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中国的高速电气化意味着什么?

中国电气化发展以及电力需求仍存在的较大增长空间,电力的来源和电网的适配成关键因素。

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昌吉-古泉特高压直流输电线路工程现场。图片来源:Alamy

现在北京每卖出两辆燃油小汽车,就意味着有另外三辆电动汽车被消费者开回家。中国近几年正通过慷慨的补贴和政策倾斜大力推动汽车的电气化,这样做既可以减少对进口石油的依赖,也可以减轻中心城区的空气污染。而在交通领域之外,其它行业的电气化也在悄然发生。

根据中国能源发展“十三五”规划,中国政府将电能在终端能源消费中的比重目标定为27%,这也意味着电能将在中国居民生活、工业农业生产、交通运输等领域占据重要地位。

2020年是”十三五“规划的收官之年,中国提前完成“十三五”电气化目标已成定局。但高速提升的电气化水平也对电力来源和电网的适配能力提出了更高的要求。

电气化“十三五目标

国家能源局电力发展“十三五”规划中对于电能替代提出的总体目标为4500亿千瓦时,相当于4.5个三峡水电站全年的发电量。

虽然电动汽车目前受的关注最多,但电动汽车其实并非电气化进程中的主力。电采暖、工业电锅炉等生活和工业电气化的贡献要大得多。根据中国电动汽车充电基础设施促进联盟的统计,2018年电动汽车充电基础设施的充电量约为22亿千瓦时,即使加上私人充电桩的用电量,总用电量占比也不会超过中国整体用电量的0.2%

电气化最大的来源是“煤改电”,也就是将取暖用散煤、工业过程煤等以电能替代。

中国电力企业联合会的数据显示,2018年中国累计实施电能替代项目11万个,累计完成替代电量1558亿千瓦时,相当于在能源消费终端环节减少散烧煤6000万吨。其中,工农业生产制造领域完成的替代电量占比62.2%。

根据2016、2017、2018三年完成的电能替代电量,以及2019和2020的趋势预测,中国有望提前完成“十三五”的电能替代目标,并超额完成电气化目标。

根据国网能源研究院的测算,2020年以后,电能在终端用能结构中占比将持续提升,2035年提高至32-38%,2050年有望增至47%左右,而这一比例在2018年还仅为21%。中国2014年的人均用电量为3927千瓦时,是美国的1/3、日本的约一半。有电力行业专业人士告诉中外对话,从与中国人口与产业结构发展历程类似的先发工业化国家的电力消费情况来看,中国未来随着人民生活水平的提高,电能占终端能源消费的比例将会进一步上升。也就是说,即便没有任何政策驱使,中国的电气化水平也会不断提高。


浙江金华的超高压输电线路。图片来源:Alamy

煤电装机隐忧

快速提高的电气化率使得关于用何种电源来满足新增用电需求的讨论又热了起来。

2018年中国全社会用电量6.84万亿千瓦时,比上一年增加8.5%,增速创近七年新高。其中,电能替代的拉动因素占到了2.4个百分点。

中国电力企业联合会认为中国电力需求还有较大的增长空间,建议适度调高2020年全社会用电量预期目标,并允许煤电装机量到2030年之前继续增加,直到13亿千瓦的煤电装机上限,这意味着中国在未来12个月内每月可以建造两座大型煤电站

行业协会之外,中央层面的政策对于煤电审批的控制在2019年也确有明显松动。2019年4月,21个省区获国家能源局放行“有序核准煤电项目”,而在2016年,仅江西省、安徽省和海南省三省获得这样的“绿灯”。

优化电源结构

针对气候行动者对中国煤电装机量增加的担忧国务院发展研究中心产业经济研究部研究室主任许召元说,虽然用电量保持较快增长,但电源结构已经得到了优化,清洁能源特别是可再生能源发电比重不断提高,因此,用电量的增长并不会阻碍中国低碳化转型的进程。

根据中电联的数据,2018年火电装机比重较2008年下降了15.9个百分点,风电、光电、水电、核电发电装机增长迅猛。火电新增装机2017、2018连续两年低于太阳能发电新增装机。

独立能源研究咨询机构水石能源创始人张柳潼告诉中外对话,2018年超过预期增长的用电量,实际上大部分是由可再生能源补充的。

这背后的原因除了政策保障以外,可再生能源发电成本的降低使其参与市场化竞争的能力在提高。

中国电力科学研究院副院长王继业表示,“未来新能源将实现平价上网,甚至可能价格非常低廉,这将为电能替代提供经济基础和必要条件。”

中电联行业发展与环境资源部改革处处长张卫东也指出,现在控制煤电建设速度和规模的不再是政策,而是发电企业没有投资火电的意愿。在上游煤炭成本上涨、环保要求等压力下,2018年全国火电的亏损面近50%。2018年,中国火电投资为2004年以来的最低水平,比2009年的投资峰值减少将近50%。

系统配合

一些专家认为,电气化是一个必然的趋势,如果考虑进一步控制温室气体排放的目标,则在可再生能源电力占比大幅上升至占主导地位的前提下,需要减少化石能源占终端能源消费的比例,进一步利用电能替代煤、油等终端能源消费形式。

电气化是全球几乎所有重要排放国减排的头号措施,以走在减排前列的欧盟为例,研究机构认为欧盟在2050要达到62%的电气化率才能与巴黎协定兼容。上述电力行业专家认为,由于电能为最高品质的能源,因而也是成本最高的能源之一,其对其他较低品质能源的替代将面临技术和成本挑战,需要有新的技术解决方案和商业模式来驱动。

从供给侧来看,可再生能源在相当多的领域具备充分和煤电竞争的能力甚至是压倒性的优势,但是现行的市场准入机制以及行业背后盘根错节的利益关系等阻止了投资的进入。

另外,电网公司认为可再生能源增加了系统的不稳定性。国网能源研究院副院长蒋莉萍指出,风电、太阳能光伏存在波动性、随机性和不可调度性的特点,给电力系统运行带来非常大的挑战。

但是张柳潼认为,技术其实可以克服所谓的不稳定性的问题,“比技术更重要的是电网要有更多吸纳可再生能源的意愿和打破省间的壁垒”。

而从需求侧来看,电气化也会给电网带来不小的挑战。

华北冬季取暖改造工程中,“煤改电”存在供电保障困难的问题,电采暖设备负荷的快速增加,对现有电网的稳定运行产生了影响。实施“煤改电”工程后,2017年冬季京郊农村平均用电容量提高了6倍,出现了供电增量配套电网保障问题。而在条件更差的京外地区,“煤改电”相对于“煤改气”来说更加难以广泛推广。

电动汽车虽然仅占电力需求很小的份额,但由于其充电时间和充电区域高度集中,对于配电网也构成不小压力。针对北京地区的一项调研发现,电动汽车的充电高峰在晚上20时,与现有的居民用电负荷高度重合。国网北京电力科学研究院技术室主管潘鸣宇指出,以北京为例,如果2030年电动汽车的年销量达到120万辆,现有的配电网很难承载居民区的充电负荷。早先设计的配电网并没有考虑电动汽车的迅猛增加,在城市中心,配网容量资源已几乎达到极限程度,改造也非常困难。

世界资源研究所可持续城市项目主任刘岱宗表示,在上一个十年,中国最先从公交车、出租车、市政用车这些相对容易推进的领域推动了交通电动化,而后,私人汽车将是重点。“私人汽车的消费行为更难控制和管理,如何把电动车用户的充电行为和电网容量相匹配,是下一阶段我们工作和研究的重点”。

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