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觀點丨電氣化發展國際比較及對我國的啟示
添加時間:2018-09-11
黨的十九大報告明確指出,推進能源生產和消費革命,構建清潔低碳、安全高效的能源體系。電能作為清潔能源最主要的利用方式,將成為推進能源革命的關鍵環節。通過重點分析世界主要國家的電氣化發展歷程,總結相關歷史規律,希望以“他山之石”,對我國能源電力發展有所啟示。

  世界主要國家電氣化發展指標對比

  電氣化程度,即社會經濟發展對電力的依賴程度,通常用2個指標來衡量:一是發電能源占一次能源消費總量的百分比(發電用能占比),它反映電力在能源系統中的地位;二是電力占終端能源消費總量的百分比(終端電能占比),用來度量各類用戶的電力消費水平,反映電力對社會經濟發展的作用。

  全球發電用能占比經過前期快速提升,近期進入平穩發展階段,發達國家普遍高于發展中國家。發達國家發電用能占比在經歷了快速提升階段后,普遍在20世紀80、90年代步入平穩階段;近幾年,受頁巖氣革命、經濟危機、棄核政策等影響,部分發達國家發電用能占比出現小幅波動。發展中國家的發電用能占比一直處于提升階段,特別是包括我國在內的金磚國家,經濟社會持續快速發展,能源生產側電氣化水平已快速攀升至OECD國家水平。

  全球終端電能占比長期保持“穩步提升”態勢,發達國家增長放緩,新興市場國家快速提升。發達國家整體電氣化水平提升放緩多受產業結構持續調整、替代能源競爭力增強等因素的影響,處于工業化后期的發達國家終端電能占比普遍在20%~25%區間波動。發展中國家受工業化進程推動,終端電能占比迅速提升,成為全球終端消費側電氣化水平穩步提升的主要動力。在金磚國家中,我國終端電能占比僅低于南非。

  電氣化發展主要影響因素分析

  從不同電源品種角度考慮影響發電用能占比的主要因素:煤炭、水能、核能的廣泛利用促進電氣化水平快速提升,非常規油氣的興起放緩了其提升速度,但上述能源發展都一定程度受到資源、環境、生態、安全等因素的限制。   

  煤炭面臨碳減排巨大壓力。對于煤炭資源豐富的國家,比如我國和印度,21世紀前,煤炭的電氣化利用是發電用能占比提升的主要推動力,但其高碳特性短時難以改變,無法僅靠煤炭清潔化利用支撐能源轉型。未來,受限于氣候變化、環境污染等重大能源發展挑戰,各國已經制定了相關控煤政策。

  非常規油氣開采環節存在環境和生態影響。隨著頁巖革命的不斷推進,近10年,頁巖油、頁巖氣、可燃冰等非常規油氣產量大幅提升。以美國為代表,2006~2016年頁巖氣產量增加10倍,促進了化石能源的非電利用,發電用能占比持續下降。然而,頁巖油氣開采過程中所帶來的水資源占用、水污染、地質災害等多種環境問題仍沒有很好的解決途徑;可燃冰開采過程中也面臨生態環境破壞和溫室氣體排放等問題。

  水電受資源潛力、生態保護制約。水電作為一種清潔能源,對于水電站址資源豐富的國家,可以以此提高一定比例的電氣化水平,比如巴西。之后,水電的進一步開發將受到資源約束、開發成本升高(特別是移民成本)、生態環境保護等多種因素限制,未來不能完全支撐能源轉型的目標實現。據統計,由于移民、環保成本的快速上升以及遠離用電負荷區等因素,新建的水電站電價早已超過普通火電站。

  核電具有“雙刃劍”屬性。對于化石能源資源貧乏的國家,核電的廣泛利用是一種提高能源自給能力與電氣化水平的重要途徑,比如化石能源資源貧乏的法國。但同時,核電具有潛在的安全風險,2011年日本福島核事故發生之后,“棄核”政策導致日本發電用能占比大幅下降。

  新能源發展面臨機遇與挑戰。新能源作為一種可再生的非化石能源,可以較好地應對氣候變化和環境污染、解決資源短缺問題。隨著技術逐步成熟、成本逐漸下降,近十年,全球新能源發展迅猛。2016年,全球風電和太陽能發電裝機近800吉瓦。展望未來,預計新能源發電技術成本將持續大幅下降,支撐大規模的開發與利用。然而,新能源發電的電力電子特性、出力的隨機波動性也給電力系統運行帶來巨大挑戰。

  影響終端電能占比的主要因素包括經濟發展、可  選能源、產業結構等。進入工業化后期,第三產業比重較高的發達國家電氣化水平普遍較高;另外,可選能源資源稟賦和經濟性直接影響終端電能的競爭力。

  經濟發展與電氣化水平相互影響。電氣化水平與經濟社會發展互為促進、相互影響。一方面,經濟發展要求勞動效率不斷提高,促進了電能在終端用能的比例提升;另一方面,以電為動力的工業革命實現了由單純機械生產向批量大規模生產的跨越,大大提高了勞動效率,創造了巨大的生產力,推動了全球經濟的蓬勃發展。

  可選能源影響終端電能競爭力。資源稟賦決定終端消費可選能源品種,這些可選能源的經濟性影響電能競爭力。比如,英國和俄羅斯擁有豐富的天然氣資源,冬季采暖以氣為主,兩國的居民電氣化水平長期維持在20%~30%和10%以下的較低水平,遠低于其他發達國家40%~50%的普遍水平。

  產業結構對電氣化水平影響巨大。不同經濟部門用電需求有明顯差別,產業結構對電氣化水平影響巨大。從典型國家看,全球化背景下美國制造業轉移對電氣化水平的影響被信息時代服務業的蓬勃發展對沖,近年來美國整體電氣化水平維持平穩。從典型城市來看,香港以金融貿易為主,電氣化水平最高(41.8%,2014年);東京、巴黎、倫敦等國際化都市電氣化水平在30%~35%區間;其他城市工業或航運仍有較大份額,電氣化水平在20%左右。

  對我國的啟示

  我國經濟發展階段、經濟結構、能源消費水平及資源稟賦等與其他國家差異較大,考慮到未來我國經濟社會仍有很大發展進步空間,電氣化將繼續作為保駕護航的強勁動力,開啟新一輪的增長。

  世界主要國家的社會進步指數與終端電能占比具有一定的正相關性,考慮到社會進步指數選擇的指標廣泛,可以認為社會進步程度比較高的國家電氣化程度也相對較高。西方發達國家的電氣化水平和社會進步指數均已發展到較高水平,我國電氣化水平還有很大上升空間。有別于部分國家油氣資源豐富以及發達國家經濟結構科學合理,我國電氣化  進程需要在能源生產側和消費側同時“發力”。

  在能源生產側,考慮到我國能源資源 “貧油少氣”的特點,需要不斷提高非化石能源消費占比,推動能源生產的清潔、低碳發展。另外,我國煤炭資源豐富的國情決定了煤炭需要清潔高效利用,考慮到煤炭發電利用效率較高,且易集中治理污染物排放,需要不斷提高電煤占比。

  在終端消費側,首先就是推廣交通的電能替代,電氣化交通可緩解油氣對外依存程度、減少燃油尾氣排放;其次,作為電氣化水平在經濟結構調整的進程中的核心驅動,服務業也亟待得到提升和完善;最后,可及性和經濟性是居民電氣化水平提升的重要因素,需要積極提倡居民消費電能的利用。

  此外,綜合考慮我國能源資源情況、環境及生態約束、用能結構、現代化進程等因素,我國電氣化水平提升空間巨大;在全球能源清潔、低碳轉型的背景下,我國等新興發展中國家將成為推動電氣化發展的主力。

  在能源生產側,我國傳統能源品種的資源都受到各自條件的約束,化石能源不滿足能源轉型低碳化和清潔化的要求,水力發電面臨資源約束、生態保護等限制,核電在沒有出現技術突破的條件下,仍然受安全風險的制約。未來,考慮我國新能源發電蘊含著巨大的潛力(“三北”地區80米高陸地風電技術可開發量約32億千瓦,西部新疆、內蒙古、西藏、甘肅、青海和寧夏的光伏電站裝機開發潛力約19億千瓦),我國能源生產側電氣化的發展重點在于大力發展以風光為主的新能源。

  在終端消費側,我國電氣化水平增長潛力巨大,提升空間集中在居民生活、交通運輸、商業服務等領域。從我國重點用能部門的用能及電能替代情況來看,工業生產的加熱與驅動環節存在總量大、容量小、煤為主的特點,以電代煤可替代其中占比約50%的小鍋爐;交通用能以油為主,電動汽車、電氣化鐵路、軌道交通發展空間巨大;居民消費中化石能源直接消費占比過高,合計接近60%,且我國城鎮化率有20%上升空間。

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