當(dāng)前，全球新一輪能源革命正加速演進(jìn)，世界能源體系深度重塑。風(fēng)能、太陽能等新能源大規(guī)模開發(fā)利用，電能持續(xù)在工業(yè)、交通、建筑等終端能源消費(fèi)領(lǐng)域滲透，再電氣化已成為不可逆轉(zhuǎn)的全球化趨勢。
再電氣化的內(nèi)涵、特征及意義
再電氣化是指在傳統(tǒng)電氣化的基礎(chǔ)上，充分利用現(xiàn)代能源、材料和信息技術(shù)，進(jìn)一步拓展電能的利用范圍和規(guī)模，深度替代煤炭、石油等終端化石能源消費(fèi)，推動全社會電氣化水平再度躍升，并促進(jìn)清潔能源大規(guī)模開發(fā)利用，最終實(shí)現(xiàn)以清潔能源為主導(dǎo)、以電為中心的高度電氣化社會的過程。
這一輪再電氣化根植于全球能源加速清潔低碳轉(zhuǎn)型、積極應(yīng)對氣候變化的進(jìn)程之中，與以往傳統(tǒng)工業(yè)化時期的電氣化進(jìn)程有本質(zhì)區(qū)別。
清潔低碳電氣化。從能源生產(chǎn)環(huán)節(jié)來看，傳統(tǒng)電氣化主要依靠煤炭、天然氣等化石能源發(fā)電來保障電力供應(yīng)，而再電氣化則伴隨著風(fēng)能、太陽能等新能源的大規(guī)模開發(fā)和利用，體現(xiàn)為清潔能源對化石能源的替代和發(fā)電能源占一次能源消費(fèi)比重的提升。2018年全球發(fā)電能源占一次能源消費(fèi)比重為34.2%，比2000年提高了2.0個百分點(diǎn)；全球清潔能源發(fā)電量占比和新能源發(fā)電量占比分別達(dá)到58.5%和9.3%，分別比2000年提高了5.6和7.9個百分點(diǎn)。未來隨著光伏電池轉(zhuǎn)換效率不斷提高、風(fēng)機(jī)大型化發(fā)展以及智慧運(yùn)維技術(shù)的應(yīng)用，新能源發(fā)電的度電成本還將持續(xù)下降。預(yù)計再過5~8年，新建陸上風(fēng)電和大型光伏電站的成本將低于在運(yùn)營的煤電成本，新能源將進(jìn)入大規(guī)模存量替代的高速發(fā)展階段。
深度廣泛電氣化。從終端能源消費(fèi)環(huán)節(jié)來看，傳統(tǒng)的用電領(lǐng)域和用電方式主要包括照明、加工、制造、運(yùn)輸、制冷、通信等方面。再電氣過程中，電能的利用規(guī)模和范圍將前所未有的拓展和深化，對其他終端能源消費(fèi)品種呈現(xiàn)出深度廣泛替代的趨勢。2018年全球電能占終端能源消費(fèi)比重為19.2%，比2000年提高了3.7個百分點(diǎn)。未來隨著電能替代技術(shù)經(jīng)濟(jì)性不斷提高和政策標(biāo)準(zhǔn)逐步完善，工業(yè)電鍋爐、電窯爐、電動汽車、電采暖等電供能設(shè)備將不斷推廣普及，工業(yè)、交通、建筑等終端部門電氣化水平將持續(xù)提升。另外，隨著5G時代的到來，數(shù)字經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)迎來加速發(fā)展，數(shù)據(jù)中心、通信基站等領(lǐng)域的電力需求將保持強(qiáng)勁增長，進(jìn)一步促進(jìn)全社會電氣化水平提升。
智能互動電氣化。從整個能源系統(tǒng)來看，新能源的大規(guī)模接入和用能需求多樣化，對提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性、靈活性和抗擾動能力提出了更高要求。大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、5G、區(qū)塊鏈等信息技術(shù)的發(fā)展，以及與能源電力行業(yè)的深度融合，為建設(shè)更智能、更安全的電力系統(tǒng)提供了支撐。未來電力系統(tǒng)發(fā)輸配用等各環(huán)節(jié)的智能化水平將不斷提升，源網(wǎng)荷之間友好互動能力將顯著增強(qiáng)。在電源側(cè)，通過先進(jìn)傳感測量、可視化、智能控制、大容量儲能等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模新能源智能發(fā)電與友好并網(wǎng)。在傳輸側(cè)，利用智能電網(wǎng)、特高壓輸電、柔性輸電等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)新能源大規(guī)模遠(yuǎn)距離配置和消納。在負(fù)荷側(cè)，應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)、智能電表、智慧用電系統(tǒng)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)用戶與電網(wǎng)智能互動及主動負(fù)荷需求響應(yīng)。未來隨著再電氣化進(jìn)程的加快推進(jìn)，電力技術(shù)與信息技術(shù)的深度融合，電力系統(tǒng)全環(huán)節(jié)將具備智能感知能力、實(shí)時監(jiān)測能力、智能決策水平，源網(wǎng)荷之間實(shí)現(xiàn)高度智能化的協(xié)同互動。
再電氣化是順應(yīng)世界能源變革潮流、積極應(yīng)對氣候變化和促進(jìn)人類文明進(jìn)步的重要戰(zhàn)略選擇。對于世界而言，再電氣化將重構(gòu)世界能源體系，使世界能源發(fā)展擺脫資源、時空和環(huán)境約束，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模清潔能源高效開發(fā)和利用，推動清潔能源成為主導(dǎo)能源，讓人人享有更充足的能源供應(yīng)、更宜居的生活環(huán)境，進(jìn)而為構(gòu)建人類命運(yùn)共同體提供堅強(qiáng)的動力保障。對于我國而言，再電氣化與新發(fā)展理念高度契合，是深入貫徹“四個革命、一個合作”能源安全新戰(zhàn)略的重要體現(xiàn)。加快推進(jìn)再電氣化對推動能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命、提升經(jīng)濟(jì)發(fā)展質(zhì)量效益、促進(jìn)生態(tài)環(huán)境改善、兌現(xiàn)減排承諾和降低油氣對外依存度等具有重要意義。
我國再電氣化的發(fā)展現(xiàn)狀及國際比較
通常衡量一個國家或地區(qū)的電氣化水平的指標(biāo)主要有兩個：一是發(fā)電能源占一次能源消費(fèi)比重，反映電力在整個能源供應(yīng)體系中的地位；二是電能占終端能源消費(fèi)比重，反映經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展對電力的依賴程度。這一輪再電氣化以清潔低碳為基本特征，因此增加清潔能源發(fā)電量占比和新能源發(fā)電量占比，反映再電氣化進(jìn)程的清潔低碳化程度。
新中國成立以來，我國的電氣化進(jìn)程實(shí)現(xiàn)了跨越式發(fā)展，能源生產(chǎn)側(cè)和消費(fèi)側(cè)電氣化水平、以及電力供應(yīng)清潔低碳化水平均實(shí)現(xiàn)顯著提升。2018年我國發(fā)電能源占一次能源消費(fèi)比重達(dá)到45.4%，電能占終端能源消費(fèi)比重達(dá)到25.5%，清潔能源發(fā)電量占比和新能源發(fā)電量占比分別達(dá)到36.3%和7.8%。煤電在我國電氣化進(jìn)程中發(fā)揮了基礎(chǔ)支撐作用，清潔能源發(fā)電有效地改善了我國電力供應(yīng)結(jié)構(gòu)。在終端部門中，工業(yè)部門電氣化步伐平穩(wěn)，建筑部門電氣化水平最高，交通部門電氣化發(fā)展速度最快。
全球電氣化水平經(jīng)過前期快速提升，近期進(jìn)入平穩(wěn)發(fā)展階段，發(fā)達(dá)國家普遍高于發(fā)展中國家。近年來，發(fā)達(dá)國家受經(jīng)濟(jì)增長放緩、替代能源競爭力增強(qiáng)、棄核政策等因素影響，電氣化進(jìn)程明顯放緩，而我國電氣化進(jìn)程保持較快發(fā)展。目前我國能源生產(chǎn)側(cè)電氣化程度已達(dá)到發(fā)達(dá)國家平均水平，消費(fèi)側(cè)電氣化程度已超過發(fā)達(dá)國家平均水平。但是在電力供應(yīng)結(jié)構(gòu)方面，發(fā)達(dá)國家電力供應(yīng)清潔低碳化程度已達(dá)到較高水平，我國電力供應(yīng)清潔低碳化程度仍遠(yuǎn)落后于發(fā)達(dá)國家平均水平。
我國再電氣化的影響因素和潛力
影響再電氣化發(fā)展的主要因素有：一是資源稟賦條件。各國都會基于自身資源稟賦特點(diǎn)進(jìn)行能源有效開發(fā)和利用。二是經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平。各國電能占終端能源消費(fèi)比重與人均GDP呈顯著的正相關(guān)關(guān)系。三是技術(shù)進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)性。技術(shù)進(jìn)步是推動再電氣化發(fā)展的根本力量，新能源和電能替代技術(shù)進(jìn)步將推動全社會電氣化水平持續(xù)提升。四是宏觀政策取向。我國積極主動應(yīng)對氣候變化，持續(xù)推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)，將有力推動再電氣化進(jìn)程。
我國電能替代潛力巨大，理論可替代潛力達(dá)4.6萬億千瓦時，技術(shù)可替代潛力達(dá)2.4萬億千瓦時。分部門來看，工業(yè)部門隨著電能替代技術(shù)設(shè)備經(jīng)濟(jì)性提升和高質(zhì)量工藝產(chǎn)品需求增加，電氣化水平將不斷提升。交通部門重點(diǎn)在鐵路和公路客運(yùn)領(lǐng)域快速提升電氣化率，航空、航運(yùn)、公路貨運(yùn)受能量密度限制，電能替代難度較大。建筑部門隨著電制冷、電采暖、電熱水器、電炊具的不斷推廣，電氣化水平將持續(xù)提升。
我國再電氣化面臨的主要挑戰(zhàn)
清潔能源發(fā)展尚無法完全滿足新增電力需求。我國總體還處于工業(yè)化后期、城鎮(zhèn)化快速推進(jìn)期，未來電力需求仍有較大的增長空間，特別是隨著再電氣化進(jìn)程的推進(jìn)，全社會用電范圍不斷拓展，電力需求將保持剛性增長，增速逐步放緩，但增量規(guī)模依然可觀。清潔能源雖然發(fā)展迅速，但還不足以滿足快速增長的電力需求增量。如果再電氣化推進(jìn)速度過快，就需要新建大量煤電來填補(bǔ)缺口，這在一定程度上違背了清潔低碳這一推進(jìn)再電氣化的初衷。2016～2019年期間，我國電力消費(fèi)年均增長3267億千瓦時，而清潔能源發(fā)電量年均增長1714億千瓦時，清潔能源僅能滿足52.5%的新增電力需求。
再電氣化對電力系統(tǒng)靈活柔性、智能互動、安全可控提出更高要求。未來清潔能源不僅要滿足電力需求增量，還要滿足煤電退出的存量缺口。風(fēng)電、太陽能發(fā)電等間歇性電源大規(guī)模、高比例并網(wǎng)，對電網(wǎng)安全運(yùn)行、電量消納提出了挑戰(zhàn)。需要加強(qiáng)電網(wǎng)互聯(lián)、提高靈活調(diào)節(jié)能力，依托大電網(wǎng)和電力市場，大范圍內(nèi)優(yōu)化配置能源資源。另一方面，再電氣化促使電動汽車、虛擬電廠、分布式能源等交互式能源設(shè)施廣泛接入，以及綜合能源服務(wù)等新型需求大量涌現(xiàn)，使得電網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測和潮流控制更為復(fù)雜，對電力系統(tǒng)智能互動水平也提出了更高要求。
電能替代的經(jīng)濟(jì)性和可持續(xù)性有待提高?！笆濉睍r期，我國大力推進(jìn)電能替代，在一系列優(yōu)惠政策的推動下，預(yù)計能夠完成7000億～8000億千瓦時替代電量，但后續(xù)深入推進(jìn)將面臨挑戰(zhàn)。在技術(shù)層面，電鍋爐、電動汽車、熱泵等技術(shù)正逐步成熟，電能在工業(yè)、交通、建筑等領(lǐng)域的可利用范圍不斷擴(kuò)大，目前僅在航空、航運(yùn)領(lǐng)域尚未形成較有前景的技術(shù)，因此從功能可實(shí)現(xiàn)的角度來講，電能替代加速潛力大。但是，在經(jīng)濟(jì)層面，綜合考慮全壽命周期內(nèi)投資、運(yùn)行、維護(hù)等成本，電能在居民采暖、工業(yè)高溫高壓熱蒸汽、中重型卡車長途運(yùn)輸?shù)葓鼍暗膽?yīng)用中，經(jīng)濟(jì)性欠佳。從等效熱值成本來看，當(dāng)前電能成本約為燃煤的2.4～4.8倍，極大限制電能替代推進(jìn)速度，如果計入能源環(huán)境成本，電能替代的競爭力將有所提升。
我國再電氣化的發(fā)展趨勢及情景分析
展望未來，我國將在全面建成小康社會的基礎(chǔ)上，開啟全面建設(shè)社會主義現(xiàn)代化國家新征程。我國經(jīng)濟(jì)將沿著高質(zhì)量發(fā)展方向不斷前進(jìn)，能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命加快向縱深推進(jìn)，新能源技術(shù)和電能替代技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性和競爭力不斷提升，再電氣化將迎來重要發(fā)展機(jī)遇期。
電力消費(fèi)持續(xù)增長和清潔能源發(fā)電規(guī)?？焖贁U(kuò)張將推動能源生產(chǎn)側(cè)電氣化水平大幅提升。未來隨著我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)從高能源強(qiáng)度的制造業(yè)向低能源強(qiáng)度的服務(wù)業(yè)轉(zhuǎn)型，加之能效提升政策的實(shí)施，我國一次能源消費(fèi)增速將大幅放緩。電能作為清潔高效的二次能源，是支撐未來信息社會和數(shù)字經(jīng)濟(jì)的最重要的能源品種。我國電力消費(fèi)將保持較快增長，增速顯著快于一次能源消費(fèi)，這將推動發(fā)電能源占一次能源消費(fèi)比重新一輪快速提升。另一方面，在技術(shù)進(jìn)步和國家政策的推動下，各類清潔能源特別是風(fēng)能、太陽能等新能源通過轉(zhuǎn)化為電力的方式大規(guī)模開發(fā)利用，也將促進(jìn)發(fā)電能源占一次能源消費(fèi)比重進(jìn)一步提升。預(yù)計2035年我國發(fā)電能源占一次能源消費(fèi)比重將達(dá)到55%左右。
電能替代深入推進(jìn)和新興電力消費(fèi)快速增長將推動能源消費(fèi)側(cè)電氣化水平大幅提高。未來隨著電能替代技術(shù)的競爭力日益增強(qiáng)，超大規(guī)模的用電潛力將不斷釋放，電能將是未來終端能源中增長最快的能源品種，電能占終端能源消費(fèi)的比重將不斷提升，并逐步占據(jù)終端用能的核心地位。工業(yè)部門隨著自動化、智能化水平提升以及電供能設(shè)備技術(shù)經(jīng)濟(jì)性提高，電氣化水平將穩(wěn)步提升。交通部門隨著電動汽車大規(guī)模普及以及電氣化軌道交通的持續(xù)發(fā)展，電氣化水平將大幅提升。建筑部門隨著電采暖、電制冷、電炊具、電熱水設(shè)備的不斷推廣應(yīng)用，電氣化水平將持續(xù)提升。此外，數(shù)字經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)加速發(fā)展，可再生能源發(fā)電制氫等新產(chǎn)業(yè)不斷成熟壯大，將進(jìn)一步促進(jìn)全社會電氣化水平提升。預(yù)計2035年我國電能占終端能源消費(fèi)的比重有望達(dá)到34%左右。
清潔能源由增量替代轉(zhuǎn)向存量替代將推動電力供應(yīng)清潔低碳化水平大幅提升。未來隨著新能源技術(shù)的日益成熟、系統(tǒng)靈活性的不斷提升和制度體系逐步完善，風(fēng)電和光伏發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性和競爭力將不斷提升。未來風(fēng)電和光伏發(fā)電在全面實(shí)現(xiàn)平價上網(wǎng)的基礎(chǔ)上，將逐步發(fā)展成為比煤電還經(jīng)濟(jì)的發(fā)電方式，進(jìn)而推動清潔能源在2030年之前進(jìn)入大規(guī)模存量替代的發(fā)展階段。這將不僅大幅提升電力供應(yīng)清潔低碳化水平，同時還有助于推動電力系統(tǒng)供應(yīng)成本降低。此外，氣電、核電和水電將繼續(xù)保持穩(wěn)步發(fā)展的趨勢，也將推動電力供應(yīng)清潔低碳化水平的提升。預(yù)計2035年我國清潔能源發(fā)電量占比達(dá)到55%左右，新能源發(fā)電量占比將達(dá)到25%左右。
我國再電氣化的情景分析
按照我國到2035年基本實(shí)現(xiàn)社會主義現(xiàn)代化的目標(biāo)、加快推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)和《能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命戰(zhàn)略（2016~2030）》的要求，結(jié)合新能源技術(shù)和電能替代技術(shù)發(fā)展趨勢，對未來再電氣化進(jìn)程設(shè)定兩種不同發(fā)展情景。
基準(zhǔn)情景：該情景描繪了未來我國按照既定時間表和路線圖，如期實(shí)現(xiàn)社會主義現(xiàn)代化目標(biāo)。我國經(jīng)濟(jì)保持高質(zhì)量發(fā)展，生態(tài)文明建設(shè)和能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命持續(xù)推進(jìn)，新能源技術(shù)和電能替代技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性和競爭力不斷提升，再電氣化進(jìn)程沿著當(dāng)前路徑穩(wěn)步推進(jìn)，電力供應(yīng)清潔化轉(zhuǎn)型穩(wěn)步推進(jìn)。
加速再電氣化情景：該情景描繪了我國在確保完成2035年基本實(shí)現(xiàn)社會主義現(xiàn)代化目標(biāo)的前期下，更加強(qiáng)化生態(tài)文明建設(shè)，能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命加速推進(jìn)，再電氣化上升為國家戰(zhàn)略大力推進(jìn)，同時新能源技術(shù)和電能替代技術(shù)快速突破，再電氣化進(jìn)程加速推進(jìn)，電力供應(yīng)清潔化轉(zhuǎn)型快速推進(jìn)。
在基準(zhǔn)情景下，2035年我國電力消費(fèi)總量將增長到11.4萬億千瓦時左右，發(fā)電能源占一次能源消費(fèi)比重將提升到55%左右，電能占終端能源消費(fèi)比重將提升到34%左右，清潔能源和新能源發(fā)電量占比將分別提升到55%和25%左右。
在加速再電氣化情景下，2035年我國電力消費(fèi)總量將增長到12.2萬億千瓦時左右，發(fā)電能源占一次能源消費(fèi)比重將提升到60%左右，電能占終端能源消費(fèi)比重將提升到40%左右，清潔能源和新能源發(fā)電量占比將分別提升到62%和30%左右。
我國再電氣化的實(shí)施路徑
能源生產(chǎn)側(cè)堅持“以電為中心”，加速推進(jìn)清潔能源電氣化，逐步實(shí)現(xiàn)對化石能源的增量替代和存量替代。加快集中式規(guī)?；鍧嵞茉椿氐拈_發(fā)。水電加快建設(shè)金沙江下游、大渡河、雅礱江等水電基地。風(fēng)電加快建設(shè)三北地區(qū)大型陸上風(fēng)電基地以及東南沿海地區(qū)大型海上風(fēng)電基地。太陽能發(fā)電加快建設(shè)新疆、西藏、青海、甘肅、內(nèi)蒙古等大型太陽能發(fā)電基地。核電加快啟動第三代核電項目，確保安全高效穩(wěn)步發(fā)展。此外，加強(qiáng)輸電通道建設(shè)，提高跨區(qū)輸電能力。完善清潔能源發(fā)展相關(guān)政策體系，嚴(yán)格執(zhí)行可再生能源電力消納保障機(jī)制，建立健全可再生能源市場化交易機(jī)制等。
能源消費(fèi)側(cè)堅持“以電為優(yōu)先”，廣泛深入實(shí)施電能替代，努力實(shí)現(xiàn)能源消費(fèi)高度電氣化。技術(shù)進(jìn)步是推動電能替代的根本力量。通過加大電能替代技術(shù)研發(fā)力度，促進(jìn)電能替代技術(shù)快速迭代和成本降低。加大電能替代實(shí)施力度，按照差異化原則科學(xué)制定電能替代規(guī)劃，優(yōu)化電能替代時序，實(shí)施電能替代項目和配電網(wǎng)建設(shè)。電能替代較有前景的技術(shù)領(lǐng)域有：工業(yè)電鍋爐、電窯爐應(yīng)用于工業(yè)產(chǎn)品加工工藝過程；電動汽車應(yīng)用于公路客運(yùn)和部分短途貨運(yùn)領(lǐng)域；電（蓄）熱鍋爐應(yīng)用于建筑密集小區(qū)的集中供暖；熱泵應(yīng)用于大型公共建筑供熱。此外，可再生能源電解水制氫替代化石能源重整制氫也具有發(fā)展?jié)摿Α?
以數(shù)字化賦能電力系統(tǒng)，加快構(gòu)建適應(yīng)大規(guī)模高比例新能源并網(wǎng)和多樣化交互式用電需求的新一代電力系統(tǒng)。推動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等現(xiàn)代信息技術(shù)與電力系統(tǒng)深度融合，增強(qiáng)源網(wǎng)荷之間的智能互動，實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模的清潔能源消納，同時滿足更加多樣化、交互式的用能需求。電源方面，加快推進(jìn)智慧電廠建設(shè)，各類電源能夠自動采集、智能分析與靈活控制，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模新能源的智能發(fā)電與友好并網(wǎng)。電網(wǎng)方面，突破高電壓等級柔性輸電、直流電網(wǎng)、大容量海底電纜、超導(dǎo)輸電等先進(jìn)輸電和智能電網(wǎng)技術(shù)，大幅提升電網(wǎng)資源配置能力、靈活調(diào)節(jié)能力和安全穩(wěn)定控制能力。負(fù)荷方面，大力推廣智能電表、智慧用電系統(tǒng)、合同能源管理、需求側(cè)響應(yīng)等技術(shù)和模式，提高終端電能利用效率。
本文刊載于《中國電力企業(yè)管理》2020年06期
作者邱波，供職于中國華能集團(tuán)能源研究院
