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云南民族大學電氣信息工程學院的研究人員武平、郭巍等，在2018年第5期《電氣技術(shù)》雜志上撰文指出，改革開發(fā)以來，我國經(jīng)濟快速發(fā)展的同時，每年對能源的需求持續(xù)增長。能源的可持續(xù)供應已經(jīng)是中國經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展必須面對的問題。
目前，我國一次能源消費結(jié)構(gòu)單一，化石能源主要以煤炭為主，優(yōu)質(zhì)化石能源相對不足，終端能源消費結(jié)構(gòu)中電能比重不斷增大，石油的對外依賴度逐年上升，能源配置方式不科學。
針對上述情況，本文重點分析我國近年來電力與能源狀況，就目前我國能源問題、電力問題（如電力投入失衡，電網(wǎng)發(fā)展不足，長距離輸電能力薄弱等）進行討論，從長距離輸電、電力進口、電動汽車發(fā)展以及電網(wǎng)智能化這幾個方面進行分析，針對我國電力能源現(xiàn)狀，提出解決途徑。
21世紀初，以煤炭、石油、天然氣為主的化石能源已經(jīng)成為世界能源供應的主體，占全球能源消費總量的80%左右[1]，提供了幾乎所有的運輸能源和70%的發(fā)電用一次能源。能源的開發(fā)利用促進了人類文明的發(fā)展，現(xiàn)代的工業(yè)、農(nóng)業(yè)、服務業(yè)都需要龐大的能源來支撐。
能源已經(jīng)成為現(xiàn)代社會可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因素。為了爭奪有限的石油能源，中東地區(qū)在短短幾十年里爆發(fā)了數(shù)次戰(zhàn)爭。伴隨著兩次石油危機的發(fā)生，廉價的能源時代已經(jīng)告終。目前，發(fā)展中國家由于無法從國際市場中獲取廉價的能源，簡單復制發(fā)達國家的經(jīng)濟發(fā)展模式是不可行也是不可能的。
作為全世界最大的發(fā)展中國家，中國必須依靠創(chuàng)新，推動發(fā)展方式轉(zhuǎn)型，走符合自己國情的發(fā)展道路，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。
1 中國能源概況
中國能源資源總量較為豐富，但人均占有量和優(yōu)質(zhì)資源相對其他國家較少。自1978年改革開放以來，隨著中國經(jīng)濟的快速發(fā)展，能源產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，能源消費量大規(guī)模增長。20世紀90年代，從能源出口國變?yōu)榱四茉醇冞M口國。
目前，能源的可持續(xù)供應對中國經(jīng)濟的約束力強于以往任何時期，加強國家能源合作，開辟非洲等地能源產(chǎn)地，加快改變國內(nèi)能源供給單一模式是中國經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展必由之路。
1.1 中國能源優(yōu)缺點分析
中國的化石能源主要以煤炭為主，優(yōu)質(zhì)化石能源相對不足。雖然中國油氣田勘探較早，未來產(chǎn)量還有增加的潛力，但總體來看，油氣資源與中國經(jīng)濟社會發(fā)展需求相比仍有較大差距。由于人口眾多，中國人均化石資源占有量遠低于世界平均水平，具體數(shù)據(jù)見表1[1]。
表1 2010年世界及中國人均化石資源占有量
值得一提的是，中國可再生能源開發(fā)潛力巨大。目前，水電開發(fā)量為5.4億kW，位居世界第一；生物質(zhì)能年可利用資源量為9億t標準煤[2]；西北地區(qū)風能資源豐富；西南、東南地區(qū)水電資源豐富；中國太陽能發(fā)電裝機容量可達到34.5億kW。
上述數(shù)據(jù)表明，中國新能源的開發(fā)已具有一定規(guī)模，可再生、低污染能源的發(fā)展在未來有著巨大的潛力。
1.2 中國電力生產(chǎn)
自1978年的改革開放歷來，中國發(fā)電裝機容量和發(fā)電容量保持快速增長，年均增速超過能源生產(chǎn)增速。到2012年底，中國已經(jīng)超過美國成為世界第一電力生產(chǎn)大國。全國電力裝機達到11.4億kW。其中水電裝機達到2.49億kW，位居世界第一[3]。
截止2013年底，中國風電裝機總?cè)萘窟_9萬MW，其中蒙東、吉林和甘肅等地區(qū)的風電裝機容量已經(jīng)超過負荷的30%，風力發(fā)電已成為中國重要的發(fā)電方式[4]，進一步發(fā)展風電站，是未來中國電力發(fā)展的趨勢。雖然目前新能源發(fā)展形勢迅猛，但是水電、火電是未來中國電力發(fā)展的基礎(chǔ)。
中國的電力生產(chǎn)以火電為主，電力生產(chǎn)結(jié)構(gòu)與發(fā)達國家存在著較大的差異。目前，世界上發(fā)達國家的發(fā)電結(jié)構(gòu)中，氣電、核電占有較大比重，而中國以煤電為主。從1980年到2010年，中國的電力生產(chǎn)結(jié)構(gòu)已經(jīng)有了明顯改進，分別如圖1、圖2所示。
圖1 1980年中國發(fā)電裝機結(jié)構(gòu)
圖2 2010年中國發(fā)電裝機結(jié)構(gòu)
根據(jù)以上由中國電力企業(yè)聯(lián)合協(xié)會提供的數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，與較發(fā)達國家相比，中國電力生產(chǎn)結(jié)構(gòu)以水電、煤電為主，清潔能源發(fā)電比重較低。隨著化石能源的不斷枯竭、開采成本不斷提高、國際環(huán)境保護壓力加大，未來中國電力生產(chǎn)結(jié)構(gòu)中核電、非水可再生資源發(fā)電比重必將進一步提升，煤電比重會有所下降。
根據(jù)上述情況分析以及相關(guān)數(shù)據(jù)，預測2030年中國發(fā)電裝機結(jié)構(gòu)，如圖3所示。
圖3 2030年中國發(fā)電裝機結(jié)構(gòu)
1.3 中國能源面臨的重大問題
中國從改革開放以來，在短短的幾十年里，能源事業(yè)的發(fā)展取得了舉世矚目的成就，然而中國能源產(chǎn)業(yè)也面臨著諸多的難題和挑戰(zhàn)。
總體而言，經(jīng)濟的快速發(fā)展對能源需求的持續(xù)增長與化石能源的不可再生性的矛盾加?。画h(huán)境的約束力日益突出；能源特別是石油能源的對外依賴程度加深，保障能源持續(xù)供應壓力越來越大；能源資源與能源需求分布嚴重不平衡。以下進行具體分析。
1）可持續(xù)供應的難題
按照我國政府制定的“新三步走”戰(zhàn)略規(guī)劃，2020年要全面建成小康社會；2050年，基本實現(xiàn)現(xiàn)代化。未來很長一段時期，經(jīng)濟仍保持平穩(wěn)較快增長的速度。換言之，中國未來對能源需求依舊旺盛。表2為國內(nèi)外機構(gòu)對中國未來能源需求的預測[5]。
表2 國內(nèi)外機構(gòu)對中國未來能源的需求預測
2）能源投資比重失衡
1978年改革開放以來，我國的電力供應大部分時間處于偏緊狀態(tài)，主要原因在于“重發(fā)輕供”現(xiàn)象嚴重，換言之就是電力投資長期向生產(chǎn)方面投入大，電網(wǎng)投入小。電網(wǎng)建設嚴重滯后，電網(wǎng)作為一種重要的能源運輸方式，電網(wǎng)遠距離輸電能力的不足，客觀上也加大了鐵路運輸?shù)膲毫?。形成這樣一種怪相，即“電廠遍地是，停電到處有”。圖4為中國近幾十年里電力投入比重分布[6]。
圖4 中國電源、電網(wǎng)投資占電力投資比重
中國經(jīng)濟進一步發(fā)展，在能源逆向分布越來越明顯的環(huán)境下，必須加強能源運輸方面的建設，配置方式由就地平衡型轉(zhuǎn)向大范圍優(yōu)化配置型，特別是電力在中國終端能源所占比重越來越大的趨勢下，加大電網(wǎng)投入，盡快解決中國長距離輸電能力不足的問題對中國經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展有著重要的意義。
在未來，隨著中國經(jīng)濟的進一步發(fā)展，經(jīng)濟發(fā)達的地區(qū)對能源的需求會進一步大幅增加，能源生產(chǎn)中心會隨著能源的深度開發(fā)逐漸西移，能源生產(chǎn)和能源消費的逆向分布現(xiàn)象會進一步明顯[7]。未來，中國的能源總體必將呈現(xiàn)“北煤南運”、“西氣東輸”、“西電東送”、“北油南運”的格局。
2 中國電力能源問題解決途徑分析
電力是一種清潔高效、使用便捷安全、應用范圍最為廣泛的二次能源。電力不僅可以方便地通過各種電器轉(zhuǎn)化為聲、光、熱、力及電物理、電化學作用，而且目前所有的已知一次能源都可以轉(zhuǎn)化為電力。
電力可以在導線中以光速傳輸，在分配體系中無限劃分。電力的這些其他能源無法具有的優(yōu)勢，使其成為現(xiàn)代社會應用最為廣泛的能源。解決能源問題的關(guān)鍵在于如何解決電力問題。
2.1 輸電、輸煤共同發(fā)展
我國傳統(tǒng)的能源運輸方式主要是輸煤方式，即通過鐵路、海運、聯(lián)運等方式將煤炭運到負荷中心，然后在負荷中心的電廠發(fā)電上網(wǎng)。負荷中心中主要集中在東部地區(qū)。多年來，中東部地區(qū)由于大量的煤炭燃燒，導致酸雨、霧霾等環(huán)境問題愈發(fā)嚴重。東部地區(qū)的環(huán)境已經(jīng)不允許進一步發(fā)展火電廠。
輸電方式則是在煤炭產(chǎn)區(qū)建設大型火電廠，通過輸特高壓輸電網(wǎng)絡把電力輸送到負荷中心。同時，大型火電廠中的超臨界機組在技術(shù)層面上環(huán)保，并不比現(xiàn)在天然氣機組在環(huán)保上做的差，對環(huán)境影響較小。實現(xiàn)煤電就地轉(zhuǎn)換，可以發(fā)揮西部地區(qū)資源優(yōu)勢，更關(guān)鍵在于輸電比運煤對環(huán)境的不利影響小。
就輸送成本而言，根據(jù)2011年煤炭價格水平測算，輸電方式的經(jīng)濟性要優(yōu)于輸煤方式。圖5、圖6分別為兩種能源運輸方式示意圖。
圖5 輸電方式
圖6 輸煤方式
近年歷來，隨著煤炭價格、運輸成本走高，同時電網(wǎng)技術(shù)成熟，電網(wǎng)架構(gòu)和輸送能力大大提升，經(jīng)濟輸電距離有了很大的提高。綜合考慮安全、環(huán)境、經(jīng)濟、技術(shù)、民生、土地資源等方面，在煤炭富集區(qū)建立大型電廠，大型能源基地逐漸西移和北移，更加遠離負荷中心。在很長一段時期內(nèi)，我國電網(wǎng)的建設與運行，大容量、遠距離輸電勢在必行[8]。
2.2 大力發(fā)展電動汽車
隨著世界范圍內(nèi)資源、能源及環(huán)境問題日益凸顯，電動汽車以其較高的能量利用率和環(huán)境友好性逐漸取代傳統(tǒng)能源汽車，帶來整個行業(yè)的變革[9]。發(fā)展電動汽車，實現(xiàn)“以電代油”的能源消費模式，降低石油在終端能源的消費比重，減少石油對外依賴，才能保障國家能源安全。
能源供應是電動汽車產(chǎn)業(yè)鏈中的重要環(huán)節(jié)，電動汽車的能源供應模式有兩種，一種是充電模式，另一種是換電模式。充電模式可以簡單理解為電池沒電了，通過充電樁進行充電。換電模式可理解為直接更換電動汽車的電池組來達到為其充電的目的[10]。其中充電方式有3種，即有線充電、無線充電和更換電池方案[11]。
無論那種模式，充換電設施的建設都是必要的。由于電動汽車的充電負荷在時間和空間上的隨機性，大規(guī)模充電會出現(xiàn)諧波污染、電網(wǎng)峰谷差加大、電網(wǎng)設備過載等情況，發(fā)展電動汽車的充換電網(wǎng)絡不只是建設足夠多的充換電站、充電樁，還必須配套開展配電網(wǎng)升級改造。同時，充換電網(wǎng)路中的大型集中充電站還可以作為城市的儲能電站和應急電源。
2.3 大力推動電力進口
我國北部接壤的俄羅斯、蒙古、哈薩克斯坦等國家，這些國家擁有著豐富的煤炭資源、風能、水資源等發(fā)電資源。特別是俄羅斯，極地風能超過55萬億kW·h/年，遠東地區(qū)水能超過1.1億kW·h/年，煤炭儲量超過1.2萬億t。在上述國家投資建設火電站、水電站以及風電站，每年能夠為我國提供可觀的電力能源[12]。
我國南部接壤泰國、緬甸、越南、老撾等國，這些國家擁有著豐富的發(fā)電資源，其中水能資源比較豐富的國家有緬甸、老撾和印度尼西亞；風能資源主要集中在菲律賓、越南、印度尼西亞；太陽能資源以菲律賓、泰國、馬來西亞最為豐富[13]。
同時這些國家電力產(chǎn)業(yè)較為落后，電力供應總量中進口比重較大。在這些國家通過投資建設大型水電廠、火電廠、新能源電廠來獲取清潔電力能源，對于改善國內(nèi)的能源供應結(jié)構(gòu)有著重要的意義。
2.4 電網(wǎng)智能化
從目前發(fā)展階段看，我國和發(fā)達國家的智能電網(wǎng)發(fā)展都處于同一起跑線上。建設智能堅強的電網(wǎng)，為我國實現(xiàn)電網(wǎng)技術(shù)跨越、占領(lǐng)國際電網(wǎng)技術(shù)制高點提供了良好的機遇。目前，電網(wǎng)智能化的重點在于推進電網(wǎng)各個環(huán)節(jié)的智能化[14]，如圖7所示。
圖7 電網(wǎng)智能化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)
我國智能電網(wǎng)相比其他國家的智能電網(wǎng)發(fā)展的特點在于電源接入環(huán)節(jié)發(fā)展電網(wǎng)適應不同類型清潔能源的能力，針對風電、太陽能、潮汐能等清潔能源發(fā)電間歇性、不確定性等特點，通過智能電網(wǎng)實現(xiàn)不同能源間的互補和調(diào)劑，促進清潔能源的高效利用。
將分布光伏、風力發(fā)電站與智能電網(wǎng)相結(jié)合，以滿足電力需求平衡，是未來我國電力發(fā)展趨勢，同時也是我國政府大力推廣的。用電環(huán)節(jié)，構(gòu)建用電服務體系，全面展開雙向互動用電服務，實現(xiàn)用戶和電網(wǎng)之間實時交互相應。建設電動汽車智能換電服務網(wǎng)絡，實現(xiàn)汽車與電網(wǎng)的雙向能量交換，最終有效滿足電動汽車等新型電力服務要求。
3 結(jié)論
作為全球第二大經(jīng)濟體，我國經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展離不開能源的可持續(xù)供應。目前，我國能源狀況并不容樂觀，對外石油依賴逐年上升，環(huán)境保護對于我國能源發(fā)展的約束力越來越強。在能源結(jié)構(gòu)中，煤炭長期占據(jù)主導地位，電氣化水平不高。
能源結(jié)構(gòu)需由高碳型轉(zhuǎn)向低碳型，能源利用必須由粗放型轉(zhuǎn)向節(jié)約型，能源配置需由就地平衡型轉(zhuǎn)向大范圍優(yōu)化配置。加強長距離輸電設施建設；大力發(fā)展電動汽車以減少尾氣排放；加強與周邊國家的能源合作，大力發(fā)展電力進口。這些舉措對于優(yōu)化我國能源結(jié)構(gòu)，節(jié)能減排，緩解環(huán)境壓力，促進社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展有著重要的意義。
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