再電氣化進(jìn)程在能源轉(zhuǎn)型下的趨勢特征和發(fā)展路徑研究

當(dāng)前世界范圍內(nèi)的能源危機(jī)和環(huán)境危機(jī)日益凸顯，第三次能源革命正在孕育和發(fā)展，推動人類能源利用從以化石能源為主向以清潔能源為主進(jìn)行戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型。電力作為清潔、高效、便捷的二次能源，在各國能源轉(zhuǎn)型中的作用日益顯著。

一、新一輪能源轉(zhuǎn)型下的電氣化趨勢特征

人類進(jìn)入電氣化時代以來，能源轉(zhuǎn)型和電氣化進(jìn)程同步發(fā)展，兩者日益密切、不可分割。對比研究美、英、日、德、法等OECD國家和金磚五國為代表的發(fā)展中國家電氣化歷史進(jìn)程，在能源生產(chǎn)側(cè)，電氣化水平(發(fā)電用能占一次能源消費(fèi)比重)經(jīng)過前期快速提升，近期進(jìn)入平穩(wěn)發(fā)展階段。其中發(fā)達(dá)國家普遍高于發(fā)展中國家，且能源構(gòu)成中煤炭、水能、核能等占比高的國家(如中國、印度、巴西、法國等)，電氣化水平提升速度較快。

在能源消費(fèi)側(cè)，終端電氣化水平(電能占終端能源消費(fèi)比重)長期保持“穩(wěn)步提升”態(tài)勢。其中發(fā)達(dá)國家普遍高于發(fā)展中國家，但增速明顯放緩，新興市場國家快速提升。

圖1 主要國家能源生產(chǎn)側(cè)電氣化水平

圖2 主要國家能源消費(fèi)側(cè)電氣化水平

未來，隨著全球范圍內(nèi)清潔能源的規(guī)?；a(chǎn)利用與電能的深度廣泛替代，電氣化發(fā)展趨勢將主要呈現(xiàn)三方面趨勢：

(一)發(fā)展中國家工業(yè)化與全球信息化推動電力需求“再”度較快增長。進(jìn)入21世紀(jì)以來，OECD等發(fā)達(dá)國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)入后工業(yè)化階段，全球能源消費(fèi)總量保持相對平穩(wěn)。未來，隨著我國、印度等發(fā)展中國家工業(yè)化進(jìn)程的持續(xù)推進(jìn)，經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)深度調(diào)整，電能作為清潔高效的動力源，需求將保持較快增長。同時，全球正處于信息化發(fā)展的重要階段，“大云物移”技術(shù)的應(yīng)用以電能為重要載體，社會生產(chǎn)新模式、新業(yè)態(tài)將促使對電能的需求不斷提升。

(二)新能源規(guī)?；_發(fā)利用促進(jìn)能源結(jié)構(gòu)“再”次調(diào)整?；茉吹拇笠?guī)模開發(fā)利用，滿足了人類工業(yè)化進(jìn)程中快速增長的用能需求，但生態(tài)環(huán)境也遭受了較嚴(yán)重的污染。未來，隨著風(fēng)電和太陽能發(fā)電等技術(shù)逐漸成熟、成本逐漸下降，大規(guī)模新能源發(fā)電利用將降低系統(tǒng)供應(yīng)成本，推動能源生產(chǎn)側(cè)電氣化水平的提高。

(三)電能的替代競爭力增強(qiáng)激發(fā)用電潛力“再”度釋放。進(jìn)入電氣時代以來，電動機(jī)的推廣應(yīng)用挖掘了各領(lǐng)域的用電潛力。未來，隨著工業(yè)領(lǐng)域智能制造與自動化生產(chǎn)的不斷升級，交通領(lǐng)域電動汽車與電氣化鐵路的潛力釋放，商業(yè)領(lǐng)域信息通信等第三產(chǎn)業(yè)的規(guī)模擴(kuò)大，電能替代的潛力和規(guī)模巨大。零邊際成本的新能源大規(guī)模使用將帶動用電成本下降，電能的替代優(yōu)勢逐步凸顯，推動電能在能源消費(fèi)側(cè)的深入廣泛利用，電氣化水平將實(shí)現(xiàn)快速上升。

因此，當(dāng)前世界范圍內(nèi)的全球協(xié)作化、共享融合化、互聯(lián)信息化、工業(yè)現(xiàn)代化、清潔低碳化將助推電氣化進(jìn)程進(jìn)入新一輪更高層次、更加泛在的發(fā)展階段，即“再電氣化”階段。在生產(chǎn)側(cè)，預(yù)計(jì)2030年發(fā)電用能占一次能源消費(fèi)比重將達(dá)到40%;在消費(fèi)側(cè)，預(yù)計(jì)2040年前后電能占終端能源消費(fèi)比重將突破30%的“天花板”。

圖3 全球電氣化進(jìn)程發(fā)展趨勢研判

二、我國“再電氣化”發(fā)展路徑研究

中國作為世界上最大的發(fā)展中國家和“以煤為主”的能源生產(chǎn)及消費(fèi)大國，在此輪能源轉(zhuǎn)型中，將面臨資源稟賦、環(huán)境保護(hù)、技術(shù)瓶頸等諸多困難和障礙。特別是目前中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)入“新常態(tài)”，能源需求放緩，在以煤為主的龐大存量空間和趨窄的增量空間進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整，需要更好地進(jìn)行轉(zhuǎn)型路徑頂層設(shè)計(jì)。

從適應(yīng)“再電氣化”發(fā)展要求看，我國可再生能源資源豐富，新能源發(fā)電裝機(jī)規(guī)模、產(chǎn)業(yè)規(guī)模位居世界前列，具有提高生產(chǎn)側(cè)電氣化水平的基礎(chǔ);同時，我國工業(yè)燃煤小鍋爐眾多，燃油占交通用能比重近90%，居民生活領(lǐng)域的化石能源直接利用占比約60%，具有提高消費(fèi)側(cè)電氣化水平的空間。未來，需要重點(diǎn)推進(jìn)生產(chǎn)側(cè)的“綠色電氣化”、消費(fèi)側(cè)的“廣泛電氣化”、以及系統(tǒng)側(cè)的“智能電氣化”。

圖4 我國電氣化發(fā)展路徑

(一)綠色電氣化：通過大力發(fā)展非化石能源，逐步實(shí)現(xiàn)對化石能源的增量替代和存量替代，穩(wěn)步提高生產(chǎn)側(cè)電氣化水平。

2030年優(yōu)先實(shí)現(xiàn)增量清潔替代。2020～2030年，能源需求增長約9億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，其中非化石能源能夠提供近5億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，貢獻(xiàn)率超過54%;電力需求增長約2.8萬億千瓦時，其中非化石能源能夠提供約1.6萬億千瓦時，貢獻(xiàn)率超過57%。生產(chǎn)側(cè)電氣化水平超過54%。

圖5 2030年新增能源與新增電力供應(yīng)結(jié)構(gòu)

2050年實(shí)現(xiàn)存量清潔替代。2030～2050年，能源結(jié)構(gòu)和電源結(jié)構(gòu)持續(xù)優(yōu)化，2050年非化石能源在能源需求總量和電力需求總量中的貢獻(xiàn)率分別超過50%和70%，生產(chǎn)側(cè)電氣化水平超過66%。

圖6 2050年能源供應(yīng)結(jié)構(gòu)與電力供應(yīng)結(jié)構(gòu)

(二)廣泛電氣化：不斷拓展電能在終端能源消費(fèi)中利用的廣度和深度，提高電能對煤炭、油氣等化石能源的替代力度，按照“先工業(yè)，后交通、商業(yè)、居民”的順序推進(jìn)電能替代，提高消費(fèi)側(cè)電氣化水平。

2030年前電能成為終端能源消費(fèi)的主體。2015～2030年，電能消費(fèi)增加5.5億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，油氣消費(fèi)合計(jì)增加5.5億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，煤炭消費(fèi)減少3.6億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，下降27%。2030年消費(fèi)側(cè)電氣化水平超過30%，電能超越煤炭成為終端消費(fèi)主體能源。工業(yè)部門仍是我國電氣化水平提升的主要驅(qū)動，對電量增長的貢獻(xiàn)率約40%，居民、交通、商業(yè)分別為25%、17%、10%。

圖7 2030年、2050年終端能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)

2050年電能的終端能源消費(fèi)主體地位持續(xù)鞏固。2030～2050年，電能消費(fèi)增加3.7億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，天然氣消費(fèi)增加1.8億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，石油消費(fèi)下降2.2億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，煤炭消費(fèi)再減少3.6億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，降至6.2億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。2050年消費(fèi)側(cè)電氣化水平超過40%。工業(yè)部門用電量下降，居民、交通、商業(yè)成為電氣化水平提升的主要驅(qū)動，電量增長貢獻(xiàn)率分別為52%、42%、39%。

(三)智能電氣化：綠色電氣化帶來的新能源規(guī)?；l(fā)展、電力電子元件的大量采用以及廣泛電氣化帶來的負(fù)荷多元化特征，使得電力系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)理發(fā)生深刻變化，安全穩(wěn)定運(yùn)行面臨巨大挑戰(zhàn)。通過推動以“大云物移”為代表的現(xiàn)代信息技術(shù)、人工智能技術(shù)與能源電力行業(yè)深度融合，優(yōu)化大電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制能力，增強(qiáng)源網(wǎng)荷之間的友好互動。

突破關(guān)鍵技術(shù)。遵循大電網(wǎng)運(yùn)行規(guī)律和安全機(jī)理，圍繞新能源開發(fā)利用的各個環(huán)節(jié)，在電網(wǎng)方面，突破高電壓等級柔性輸電、直流電網(wǎng)、大容量海底電纜、超導(dǎo)輸電等先進(jìn)輸電和新一代智能電網(wǎng)技術(shù)，大幅提升電網(wǎng)資源配置能力、平衡調(diào)節(jié)能力和安全穩(wěn)定控制能力;在電源方面，綜合運(yùn)用材料、信息通信、高端電工裝備等先進(jìn)技術(shù)，使得各類電源能夠自動采集、智能分析與靈活控制，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模新能源的智能發(fā)電與友好并網(wǎng);在負(fù)荷方面，應(yīng)用智能電能表、用電信息采集系統(tǒng)、合同能源管理、電網(wǎng)與用戶雙向互動服務(wù)技術(shù)，改進(jìn)用電方式、提高終端電能利用效率。

精準(zhǔn)設(shè)計(jì)機(jī)制。近期，推動出臺實(shí)施新能源補(bǔ)貼退坡機(jī)制，完善電能替代財(cái)政補(bǔ)貼和稅收優(yōu)惠政策，增強(qiáng)新能源發(fā)電與電能替代價格競爭力水平。中遠(yuǎn)期，重點(diǎn)推動全國統(tǒng)一電力市場建設(shè)，完善配套政策法律體系，健全能源市場體系，以科學(xué)合理的價格機(jī)制引導(dǎo)再電氣化進(jìn)程有序推進(jìn)。

總的來看，未來再電氣化進(jìn)程將勢不可擋，這既是構(gòu)建中國能源互聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)在要求，更是實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型的戰(zhàn)略路徑。未來我國電氣化水平將呈現(xiàn)持續(xù)較快增長態(tài)勢，超越全球平均水平，并在國際上成為引領(lǐng)者。