設(shè)時(shí)間短、能夠穩(wěn)定出力頂上負(fù)荷的唯有煤電。

我國(guó)2030年碳達(dá)峰的承諾，預(yù)見到了“十四五”還需要新增煤電。但是，煤電已成了過(guò)街老鼠。存量煤電承擔(dān)了調(diào)峰重任，利用小時(shí)下行，但只有電量電價(jià)、沒(méi)有容量電價(jià)，相當(dāng)部分煤電虧損、甚至資不抵債。存量如此窘境，遑論增量？此外，為了可再生能源占比和達(dá)峰年限等指標(biāo)，各地方政府和各大發(fā)電集團(tuán)，是否還有意愿開發(fā)新煤電？

美國(guó)得州大停電，固然是因?yàn)槟戏街葺p視防凍導(dǎo)致的，另一方面，也提出了一個(gè)問(wèn)題：如何設(shè)定防災(zāi)能力的上限？如果將防災(zāi)能力由防御十年一遇提高到百年一遇，甚至是千年一遇，基礎(chǔ)投資將指數(shù)級(jí)提高，以防御數(shù)日的極端災(zāi)害。確定的投資和小概率的損失，類似電車難題，如何權(quán)衡？

談?wù)撊迨曛蟮碾娏ξ磥?lái)，以定性為主，可以只談電力技術(shù)的物理特性，例如能量密度和低碳，因?yàn)榻?jīng)濟(jì)性隨著技術(shù)進(jìn)步和規(guī)?；l(fā)生劇變，一切皆有可能?！笆奈濉笔茄矍暗氖?，要在定性的基礎(chǔ)上定量，要落到數(shù)目字和實(shí)操上，需要分析經(jīng)濟(jì)性、前期工作和建設(shè)時(shí)長(zhǎng)、裝備業(yè)產(chǎn)能等一系列因素。

因此，分析近期問(wèn)題時(shí)只定性不定量，是正確的廢話，沒(méi)有價(jià)值。