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“能源生产电力化,电力生产清洁化”,将带来哪些变革

点击:       添加时间:2021-06-22       来源:瞭望

能源产业牵一发动全身,是关系国计民生的重大基础性产业。能源产业的历次变革,都对经济与社会发展产生了长远而又深刻的影响。

畅销书《第三次工业革命》《零边际成本》和《零碳社会》的作者杰里米·里夫金在他的书里提到了一个命题:当交通、通信和能源三个要素同时发生变化时,也意味着新经济体系正在形成。

19世纪,由蒸汽驱动的印刷机和电报机、丰富的煤炭资源和国家铁路系统(以火车为代表)的结合,形成了推动社会转型的通用技术平台,从而引发了第一次工业革命。蒸汽机技术创新对能源发展产生了划时代的影响,推动了煤炭的大规模高效开发和利用,促使社会生产从手工劳动转向大机器生产,极大地提升了劳动效率和社会生产力。19世纪后期,蒸汽机技术的提升潜力越来越小,对煤炭主导的能源发展的推动作用开始逐渐减缓。

20世纪,电力、电话、广播、电视、廉价的石油和国家公路系统(以内燃机车为代表)的紧密结合,为第二次工业革命创造了基础设施。随着内燃机、电动机的出现和广泛应用,以石油和电力为代表的新的能源形式推动了能源效率和劳动生产力进一步提升。

现在,我们正处于第三次工业革命之中。在物联网平台上,数字化通信互联网融合了数字化可再生能源互联网(由太阳能和风能驱动)和数字化交通运输互联网(由绿色能源驱动的无人驾驶电动汽车和燃料电池汽车组成),将改变21世纪的社会和经济。

以谷壳和鸡粪混合物为原料发电的环保电厂——福建凯圣生物质热电厂

新变革的落脚点

电能是清洁、高效、便捷的二次能源,是工业化进程的“助推器”。当前,在新一轮科技革命的推动下,能源电力的开发更加绿色化,电力的输送与使用更加智能化,能源电力与经济社会和人民生活的融合更加密切,以电为中心的现代能源体系特征愈发明显。这一轮能源产业的新变革,最主要的落脚点就在电力上,是以“能源生产电力化,电力生产清洁化”为基本特征的电力新变革。

从能源生产侧来看,2018年,我国发电用能占比达到46.4%,高于世界平均水平;到2035年,我国发电用能占比有望达到57%。在供给侧,非化石能源取代化石能源的条件初步具备。基地式规模化的开发使得新能源上网电价已具备同火电标杆电价同台竞争的潜力;储能技术的快速发展及成本持续下降和具有针对性的电力需求侧管理,可以有效克服新能源的不稳定性;智能控制技术的广泛应用使能源电力资源能在更大范围内实现灵活高效配置,实现发电和负荷的动态匹配,促进不稳定非化石能源的消纳。《中国电力行业年度发展报告2020》的数据显示,2019年全国新增发电装机容量10500万千瓦,其中新增并网风电和太阳能发电装机容量分别为2572万千瓦和2652万千瓦,合计新增占全国新增发电装机容量的49.75%,电力生产结构持续优化。

在消费侧,大规模电能替代化石能源初具经济性。在上一轮电力革命的基础上,正在进行的新一轮深度电气化和“再电气化”如火如荼。与其他能源品种相比,电能的终端利用效率最高,可以达到90%以上。中国的数据表明,电能的经济效率是石油的3.2倍、煤炭的17.3倍,即1吨标准煤当量电能创造的经济价值与3.2吨标准煤当量的石油、17.3吨标准煤当量的煤炭创造的经济价值相当。随着电力在终端消费比例的不断提高,各种能源之间的融合和替代也在加强。数字化技术的应用也前所未有地将各个能源品类以更优化的方式结合起来,能够以更加清洁和低碳的方式供应能源。

工业领域是当前替代电量的主要来源。随着产业结构优化升级以及终端用能电气化技术的迅速发展,特别是冶金、陶瓷、供暖等工业电气化行业技术不断向绿色、智能、数字化方向发展,电能对终端化石能源的替代将不断深化。汽车动力正在从汽柴油大规模转向动力电池,全社会的云端化、智能化正推动大规模数据中心的快速扩容,以工业互联、智能家居等为代表的物联网设备的指数级增长,加上汽车工业的电气化转型,将使未来的电力需求越来越大。随着新能源上网电价下降,通过拉大峰谷电价差,特别是降低谷电价格,可以在供暖和交通领域实现大规模电能替代,促进以电为核心的能源消费新时代加速到来。

能源技术创新方向

未来电力发展格局取决于技术的发展方向及发展速度,受研发、市场、需求、国外引进等多方面因素的影响。《能源技术革命创新行动计划(2016—2030年)》《能源装备实施方案》等文件,明确了“十三五”乃至国家中长期能源技术创新发展的主要方向,包括高效太阳能利用、大型风电、氢能与燃料电池、生物质能、海洋能、地热能、先进储能、现代电网、能源互联网、节能与能效提升等。

工业领域未来应重点关注高效电转蒸汽、大规模电制氢等技术,研发核心技术装备并推广应用,持续深挖工业领域替代潜力。

建筑领域,供冷供暖方面电能替代潜力可期。未来应重点发展高效电制冷/热、高密度低成本蓄冷/热、储能等技术,提升现有技术装备能效水平,降低建设运营成本,进一步提升建筑领域电气化水平。

交通领域的电能替代整体处于快速发展阶段。未来应聚焦汽车、船舶电气化方向,重点开展新能源汽车充电桩、新能源船舶等关键技术研究,提出典型设计方案。长远来看,需加强长寿命、低成本、智能化、高可靠性的海、陆、空电气化交通工具研究,全面推动我国交通领域电气化,为电能替代提供新引擎。

同时,应加强电能替代技术与人工智能、边缘计算、5G等技术的融合应用,不断提升终端电能消费设备数字化、智能化水平,助力电能在终端用能结构中的占比持续提升。

电力员工在北辰新能源公交汽车基地开展电动汽车充电维护工作 国家电网新闻客户端电网头条供图

零碳社会的新经济

展望未来,电力新变革将在哪些方面促进社会经济发展模式的变革?

首先是减少碳排放,使整个社会向零碳迈进。

以化石能源为主导的一次能源消费,构成了全球碳排放的主要来源之一。2030年前碳达峰、2060年前碳中和目标实现的重要途径是大规模发展非化石能源,因此,电力的绿色转型是实现碳中和的基础。光伏和风电的全产业链创新和降低成本是未来实现可再生能源发电高速增长的最重要驱动力。随着更大规模的低成本的可再生能源发电供给越来越多,可再生能源电力制氢(“绿氢”)也将变得更加经济可行,使很多很难电气化的工业领域实现碳中和成为可能。

其次是产业链重塑,促进新模式新业态涌现。

电力大变革催生一些新的产业和企业,同时也会使一些传统产业和企业面临转型调整的挑战。一方面,随着中国经济转向高质量发展阶段,市场化改革推进以及新技术带来的产业调整,电力行业的商业模式也在不断迭代创新,新业态不断涌现。能源、电力、用户三者之间的关系变得越来越紧密,以客户需求为中心的经营理念将创造出更加多元的服务模式。如综合能源服务具有提升能源效率、降低用能成本、促进竞争等特点,使能源的供应、服务、用能等方面日趋多元化。另一方面,未来商业模式创新也来源于技术突破的应用以及政策扶持的叠加。可再生能源大规模高比例并网带来的安全挑战,以及互联网、大数据、云计算、人工智能等现代信息技术与能源电力深度融合而塑造出的新业态、新模式均待深入探讨与验证。对于电力行业从业者而言,未来十年是大变革期,也是历史机遇期。

第三是助力新型城镇化,改变城乡发展格局。

伴随着城镇化的发展,能源需求是逐步上升的。城镇化过程需要能源供给,新型城镇化更需注重生态绿色。化石能源支持下的工业文明,已经造成了城乡二元对立,新能源支持下的生态文明,则将助力新型城镇化,改变城乡发展格局。新能源相对均衡分布的特点,决定了其利用的天然优势在中小城市和农村。不仅有土地资源可供风电和太阳能开发利用,而且还有丰富的生物质资源,可直接用于供热,或生产沼气,或以热电联产方式进行利用等。河南省兰考县的经验证明,全国大部分农村不仅可以做到能源基本自给,有的甚至还可以向城市提供富余电力。在新型城镇化的规划和建设中,统筹做好农村可再生能源的开发利用,是彻底改变农村面貌,实现乡村振兴和农村现代化的一个新途径或突破口。未来将有越来越多的农户成为新能源的“产销者”。


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