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浅谈我国电力与能源现状及解决途径

2018-05-24 15:48:15
来源: 万选通资讯
分类: 行业动态
导读

目前,我国一次能源消费结构单一,化石能源主要以煤炭为主,优质化石能源相对不足,终端能源消费结构中电能比重不断增大,石油的对外依赖度逐年上升,能源配置方式不科学。

云南民族大学电气信息工程学院的研究人员武平、郭巍等撰文指出,改革开发以来,我国经济快速发展的同时,每年对能源的需求持续增长。能源的可持续供应已经是中国经济可持续发展必须面对的问题。

目前,我国一次能源消费结构单一,化石能源主要以煤炭为主,优质化石能源相对不足,终端能源消费结构中电能比重不断增大,石油的对外依赖度逐年上升,能源配置方式不科学。

针对上述情况,本文重点分析我国近年来电力与能源状况,就目前我国能源问题、电力问题(如电力投入失衡,电网发展不足,长距离输电能力薄弱等)进行讨论,从长距离输电、电力进口、电动汽车发展以及电网智能化这几个方面进行分析,针对我国电力能源现状,提出解决途径。

21世纪初,以煤炭、石油、天然气为主的化石能源已经成为世界能源供应的主体,占全球能源消费总量的80%左右[1],提供了几乎所有的运输能源和70%的发电用一次能源。能源的开发利用促进了人类文明的发展,现代的工业、农业、服务业都需要庞大的能源来支撑。

能源已经成为现代社会可持续发展的关键因素。为了争夺有限的石油能源,中东地区在短短几十年里爆发了数次战争。伴随着两次石油危机的发生,廉价的能源时代已经告终。目前,发展中国家由于无法从国际市场中获取廉价的能源,简单复制发达国家的经济发展模式是不可行也是不可能的。

作为全世界最大的发展中国家,中国必须依靠创新,推动发展方式转型,走符合自己国情的发展道路,实现可持续发展。

1 中国能源概况

中国能源资源总量较为丰富,但人均占有量和优质资源相对其他国家较少。自1978年改革开放以来,随着中国经济的快速发展,能源产业迅速发展,能源消费量大规模增长。20世纪90年代,从能源出口国变为了能源纯进口国。

目前,能源的可持续供应对中国经济的约束力强于以往任何时期,加强国家能源合作,开辟非洲等地能源产地,加快改变国内能源供给单一模式是中国经济可持续发展必由之路。

1.1 中国能源优缺点分析

中国的化石能源主要以煤炭为主,优质化石能源相对不足。虽然中国油气田勘探较早,未来产量还有增加的潜力,但总体来看,油气资源与中国经济社会发展需求相比仍有较大差距。由于人口众多,中国人均化石资源占有量远低于世界平均水平,具体数据见表1[1]。

表1 2010年世界及中国人均化石资源占有量

值得一提的是,中国可再生能源开发潜力巨大。目前,水电开发量为5.4亿kW,位居世界第一;生物质能年可利用资源量为9亿t标准煤[2];西北地区风能资源丰富;西南、东南地区水电资源丰富;中国太阳能发电装机容量可达到34.5亿kW。

上述数据表明,中国新能源的开发已具有一定规模,可再生、低污染能源的发展在未来有着巨大的潜力。

1.2 中国电力生产

自1978年的改革开放历来,中国发电装机容量和发电容量保持快速增长,年均增速超过能源生产增速。到2012年底,中国已经超过美国成为世界第一电力生产大国。全国电力装机达到11.4亿kW。其中水电装机达到2.49亿kW,位居世界第一[3]。

截止2013年底,中国风电装机总容量达9万MW,其中蒙东、吉林和甘肃等地区的风电装机容量已经超过负荷的30%,风力发电已成为中国重要的发电方式,进一步发展风电站,是未来中国电力发展的趋势。虽然目前新能源发展形势迅猛,但是水电、火电是未来中国电力发展的基础。

中国的电力生产以火电为主,电力生产结构与发达国家存在着较大的差异。目前,世界上发达国家的发电结构中,气电、核电占有较大比重,而中国以煤电为主。从1980年到2010年,中国的电力生产结构已经有了明显改进,分别如图1、图2所示。

图1 1980年中国发电装机结构

根据以上由中国电力企业联合协会提供的数据可以发现,与较发达国家相比,中国电力生产结构以水电、煤电为主,清洁能源发电比重较低。随着化石能源的不断枯竭、开采成本不断提高、国际环境保护压力加大,未来中国电力生产结构中核电、非水可再生资源发电比重必将进一步提升,煤电比重会有所下降。

根据上述情况分析以及相关数据,预测2030年中国发电装机结构,如图3所示。

图3 2030年中国发电装机结构

1.3 中国能源面临的重大问题

中国从改革开放以来,在短短的几十年里,能源事业的发展取得了举世瞩目的成就,然而中国能源产业也面临着诸多的难题和挑战。

总体而言,经济的快速发展对能源需求的持续增长与化石能源的不可再生性的矛盾加剧;环境的约束力日益突出;能源特别是石油能源的对外依赖程度加深,保障能源持续供应压力越来越大;能源资源与能源需求分布严重不平衡。以下进行具体分析。

1)可持续供应的难题

按照我国政府制定的“新三步走”战略规划,2020年要全面建成小康社会;2050年,基本实现现代化。未来很长一段时期,经济仍保持平稳较快增长的速度。换言之,中国未来对能源需求依旧旺盛。表2为国内外机构对中国未来能源需求的预测[5]。

表2 国内外机构对中国未来能源的需求预测

2)能源投资比重失衡

1978年改革开放以来,我国的电力供应大部分时间处于偏紧状态,主要原因在于“重发轻供”现象严重,换言之就是电力投资长期向生产方面投入大,电网投入小。电网建设严重滞后,电网作为一种重要的能源运输方式,电网远距离输电能力的不足,客观上也加大了铁路运输的压力。形成这样一种怪相,即“电厂遍地是,停电到处有”。图4为中国近几十年里电力投入比重分布[6]。

图4 中国电源、电网投资占电力投资比重

中国经济进一步发展,在能源逆向分布越来越明显的环境下,必须加强能源运输方面的建设,配置方式由就地平衡型转向大范围优化配置型,特别是电力在中国终端能源所占比重越来越大的趋势下,加大电网投入,尽快解决中国长距离输电能力不足的问题对中国经济可持续发展有着重要的意义。

在未来,随着中国经济的进一步发展,经济发达的地区对能源的需求会进一步大幅增加,能源生产中心会随着能源的深度开发逐渐西移,能源生产和能源消费的逆向分布现象会进一步明显[7]。未来,中国的能源总体必将呈现“北煤南运”、“西气东输”、“西电东送”、“北油南运”的格局。

2 中国电力能源问题解决途径分析

电力是一种清洁高效、使用便捷安全、应用范围最为广泛的二次能源。电力不仅可以方便地通过各种电器转化为声、光、热、力及电物理、电化学作用,而且目前所有的已知一次能源都可以转化为电力。

电力可以在导线中以光速传输,在分配体系中无限划分。电力的这些其他能源无法具有的优势,使其成为现代社会应用最为广泛的能源。解决能源问题的关键在于如何解决电力问题。

2.1 输电、输煤共同发展

我国传统的能源运输方式主要是输煤方式,即通过铁路、海运、联运等方式将煤炭运到负荷中心,然后在负荷中心的电厂发电上网。负荷中心中主要集中在东部地区。多年来,中东部地区由于大量的煤炭燃烧,导致酸雨、雾霾等环境问题愈发严重。东部地区的环境已经不允许进一步发展火电厂。

输电方式则是在煤炭产区建设大型火电厂,通过输特高压输电网络把电力输送到负荷中心。同时,大型火电厂中的超临界机组在技术层面上环保,并不比现在天然气机组在环保上做的差,对环境影响较小。实现煤电就地转换,可以发挥西部地区资源优势,更关键在于输电比运煤对环境的不利影响小。

就输送成本而言,根据2011年煤炭价格水平测算,输电方式的经济性要优于输煤方式。图5、图6分别为两种能源运输方式示意图。

图5 输电方式

图6 输煤方式

近年历来,随着煤炭价格、运输成本走高,同时电网技术成熟,电网架构和输送能力大大提升,经济输电距离有了很大的提高。综合考虑安全、环境、经济、技术、民生、土地资源等方面,在煤炭富集区建立大型电厂,大型能源基地逐渐西移和北移,更加远离负荷中心。在很长一段时期内,我国电网的建设与运行,大容量、远距离输电势在必行]。

2.2 大力发展电动汽车

随着世界范围内资源、能源及环境问题日益凸显,电动汽车以其较高的能量利用率和环境友好性逐渐取代传统能源汽车,带来整个行业的变革[9]。发展电动汽车,实现“以电代油”的能源消费模式,降低石油在终端能源的消费比重,减少石油对外依赖,才能保障国家能源安全。

能源供应是电动汽车产业链中的重要环节,电动汽车的能源供应模式有两种,一种是充电模式,另一种是换电模式。充电模式可以简单理解为电池没电了,通过充电桩进行充电。换电模式可理解为直接更换电动汽车的电池组来达到为其充电的目的[10]。其中充电方式有3种,即有线充电、无线充电和更换电池方案[11]。

无论那种模式,充换电设施的建设都是必要的。由于电动汽车的充电负荷在时间和空间上的随机性,大规模充电会出现谐波污染、电网峰谷差加大、电网设备过载等情况,发展电动汽车的充换电网络不只是建设足够多的充换电站、充电桩,还必须配套开展配电网升级改造。同时,充换电网路中的大型集中充电站还可以作为城市的储能电站和应急电源。

2.3 大力推动电力进口

我国北部接壤的俄罗斯、蒙古、哈萨克斯坦等国家,这些国家拥有着丰富的煤炭资源、风能、水资源等发电资源。特别是俄罗斯,极地风能超过55万亿kW˙h/年,远东地区水能超过1.1亿kW˙h/年,煤炭储量超过1.2万亿t。在上述国家投资建设火电站、水电站以及风电站,每年能够为我国提供可观的电力能源[12]。

我国南部接壤泰国、缅甸、越南、老挝等国,这些国家拥有着丰富的发电资源,其中水能资源比较丰富的国家有缅甸、老挝和印度尼西亚;风能资源主要集中在菲律宾、越南、印度尼西亚;太阳能资源以菲律宾、泰国、马来西亚最为丰富[13]。

同时这些国家电力产业较为落后,电力供应总量中进口比重较大。在这些国家通过投资建设大型水电厂、火电厂、新能源电厂来获取清洁电力能源,对于改善国内的能源供应结构有着重要的意义。

2.4 电网智能化

从目前发展阶段看,我国和发达国家的智能电网发展都处于同一起跑线上。建设智能坚强的电网,为我国实现电网技术跨越、占领国际电网技术制高点提供了良好的机遇。目前,电网智能化的重点在于推进电网各个环节的智能化[14],如图7所示。

图7 电网智能化的关键环节

我国智能电网相比其他国家的智能电网发展的特点在于电源接入环节发展电网适应不同类型清洁能源的能力,针对风电、太阳能、潮汐能等清洁能源发电间歇性、不确定性等特点,通过智能电网实现不同能源间的互补和调剂,促进清洁能源的高效利用。

将分布光伏、风力发电站与智能电网相结合,以满足电力需求平衡,是未来我国电力发展趋势,同时也是我国政府大力推广的。用电环节,构建用电服务体系,全面展开双向互动用电服务,实现用户和电网之间实时交互相应。建设电动汽车智能换电服务网络,实现汽车与电网的双向能量交换,最终有效满足电动汽车等新型电力服务要求。

3 结论

作为全球第二大经济体,我国经济的可持续发展离不开能源的可持续供应。目前,我国能源状况并不容乐观,对外石油依赖逐年上升,环境保护对于我国能源发展的约束力越来越强。在能源结构中,煤炭长期占据主导地位,电气化水平不高。

能源结构需由高碳型转向低碳型,能源利用必须由粗放型转向节约型,能源配置需由就地平衡型转向大范围优化配置。加强长距离输电设施建设;大力发展电动汽车以减少尾气排放;加强与周边国家的能源合作,大力发展电力进口。这些举措对于优化我国能源结构,节能减排,缓解环境压力,促进社会经济可持续发展有着重要的意义。

新闻底部图4月新640.jpg

来源:《电气技术》杂志

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