2℃溫控目標(biāo)下亞洲能源互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建

劉哲 徐新智 郭艷芬 高藝 李雋

[摘 要]亞洲經(jīng)濟體量大，能源電力需求旺盛，是全球發(fā)展的重要引擎，同時地區(qū)發(fā)展不均衡、不充分現(xiàn)象突出。為應(yīng)對發(fā)展挑戰(zhàn)，需進一步加強能源電力基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，帶動資源開發(fā)利用，擴大區(qū)域合作，實現(xiàn)均衡發(fā)展，共同構(gòu)筑安全、高效和低碳的能源治理體系。文章首次提出了滿足2℃溫控目標(biāo)下高比例清潔能源結(jié)構(gòu)的亞洲能源電力發(fā)展方案。分析亞洲各區(qū)域發(fā)展特點和清潔能源資源稟賦，建立亞洲能源互聯(lián)網(wǎng)總體格局與目標(biāo)，評估亞洲能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)綜合效益。

[關(guān)鍵詞]能源互聯(lián)網(wǎng);清潔能源;特高壓;可持續(xù)發(fā)展

[DOI]10.13939/j.cnki.zgsc.2021.10.047

1 引言

2015年9月習(xí)近平主席出席聯(lián)合國發(fā)展峰會并發(fā)表重要講話，提出“中國倡議探討構(gòu)建全球能源互聯(lián)網(wǎng)，推動以清潔和綠色方式滿足全球電力需求”。全球能源互聯(lián)網(wǎng)是隨著特高壓輸電技術(shù)進步和智能電網(wǎng)興起演化而來，是能源生產(chǎn)清潔化、配置廣域化、消費電氣化的現(xiàn)代能源體系，是清潔能源在全球范圍大規(guī)模開發(fā)、輸送和使用的重要平臺[1]。在“一帶一路”倡議框架下，全球能源互聯(lián)網(wǎng)為新時代能源電力發(fā)展與國際合作提供了新思路，得到了國際社會的廣泛關(guān)注[2-3]。

亞洲是全球經(jīng)濟發(fā)展的重要引擎，2019年亞洲經(jīng)濟占全球的比重已提升至49.5%[4]。隨著經(jīng)濟增長，亞洲能源需求持續(xù)攀升，已成為全球最大的能源消費地區(qū)。2017年亞洲一次能源消費9.7 Gtce，占全球一次能源消費總量的47.2%，以化石能源消費為主。2017年亞洲化石燃料燃燒產(chǎn)生的二氧化碳排放量達到179 Gt，占全球排放的比重達到54.6%，應(yīng)對氣候變化壓力加大[5]。面對地區(qū)可持續(xù)發(fā)展的切實需求，如何充分發(fā)揮清潔能源優(yōu)勢，保證能源供給安全，同時實現(xiàn)能源系統(tǒng)的轉(zhuǎn)型升級，成為各國迫切需要解決的問題。目前電能是應(yīng)用最廣泛的二次能源，而可再生能源、核能以及化石能源的清潔利用絕大多數(shù)要通過轉(zhuǎn)化為電能加以利用，因此需要構(gòu)建以電為中心，更加安全、高效、資源優(yōu)化配置能力強的亞洲能源互聯(lián)網(wǎng)。

電網(wǎng)仍然是構(gòu)建亞洲能源互聯(lián)網(wǎng)的重要基礎(chǔ)，隨著生態(tài)文明建設(shè)和數(shù)字社會不斷發(fā)展，電網(wǎng)朝著更加智能化的方向邁進[6-11]。目前一些區(qū)域性電網(wǎng)已經(jīng)基本形成，例如歐洲互聯(lián)電網(wǎng)、阿拉伯地區(qū)電網(wǎng)等。區(qū)域電網(wǎng)是政治經(jīng)濟一體化的重要產(chǎn)物，為區(qū)域能源轉(zhuǎn)型提供了基本保障，同時又進一步促進了地區(qū)能源政策協(xié)同和統(tǒng)一市場建設(shè)[12-15]。

在全球能源互聯(lián)網(wǎng)整體框架下，文章著重研究了滿足2℃溫控目標(biāo)下亞洲高比例清潔能源結(jié)構(gòu)的能源電力發(fā)展方案，建立亞洲能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展總體格局與實施目標(biāo)。

2 亞洲能源電力展望

文章將全球溫升控制2℃以內(nèi)作為重要的邊界條件，對亞洲能源電力發(fā)展趨勢進行分析。

2.1 能源發(fā)展趨勢

亞洲能源需求仍然呈現(xiàn)穩(wěn)定上升趨勢。2000—2016年亞洲一次能源需求總量從5 Gtce增長至9.5 Gtce，年均增長約4.1%。據(jù)初步估算，2050年亞洲一次能源需求將達到14.9 Gtce。其中，南亞、東南亞、西亞一次能源需求增速相對較快，東亞一次能源需求增速逐步放緩按照聯(lián)合國對亞洲各國分區(qū)，并參考各國電網(wǎng)實際互聯(lián)情況，文章將46個國家分為東亞、東南亞、南亞、中亞和西亞5個區(qū)域。。2050年東亞、東南亞、南亞、中亞和西亞一次能源需求分別增長至6.6、1.6、4.5、0.3和1.9 Gtce。隨著各項節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用，預(yù)計亞洲能源效率將有所提升，2050年能源強度下降約58%，單位GDP能耗將下降至每萬美元1.5 Gtce。能源結(jié)構(gòu)逐步從化石能源主導(dǎo)向清潔能源主導(dǎo)轉(zhuǎn)變。預(yù)計2050年亞洲煤炭、石油和天然氣需求分別為1.2、2.1和1.9 Gtce，風(fēng)、光等可再生能源需求增長快速，2050年將達到6.6 Gtce，清潔能源需求占一次能源需求比重將提升至69%。

亞洲終端能源消費穩(wěn)步上升，電能占終端能源消費比重不斷提升。2000—2016年，亞洲終端能源消費總量從3.3 Gtce增長至6.2 Gtce，電能消費比重從14%提高到22%。據(jù)初步估算，2050年亞洲終端能源消費將達到8.9 Gtce。工業(yè)部門終端能源消費小幅上漲，建筑和能源部門終端能源消費增長較快。2050年工業(yè)、建筑和交通部門終端能源消費分別為3.1、3.1和1.8 Gtce?；茉促Y源利用方式從直接燃燒向作為原材料逐漸演變，2050年非能利用方式用能需求將增長至0.9 Gtce，占終端用能比重提升至10%。電能占終端能源消費比重不斷提升，2050年發(fā)電用能占一次能源需求比重將提升至67%，電能占終端能源消費提升至55%。其中，預(yù)計隨著電動汽車、鐵路軌道交通以及氫能交通的應(yīng)用，交通部門電氣化水平顯著提升，電能占終端能源消費的比重將提升至41%。

2.2 電力發(fā)展趨勢

亞洲電力需求總量穩(wěn)步增長。2010—2016年亞洲用電量年均增速約4.7%，2016年用電量11 PWh。據(jù)初步估算，預(yù)計2050年亞洲用電量將增至2016用電量的3.3倍，達到36.3 PWh。亞洲電力需求主要集中分布在東亞和南亞，預(yù)計2050年東亞和南亞用電量將分別達到16.9和11.7 PWh，占亞洲總用電量的比例分別為46%和32%。人均用電水平顯著提升，預(yù)計2050年亞洲年人均用電量將提升至7000 kWh左右，基本消除無電人口問題。

亞洲電源裝機總量大，清潔能源裝機占比不斷提升。2016年亞洲總裝機容量約3.1 TW，其中清潔能源裝機容量約1 TW，占比32%。據(jù)初步估算，2050年亞洲裝機容量將達到15.7 TW，清潔能源裝機占比將提升至84%，其中以太陽能和風(fēng)能裝機為主。清潔能源發(fā)電競爭力不斷增強，預(yù)計2025年前后，光伏發(fā)電和風(fēng)電競爭力將超過化石能源發(fā)電，2050年光伏發(fā)電和陸上風(fēng)電平均度電成本有望降至1.4美分和2.4美分。

3 亞洲能源互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建目標(biāo)

基于亞洲清潔能源資源分布特點，根據(jù)對2℃溫控目標(biāo)場景下亞洲能源電力發(fā)展趨勢的研判，形成亞洲整體電力流情況。通過計算和對比不同輸電方式下成本和輸電價等因素，提出能夠滿足亞洲整體電力需求的跨洲跨區(qū)輸電工程。

3.1 亞洲清潔能源資源分布特點

亞洲清潔能源資源豐富，水能、風(fēng)能和太陽能資源分布具有較強的地域特性，分布在亞洲不同的區(qū)域。水能理論蘊藏量約每年18 PWh，主要分布在中國西南、中南半島以及喜馬拉雅山南麓等地區(qū)。風(fēng)能理論蘊藏量約每年500 PWh，平均風(fēng)速大于7 m/s的區(qū)域主要分布在中國西部北部、沙特阿拉伯中部、阿曼灣、哈薩克斯坦和蒙古南部等地區(qū)，如圖1所示。太陽能理論蘊藏量約每年37500 PWh，年總水平面輻射量大于2000 kWh/m2的區(qū)域主要分布在阿拉伯半島、伊朗和阿富汗南部、南亞巴基斯坦西部及中國西部等地區(qū)，如圖2所示。為充分高效利用清潔能源資源，亞洲要采用因地制宜的方式開發(fā)，在不同的區(qū)域側(cè)重開發(fā)不同的能源資源，實現(xiàn)不同資源間的互補利用。

3.2 亞洲能源互聯(lián)網(wǎng)總體格局與構(gòu)建目標(biāo)

根據(jù)對亞洲能源電力發(fā)展趨勢的研判，2050年亞洲跨洲跨區(qū)電力流可達到200 GW。洲內(nèi)總體呈現(xiàn)“西電東送、北電南送”格局。西亞外送南亞電力28 GW，中亞外送東亞電力8 GW，東亞與南亞、東南亞間電力流規(guī)模分別為33 GW和23 GW，南亞與東南亞間電力交換規(guī)模為8 GW?？缰尴驓W洲送電規(guī)模為32 GW，與非洲形成11 GW規(guī)模的電力互濟，并從大洋洲輸入電力8 GW。

按照亞洲整體電力流所示，2050年基本可以形成“四橫三縱”的電力互聯(lián)通道，如圖3所示?！八臋M”包括亞歐北橫通道、亞歐南橫通道、亞非北橫通道和亞非南橫通道，“三縱”通道包括亞洲東縱通道、亞洲中縱通道和亞洲西縱通道。

圖3 亞洲電網(wǎng)互聯(lián)總體格局示意

目標(biāo)到2050年亞洲洲內(nèi)可以形成五個區(qū)域聯(lián)網(wǎng)格局，洲際互聯(lián)具備一定規(guī)模?？缰藿ㄔO(shè)哈薩克斯坦—德國、沙特阿拉伯—土耳其—保加利亞和沙特阿拉伯—埃及直流工程，分別將中亞太陽能和風(fēng)能電力、西亞太陽能電力送至歐洲和非洲。建設(shè)澳大利亞—印度尼西亞直流工程，加強亞洲與大洋洲聯(lián)系，將太陽能電力送至東南亞。建設(shè)埃塞俄比亞—沙特阿拉伯直流工程，將東非水電送至西亞，實現(xiàn)水電和太陽能發(fā)電聯(lián)合調(diào)節(jié)。洲內(nèi)建設(shè)哈薩克斯坦—中國、沙特阿拉伯—巴基斯坦、伊朗—巴基斯坦、阿聯(lián)酋—印度和阿曼—印度直流工程，將中亞風(fēng)、光和西亞太陽能電力送至東亞和南亞負荷中心。建設(shè)塔吉克斯坦—巴基斯坦直流工程，將中亞水電送至南亞負荷中心。建設(shè)中國—東南亞直流工程，實現(xiàn)中國西南和東南亞清潔能源資源的互補互濟。建設(shè)中國—巴基斯坦直流工程，將中國西北風(fēng)光發(fā)電送至南亞。建設(shè)緬甸、中國—印度直流工程，滿足印度負荷需求。

建設(shè)能源互聯(lián)網(wǎng)有助于實現(xiàn)亞洲整體利益最大化。據(jù)初步估算，在經(jīng)濟效益方面，總投資可達18.7萬億美元，有力帶動新能源、電力、高端制造等產(chǎn)業(yè)發(fā)展，對地區(qū)經(jīng)濟增長平均貢獻率為1.4%。在社會效益方面，基本可以消除無電人口，累計拉動就業(yè)約1.5億個。在環(huán)境效益方面，能源系統(tǒng)二氧化碳排放可降至每年6.2 Gt，每年分別減少二氧化硫、氮氧化物和細顆粒物排放30、34和6.5 Mt。

4 結(jié)論

為實現(xiàn)2℃溫控目標(biāo)，文章分析了亞洲能源電力發(fā)展趨勢，并對亞洲整體跨洲跨區(qū)電力流以及重要互聯(lián)電網(wǎng)建設(shè)方案開展研究，提出了亞洲能源互聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)建目標(biāo)與原則。高比例清潔能源電力結(jié)構(gòu)將有助于實現(xiàn)亞洲地區(qū)可持續(xù)發(fā)展，對帶動地區(qū)就業(yè)、降低污染物排放等起到促進作用。

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[基金項目]全球能源互聯(lián)網(wǎng)集團有限公司科技項目（項目編號：524500180014）。

[作者簡介]通訊作者：劉哲（1986—），男，高級工程師，研究方向：電力系統(tǒng)規(guī)劃、新能源與電動汽車集成;徐新智（1985—），男，高級工程師，研究方向：電力系統(tǒng)運行模擬與優(yōu)化;郭艷芬（1980—），女，高級工程師，研究方向：電網(wǎng)規(guī)劃，新能源并網(wǎng);高藝（1973—），女，教授級高工，研究方向：電網(wǎng)規(guī)劃、電力系統(tǒng)仿真與可靠性計算;李雋（1972—），女，教授級高工，研究方向：電網(wǎng)規(guī)劃、特高壓交直流輸電。