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“十四五”能源电力发展重大问题展望探讨

作者:中国储能网新闻中心 来源:能源杂志 发布时间:2020-05-23 浏览:
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当前世界范围内能源转型加速,国家电网公司也提出建设具有中国特色国际领先的能源互联网企业的战略目标。建设能源互联网是承接国家能源安全新战略,推动电网和发展高质量发展的关键。在新时代和新战略下,对能源互联网的认识也需要不断深化。国网能源研究院能源互联网研究所聚焦于能源互联网基础理论、综合能源系统规划优化与市场机制、能源电力转型发展、能源互联网新技术新元素、城市智慧能源系统等领域开展了深入研究。本专栏围绕能源互联网关键问题,从理论研究、模型方法和经验实践等方面展开,结合相关成果和研究思考与读者进行交流分享。

文章导读:本文基于相关情景展望分析,深入研判近中期能源发展形势,以期为“十四五”能源规划研究工作提供借鉴。能源需求方面,预计2025年终端能源需求接近40亿吨标准煤,电气化水平持续提升,2025年电气化率将达到30%左右,电能超过煤炭成为最主要的终端用能品种,建筑部门成为电气化率提升的“第一引擎”。能源供应方面,化石能源需求量预计在2025年前后达到峰值43亿~44亿吨标准煤,非化石能源占一次能源比重有望达到20%。能源安全方面,我国石油对外依存度将在高位徘徊,天然气对外依存度逐年上升,提升电气化水平有助于提高能源自给率。此外,“十四五”期间能源、信息、交通等各类基础设施将呈现融合发展态势,需求响应、储能等多种能源电力新元素新业态迎来发展机遇期。

“十四五”能源电力发展重大问题展望探讨

执笔人:张宁、汤芳、代红才

(国网能源研究院 能源互联网研究所)

“十四五”时期是我国由全面建成小康社会向全面建设社会主义现代化国家迈进的关键时期,能源行业也将进入转型变革的攻坚期。随着能源革命深入推进,能源高质量发展要求更加突出,供需格局将发生深刻变化,绿色转型任务愈发艰巨;能源安全仍面临多重挑战,新旧风险交织并存;基础设施不断融合发展,新模式新业态将创造发展机遇,带动产业转型升级。本文通过相关情景预测分析,深入研判近中期能源发展形势,围绕“十四五”能源电力发展的部分关键问题提出发展展望及政策建议,以期为“十四五”能源规划前期研究工作提供借鉴。

一、能源电力需求

我国经济已进入高质量发展阶段,从短期来看,受世界经济增长下滑、中美经贸摩擦等外部不利条件影响,GDP增速出现放缓迹象,能源电力需求增速亦随之相对放缓。

终端能源需求保持低速增长,预计2025年接近40亿吨标准煤,增量主要来源于建筑和交通部门。预计“十四五”期间,我国终端能源需求保持1.2%~1.5%的增长速度,2025年达到38.0亿~39.6亿吨标准煤(终端能源需求量按电热当量法计算)。工业部门用能已经进入峰值平台期,2025年前保持在21.0亿~22.2亿吨标准煤的高位水平,占比约为55%;建筑行业随着城镇化进程推进和居民舒适度要求提升,用能高速增长,2025年约为9.4亿~9.6亿吨标准煤,占比为24%~25%;交通部门受居民出行需求增加和运输行业发展升级的影响,用能持续攀升,2025年约为6.5亿~7.0亿吨标准煤,占比为17%~18%。

“十四五”期间全社会用电量年均增速预计为4%~5%,2025年达到约9.5万亿千瓦时,最大负荷增速快于用电量增速,负荷峰谷差呈增大趋势。我国电力需求总量将持续增长,预计2025年全社会用电量将从2018年的6.9万亿千瓦时增长至9.5万亿千瓦时左右,年均增速4%~5%。“十四五”期间最大用电负荷增速快于用电量增速,尤其是随着空调、电采暖等设施日益普及,显著推高了最大负荷水平,2025年将达到16亿千瓦左右,用电负荷峰谷差达4亿千瓦左右,电力平衡将成为电力系统规划运行的关键制约因素。

电气化水平持续提升,2025年电气化率将达到30%左右,电能超过煤炭成为最主要的终端用能品种,建筑部门成为电气化率提升的“第一引擎”。随着新一轮电气化快速推进,电能占终端能源需求的比重持续提高,2025年有望达到29%~31%。工业是我国电力消费的主要部门,随着我国产业向中高端迈进,高附加值产品生产工艺用电量将显著提升,预计2025年工业部门用电量约占全社会用电量的58%。建筑部门电力需求增长明显快于工业部门,成为电气化率的第一增长极,采暖成为电能替代的重要领域,预计2025年建筑部门用电量约占全社会用电量的36%。交通部门用电量基数小,随着电动汽车的进一步推广普及,2025年约占全社会用电量的3%。

二、能源电力供应

我国能源供给保障能力逐步增强,供给侧结构性改革将深入推进,“十四五”期间持续推动煤炭的清洁利用,加强清洁能源在能源供给方面的有效贡献,切实缓解能源发展不平衡不充分问题。

一次能源需求总量增速持续放缓,化石能源需求量预计在2025年前后达到峰值43亿~44亿吨标准煤,非化石能源占一次能源比重稳步提升,2025年有望达到20%,提前实现2030年发展目标。预计我国一次能源需求总量2025年达到55亿~56亿吨标准煤(一次能源需求量按发电煤耗法计算),化石能源需求量在2025年前后达峰,峰值约为43亿~44亿吨标准煤。煤炭总量规模仍处于峰值平台期,峰值约28亿吨标准煤,但煤炭占一次能源需求的比重持续下降,2025年降至50%以下,比当前水平下降近10个百分点。石油需求量稳中有升,2025年达6.7亿~7.1亿吨标油,占一次能源需求的比重约为17%~18%。天然气需求量上升明显,2025年增至4100亿~4500亿立方米,占一次能源需求比重增至10%~11%。水能和核能保持相对稳定,2025年占一次能源需求分别约为8%和4%。风能和太阳能开发利用水平持续提升,2025年占一次能源需求比重达到5%~6%和2%~3%。非化石能源占一次能源比重稳步增长,2025年有望达到20%~22%。

2025年我国电源装机总容量将达到26亿~29亿千瓦,其中煤电装机容量12亿~13亿千瓦,是我国实现经济可靠电力供应的重要保障,“十四五”期间煤电仍有1亿~2亿千瓦增长空间,离达峰尚有距离。“十四五”期间我国电源装机保持较快增长,预计2025年达到约26亿~29亿千瓦,各类电源呈现协调发展态势。为应对“十四五”期间的电力需求增长和新能源渗透率提升,煤电仍是最为经济可靠的选择。预计2025年煤电装机容量将达到12亿~13亿千瓦,即“十四五”期间仍有1亿~2亿千瓦的增长空间。针对东中部地区逐步凸显的负荷缺口,在控制煤炭消费总量的前提下可适当放宽部分省份煤电建设约束,充分发挥其对电力平衡的支撑作用,提升电力供应保障能力。

2025年我国风电、光伏发电装机有望实现“双4亿”发展规模,布局继续适当向东中部倾斜,新能源发展进入平价上网时代。考虑国家能源转型要求、发电成本下降等因素,“十四五”期间新能源增长动力依然强劲。规模上,预计2025年我国风电、光伏发电装机将分别达到4亿千瓦左右。布局上,应坚持新能源集中式与分布式开发并举,继续推动东中部地区新能源发展,充分利用东中部的消纳市场空间,在具备消纳条件的情况下稳妥推进“三北”地区新能源开发。此外,“十四五”期间新能源将逐步实现平价上网,摆脱国家财政补贴依赖意味着新生事物发展成熟,开启产业发展新阶段。

三、能源电力安全

保障能源安全是我国“十四五”期间面临的重大战略问题。当前,我国油气对外依存度持续攀升,国际局势复杂变化对我国保障能源安全不断提出新挑战、增添新风险。大力发展清洁能源、提升终端电气化水平是解决能源安全的重要方向。与此同时,高度清洁化、电气化、智能化会增加电网安全稳定运行风险和网络安全隐患。因此亟需多措并举,确保能源安全和电网安全。

我国石油对外依存度将在高位徘徊,天然气对外依存度逐年上升,提升电气化水平有助于提高能源自给率。能源对外依存度、石油对外依存度和天然气对外依存度在“十四五”期间均呈上升态势,预计2025年分别达到17%~19%、70%~72%和47%~52%,能源安全问题亟需引起重视。在电气化水平更快提升的情景下,油气需求峰值较低且达峰时间提前。基于相关模型预测和情景分析,2025年电气化率提升1%,能源对外依存度、石油对外依存度和天然气对外依存度分别降低约1%、1%、2%。

“十四五”期间我国电力系统安全将面临新能源渗透率提高、能源信息融合程度增强两方面的全新考验。“十四五”期间新能源渗透率仍将持续提升,其在出力置信水平、转动惯量等方面的劣势将对电力系统安全稳定运行造成负面影响,特别是大量分布式新能源接入配电网,系统安全稳定问题将呈现出新特征。同时,数字化技术广泛应用于电力系统后,存在网络攻击与数字系统可靠性风险,带来一系列非传统安全问题,应在“十四五”期间得到充分重视。

四、基础设施融合发展

随着跨领域交叉科学技术的创新突破,“十四五”期间能源基础设施发展将呈现融合协同的新模式,以打破竖井壁垒、实现更大范围的提质增效,既包括不同能源系统间的融合发展,也包括能源与交通、信息基础设施的融合发展。

从能源系统自身来看,“十四五”期间综合能源系统有望成为我国能源提质增效的发展方向,电、热、气等不同能源系统之间相互耦合逐步增多,电-热协同宜作为发展重点,工业园区将成为突破口。“十四五”期间,阻碍我国多能互补发展的“竖井式”壁垒有望在一定程度上得以打破,叠加多能转换与集成优化技术进步,综合能源系统将迎来发展机遇期。领域方面,电-热协同互补潜力较大,热力系统时间惯性大的特点决定了其可为电力系统提供灵活调节资源,适合作为“十四五”期间发展重点。区域方面,工业园区能源需求密度较高且类型多元,有望成为综合能源系统落地发展突破口,城市新区和大型能源基地亦具备一定发展潜力。通过优化电、热、气供应设施布局,促进规划和运行层面的多能互补,将助力我国能源利用提质增效。

从能源与交通融合来看,电动汽车充电设施与交通系统协同优化是“十四五”期间能源、交通两类传统基础设施融合发展的主要形式。随着电动汽车渗透率持续提升,充电桩、充(换)电站将成为基础设施的重要增量,是能源系统与交通系统的关键耦合点,宜通过跨系统协调规划推动能源交通基础设施发展建设一体化,通过车联网等平台实现“车桩网”运行优化一体化。此外,站址协同利用也是能源交通融合发展的体现形式,如基于变电站建设充换电站、依托交通基础设施布局分布式能源等。

从能源与信息融合来看,能源系统将与5G、物联网、工业互联网等新型基础设施实现耦合发展,基础设施复用成为重要着力点。发展新型基础设施,支撑数据驱动的新兴产业落地,是未来一段时间我国经济内生增长的重要逻辑。“十四五”期间,能源基础设施将与数字驱动的新型基础设施实现融合发展。一方面,依托已有能源基础设施建设5G基站等新型基础设施,减少征地与基建成本,近期有望在杆塔复用、综合管廊等方面取得突破。另一方面,数字革命将成为能源革命的重要驱动因素,通过推动电网、油气管网与物联网的融合发展,将充分提升能源系统运行效率和服务水平,培育新业态、新模式,促进行业生态进化。

五、新元素新业态

在技术发展突破、政策鼓励支持、商业模式创新等多方面因素作用下,近年来能源电力系统中涌现出一批新元素新业态,尤其以需求响应、储能、虚拟电厂、氢能、综合能源服务等为典型代表,有望在“十四五”期间取得长足发展。

需求响应应成为“十四五”电力系统发展规划和调度运行中的重要资源,2025年响应规模有望达到7000万千瓦,将以市场化方式优化延缓电源电网投资。“十四五”期间我国东中部区域负荷高峰时段电力供需平衡将面临较大压力,考虑到占最大负荷5%的尖峰负荷通常仅持续数十小时,且夏峰、冬峰中降温、采暖负荷占比均已接近30%,负荷调节潜力可观。我国需求侧资源利用正从行政式管理向市场化响应转变,但面临电价机制不灵活、市场机制不成熟、参与主体不广泛等问题。“十四五”期间如相关机制能够逐步理顺,预计2025年我国需求响应规模有望达到7000万千瓦,占最大负荷的4%左右。需求响应参与电力供需平衡,有助于提高电力系统运行效率、延缓电源电网投资。

电化学储能迎来提质增效的发展新阶段,在相关市场机制建立健全的情况下,“十四五”期间仍有较大发展潜力。尽管电化学储能发展环境面临变化,预计“十四五”期间仍将总体呈现良好发展态势,阶段性困境将倒逼储能行业实现提质增效。电源侧储能以配合电源机组调峰调频为主,将成为促进新能源消纳和保障电力系统安全高效运行的关键元素;电网侧储能发展前景尚不明朗,预计“十四五”期间增长空间有限;用户侧储能的商业模式相对多元,在“十四五”期间发展潜力可观。随着辅助服务市场、现货市场以及容量市场的逐步建立健全,储能的系统价值将得以充分体现,有效保障储能项目的投资回收途径。

虚拟电厂将成为整合利用用户侧资源的重要手段,促进分布式能源高效利用。虚拟电厂是互联网思维与前沿信息技术促进能源电力系统业态创新的典型代表。随着能源互联网逐步建成,“十四五”期间虚拟电厂有望迎来爆发式增长阶段。基于商业模式创新,通过物联网技术、先进调度控制技术,对各类分布式能源、储能、交互式用能设施进行整合调控,作为一个特殊电厂参与电网运行和市场交易,为电力系统提供调峰、调频、备用等辅助服务,对未来提高分布式能源系统友好属性、保障电力安全供应大有裨益。

氢能技术进入试验示范期,“十四五”是产业发展重要布局阶段,有望成为新的投资热点。“十四五”期间氢能占终端能源需求比重仍处于较低水平,预计不超过1%,但“十四五”是影响我国氢能产业未来发展的重要布局期,是氢能及燃料电池技术创新突破的攻坚期,如能够加强顶层设计,科学布局氢能及燃料电池技术研究和示范,并形成相关技术标准,将为产业长远发展奠定良好的基础。在生产侧,降低氢能制取的成本和环境代价是发展方向;在输配侧,氢能液态、固态高效储运技术是重点攻关课题;在消费侧,结合重卡、轮船等应用场景的燃料电池研发和试验示范将进一步加强。

综合能源服务产业将进入快速成长阶段,亟需打破体制和技术壁垒,提升能源一体化供应保障能力,满足客户高质量能源服务需求。综合能源服务是面向能源系统终端,通过能源品种组合、技术进步、商业模式创新、系统集成等方式,使客户收益或满足感得到提升的行为,既有简单组合式的“综合”,又有融合创新式的“综合”。国内大型能源企业、新兴能源公司、互联网企业等纷纷布局,面向客户提供能源整体解决方案,满足其多元化、定制化能源需求。“十四五”期间我国综合能源服务产业将进入快速成长期,预计市场潜力将从0.5万亿~0.6万亿元增长到0.8万亿~1.2万亿元。能源产业亟需打破体制壁垒和技术壁垒,提升综合能源规划、建设、运营、交易能力,进一步完善能源价格的市场化机制,拓展能源增值服务的利润空间,更好满足终端用户降本增效的需求。

六、政策建议

一是进一步发挥战略规划的引领作用。立足“五位一体”总体布局,积极探索把握新时代能源发展规律,尽快确立“十四五”及更长一个时期的能源发展规划,出台推动能源事业高质量发展的指导意见,积极融入、主动服务国家重大区域发展战略,不断推进“四个革命、一个合作”向纵深发展。

二是系统性制定能源转型相关政策。推进终端电能消费占比持续提升,鼓励化石能源清洁化利用,促进清洁能源高效化发展,切实保障国家能源安全,促进能源基础设施融合发展,培育能源产业新元素新业态。在政策体系上,把规划计划和产业、环保、财税金融等政策更好结合起来,不断提升能源治理体系和治理能力现代化水平。

三是深入推进能源领域市场化改革。逐步破除阻碍能源高质量发展的体制机制弊端,尽快建立完善辅助服务市场、现货市场等机制,探索建立容量市场,有效激发各类市场主体活力,提高常规电源机组建设的积极性,保障电力系统安全可靠运行。

四是将科技创新作为引领能源行业转型发展的第一动力。加强能源开发利用关键技术研究,加快推进能源技术装备自主化进程,力争在能源数字化、大规模储能、氢能、燃料电池等重点领域取得突破,以创新驱动提高全要素生产率,抢占能源转型变革先机。

作者介绍

张宁,国网能源研究院能源互联网研究所研究员,博士,高工,从事能源电力规划、能源转型、能源互联网、综合能源等领域研究。发表SCI、EI检索论文30余篇,一作非综述类论文他引百余次,担任《Energy》等20余个SCI期刊审稿人。出版中文专著4部,英文专著3部(含Springer出版专著1部),参编国网标准3项。曾获行业级一等奖、二等奖,国家电网公司特等奖、一等奖、二等奖等奖项。

汤芳,国网能源研究院能源互联网研究所综合能源研究室研究员,博士,高级工程师,长期从事综合能源服务、能源发展规划、企业运营战略、能源互联网等方面的研究工作。近年来先后主持或参与国家能源局、国家电网公司等委托的数十项科研课题,曾获得行业协会、国家电网公司奖励十余项,出版专著4部,第一作者发表学术论文核心期刊或三大检索论文十余篇。

代红才,国网能源研究院能源互联网研究所所长,IEEE PES能源互联网专委会政策与规划分委会副主任,高级工程师。长期从事能源互联网、综合能源服务、企业发展战略与规划、电力市场改革等领域的研究,具有丰富的研究经验。曾作为课题负责人或主要工作人员参与多项国家发改委、能源局、国家电网公司等单位委托的多项重大科研项目,受到委托单位和专家的好评。近年来作为项目负责人承担了《能源互联网功能形态架构设计及关键支撑技术研究》、《综合能源服务战略研究》等重大课题。曾获得国家电网公司科技进步奖特等奖、二等奖、三等奖等奖项,多次获得国网能源研究院科技进步特等奖、一等奖等。

团队简介:国网能源研究院能源互联网研究所(简称互联网所)于2015年7月份成立,主要负责能源互联网市场分析及技术经济研究、能源互联网发展政策与战略规划研究、综合能源系统规划运行、城市智慧能源系统研究、综合能源服务业务发展及市场分析、国际能源政策及战略研究等。互联网所内设国际能源政策研究室、物联网经济研究室、综合能源研究室,共有19名员工,平均年龄34岁,其中博士12人,具有高级职称14人,专业覆盖电气工程及其自动化、经济学、环境科学与工程、法学、计算机科学等。曾多次获得“国家电网公司先进集体”、“国家电网公司先进班组”、“国网能源研究院先进集体”。

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