能源轉(zhuǎn)型的大潮之下，能源革命在全國轟轟烈烈地展開，但是基于我國的能源現(xiàn)狀，革命的方向在哪里？又有哪些需要注意的問題呢？
文 | 田力
中國電力發(fā)展促進會核能分會副會長
近年來，能源革命成為熱門詞匯，能源革命相關(guān)的會議和論壇也是密集召開。9月5日-6日，中國電力發(fā)展促進會舉辦了一年一度的“中國電力規(guī)劃發(fā)展論壇”，主題為“提升電力規(guī)劃水平，促進數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展”。重量級專家和各能源電力集團規(guī)劃發(fā)展負責(zé)人紛紛上臺演講。再往前，8月29日，第16期央企智庫沙龍暨首屆“六鋪炕央企智庫能源論壇”在京召開，論壇主題為“國家能源安全與央企責(zé)任擔(dān)當(dāng)”；8月27日，全國工商聯(lián)在能源革命的尖兵—大同市舉辦了“中國能源革命高端論壇暨招商引資項目洽談會”，主題是“能源革命，造福人類”。
國家能源局的主要領(lǐng)導(dǎo)最近也組織開展了密集的調(diào)研工作。章建華局長于7月18日在江蘇省開展“十四五”能源規(guī)劃專題調(diào)研時講了一段話，結(jié)合我最近參與的一些項目和了解到的情況，我認為這段話代表了國家高層對于能源形勢和趨勢的基本判斷：“十四五”是我國能源轉(zhuǎn)型變革的關(guān)鍵時期，能源需求發(fā)生新變化，高質(zhì)量發(fā)展要求更加突出；能源安全面臨新挑戰(zhàn)，新舊風(fēng)險交織并存；綠色轉(zhuǎn)型出現(xiàn)新形勢，未來任務(wù)更加艱巨；創(chuàng)新發(fā)展進入新階段，科技和體制創(chuàng)新重要性更加凸顯。
在此次調(diào)研中，章建華局長提出要求：謀劃“十四五”能源發(fā)展，要聚焦安全短板，在供應(yīng)保障能力建設(shè)上下功夫；要瞄準(zhǔn)清潔低碳戰(zhàn)略方向，在推動能源轉(zhuǎn)型上下功夫；要突出系統(tǒng)優(yōu)化，在提高發(fā)展質(zhì)量和效率上下功夫；要堅持還原能源商品屬性，在深化體制改革上下功夫；要擴大對外開放，在深化能源國際合作上下功夫，著力構(gòu)建清潔低碳、安全高效的能源體系，為經(jīng)濟社會發(fā)展提供更加堅實的能源保障。
以下結(jié)合清華厚德專家團隊的調(diào)查、研究與討論，對當(dāng)前我國能源現(xiàn)實及其問題、能源革命及其走向做一個“拋磚引玉”式的論述，本文為十大矛盾的上半部分。
一、石油天然氣對外依存度持續(xù)升高與能源安全的矛盾
石油和天然氣，不僅是工業(yè)的血液，隨著人民生活水平的提高，也日漸成為民生的血液。
每一次汽油的漲價，都牽動著無數(shù)有車族的神經(jīng)；每一次天然氣供應(yīng)的短缺，都會引發(fā)各個城市市長的關(guān)注。2018年的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，我國石油對外依存度達到70%，天然氣對外依存度超過40%。圖一顯示出近年來的原油進口增長率遠超GDP增長率。原油進口花費隨國際原油價格波動而變化，2018年原油進口花費2400億美元，占GDP總值的1.8%。
關(guān)鍵是絕對數(shù)量，2018年進口原油4.619億噸，連續(xù)第二年成為世界第一大石油進口國。而2018年中國國內(nèi)的石油產(chǎn)量只有1.89億噸，2015年達到頂峰后，連續(xù)幾年呈下降趨勢。
中國石油集團經(jīng)濟技術(shù)研究院發(fā)布的《2018年國內(nèi)外油氣行業(yè)發(fā)展報告》稱，2018年中國石油表觀消費首破6億噸,達到6.25億噸，同比增加0.41億噸，增速為7%。到底用在哪里了呢？很明顯，機動車保有量的增加是一個主要因素。年初，公安部交通管理局官方微博和公安部網(wǎng)站相繼發(fā)布統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2018年全國新注冊登記機動車3,172萬輛，機動車保有量已達3.27億輛，其中汽車2.4億輛，小型載客汽車首次突破2億輛；機動車駕駛?cè)诉_4.09億人，其中汽車駕駛?cè)诉_3.69億人。
新能源汽車是各個國家鼓勵的汽車消費發(fā)展方向，但是中國的發(fā)展與汽車總保有量的增加相比，過于緩慢，占比也過低。2018年全國新能源汽車保有量達261萬輛，占汽車總量的1.09%，與2017年相比，增加107萬輛，增長70.00%。其中，純電動汽車保有量211萬輛，占新能源汽車總量的81.06%。從統(tǒng)計情況看，近五年新能源汽車保有量年均增加50萬輛，呈加快增長趨勢。一些學(xué)者和業(yè)內(nèi)專家提出，如果改革政府補貼方式，從補貼生產(chǎn)廠商轉(zhuǎn)變?yōu)檠a貼消費者，將促進新能源汽車比例更快增加。
機動車是汽油和柴油的主要消費群體，而煉油廠是加工原油的第一站，煉油能力產(chǎn)能過剩也是當(dāng)前面臨的一個行業(yè)問題。
據(jù)統(tǒng)計，我國煉油能力已經(jīng)超過8億噸/年，已建成投產(chǎn)的千萬噸級煉油基地達到了26個，產(chǎn)能過剩約1億噸/年。“十三五”期間，中國有序推進大連長興島（西中島）、河北曹妃甸、江蘇連云港、上海漕涇、浙江寧波鎮(zhèn)海（舟山）、福建古雷和廣東惠州等七大石化產(chǎn)業(yè)基地，還有遍布各地、安全生產(chǎn)事故頻發(fā)的化工產(chǎn)業(yè)園區(qū)近700家，自然地，出自煉油廠和化工園區(qū)的其他化工產(chǎn)品也有著過剩的產(chǎn)能和產(chǎn)量。
考慮到化工生產(chǎn)、產(chǎn)品及其制成品的安全代價和環(huán)境代價，國家發(fā)改委以及各地發(fā)改委應(yīng)該加強宏觀產(chǎn)能規(guī)劃和項目管控，抑制各地政府的招商引資沖動和企業(yè)投資沖動，保障石油化工行業(yè)良性發(fā)展。
原油進口量增加，不排除各煉油廠在原油低價期間加大進口儲備的因素，但是如此之高的對外依存度，在中美貿(mào)易戰(zhàn)引發(fā)日漸激烈矛盾和沖突的今天，實在是令人擔(dān)憂。
二、煤炭作為一次能源主力與碳減排的矛盾
煤炭行業(yè)曾經(jīng)為中國的經(jīng)濟發(fā)展立下了汗馬功勞，現(xiàn)在以及相當(dāng)長的一段時期，仍然是一次能源的主力。《2018煤炭行業(yè)發(fā)展年度報告》顯示，2018年煤炭高質(zhì)量供應(yīng)能力顯著增強。2018年全國煤炭產(chǎn)量為36.8億噸，同比增長4.5%，占全球煤炭產(chǎn)量（80.13億噸）的46%。同期進口2.8億噸。
中國大陸煤炭消費量全球第一，達39億噸，占全世界煤炭消費量的50.5%，難怪我國一年的二氧化碳排放量達到了96.82億噸，占全球碳排放量（約330億噸）的30%，成為世界第一大二氧化碳排放國。
該報告還公布：電力行業(yè)全年耗煤量21億噸左右，鋼鐵行業(yè)耗煤量6.2億噸，建材行業(yè)耗煤量5億噸，化工行業(yè)耗煤量2.8億噸。
其中，第一大煤炭用戶就是燃煤電廠，裝機容量超過11億千瓦，占總裝機容量的60%；發(fā)電量近5萬億千瓦時，占總發(fā)電量的70%。發(fā)電用煤約21億噸，占煤炭總消費量的70%以上。
盡管火電廠的供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗已經(jīng)降到了世界先進水平（308克/千瓦時），絕大多數(shù)電廠也完成了超低排放改造，但是二氧化碳排放仍然不可避免。
水電資源已經(jīng)開發(fā)殆盡，又受到地理因素限制，難以繼續(xù)大規(guī)模發(fā)展。核電是很好的替代選項，但是中國特殊的核電發(fā)展國情，使得核電廠址集中在沿海，內(nèi)陸核電至今沒有開放，難以發(fā)揮替代煤電的電源主力軍作用。
煤炭的第二個主要用途就是鋼鐵產(chǎn)業(yè)的冶煉需求。2016年的鋼鐵耗煤量數(shù)據(jù)是6.18億噸，由于鋼鐵行業(yè)的去產(chǎn)能政策，2018年的耗煤量沒有增加。鋼鐵行業(yè)主要是用焦煤冶煉焦炭進而制造生鐵。但是如果考慮到鋼鐵廠的自備燃煤電廠以及來自公共電網(wǎng)的用電導(dǎo)致的間接用煤量，鋼鐵行業(yè)的耗煤量更大。
煤炭的另一個主要的、并且和大氣污染密切相關(guān)的用途，就是北方地區(qū)的冬季取暖。北方地區(qū)冬季取暖用煤占我國非發(fā)電用煤量的20%，約2.55億噸?？紤]到北方地區(qū)的很多燃煤機組是熱電聯(lián)供，取暖用煤量應(yīng)該更大一些。雖然直接燃煤取暖的用煤量與發(fā)電用煤相比小很多，但是其污染物排放水平卻是很高的，因為沒有任何強制管理措施，是北方地區(qū)冬季霧霾嚴重的主要原因之一。
由于資源、成本和安全問題，煤改氣、煤改電推廣效果并不是很理想。生物質(zhì)鍋爐推廣涉及到生物質(zhì)燃料產(chǎn)業(yè)鏈配套問題，也是效果有限。
最近幾年中國電力發(fā)展促進會核能分會發(fā)起，在北方地區(qū)推廣核能集中供暖技術(shù)，啟迪控股和三大核電集團積極響應(yīng)，但是由于沒有明確出臺專門的選址和評審標(biāo)準(zhǔn)，以及政府官員和百姓的心理接受度問題，幾處示范工程項目都在前期工作階段，距離通過項目評審和實際開工還有一段時間。
但是我們預(yù)測，一旦示范工程建成，核能供暖建設(shè)需求將成井噴式增長。一旦北方地區(qū)建成200個核能供暖站，將能夠提供滿足40億平方米建筑面積供暖需求的基荷供暖能力，占北方地區(qū)集中供暖面積的一半，北方冬季的大氣污染治理難題將迎刃而解。治理大氣污染，不能靠工廠停產(chǎn)、工地停工，而是要靠能源環(huán)境領(lǐng)域的革命性技術(shù)！
三、內(nèi)陸核電不開放與煤電到期關(guān)停的矛盾
中國的核電事業(yè)，從上世紀七十年代起步，經(jīng)歷了從交鑰匙工程、引進技術(shù)、消化吸收到自主研發(fā)的全過程。截止到2018年底，核電裝機容量4466萬千瓦，發(fā)電量2944億千瓦時；2019年上半年，由于有新機組投產(chǎn)，核電裝機規(guī)模已經(jīng)達到4591萬千瓦，發(fā)電量1600億千瓦時。這些在運行機組和在建機組全部分布在從遼寧到廣西的沿海廠址以及海南省。
其實，早在2008年2月，國家發(fā)改委根據(jù)國務(wù)院領(lǐng)導(dǎo)小組第四次會議精神，下發(fā)了同意湖南桃花江、湖北大畈和江西彭澤三個內(nèi)陸核電項目開展前期準(zhǔn)備工作的文件。
但是由于2011年3月日本福島核事故的發(fā)生，國務(wù)院常務(wù)會議提出新要求：“十二五”期間不安排內(nèi)陸核電項目。自此內(nèi)陸核電進入蟄伏期。
盡管近年來每年兩會期間湖南代表團以及核工業(yè)代表都會提出啟動桃花江核電的議案，但是，“內(nèi)陸核電”這個名詞已經(jīng)成為了影響核電布局的代表詞匯。
完全無視核電安全標(biāo)準(zhǔn)的一致性，沿海與內(nèi)陸核電安全的同等重要性、以及核電大國美國和法國大部分核電機組都在內(nèi)陸、全球核電機組一半都在內(nèi)陸的客觀事實，成為影響能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化、乃至能源革命戰(zhàn)略的強加給自己的“緊箍咒”。
面對中央及各地政府領(lǐng)導(dǎo)的顧慮，以及個別學(xué)者出于或維護其他集團利益、或?qū)穗姛o知猜測的原因發(fā)起的反核宣傳攻勢，2014年核能行業(yè)協(xié)會曾經(jīng)組織多個領(lǐng)域的專家學(xué)者專題研究內(nèi)陸核電問題，針對內(nèi)陸核電，課題結(jié)論認為：內(nèi)陸核電問題不是技術(shù)問題，內(nèi)陸核電的安全要求和沿海核電沒有根本性區(qū)別。因此，內(nèi)陸核電現(xiàn)在不能開建不是因為技術(shù)上不可行，而是需要社會輿論進一步來理性地科學(xué)地對待。
由于核電對廠址條件要求極高，因此，沿海地區(qū)適合核電基地建設(shè)的廠址是有限的，目前接近飽和。已經(jīng)選出的三個內(nèi)陸核電廠址都是比較理想的廠址，閑置或廢棄實在可惜。沒有內(nèi)陸核電的發(fā)展，2014年制定的2020年核電發(fā)展規(guī)劃絕無完成可能。
國內(nèi)正在開展的15個內(nèi)陸核電廠址的選址，都是遵循的世界最高安全標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的選址標(biāo)準(zhǔn)，再加上第三代核電已經(jīng)充分借鑒了第一代（前蘇聯(lián)切爾諾貝利核電站，屬于內(nèi)陸核電）和第二代（日本福島核電站，屬于沿海核電）核電的經(jīng)驗教訓(xùn)，采用了多冗余度的安全措施來保障運行安全。事故應(yīng)急和對環(huán)境及公眾安全的安全保護技術(shù)也非常成熟。
由于環(huán)境保護和大氣污染治理的優(yōu)先級不斷提高，國家對于燃煤電廠的限制愈來愈強，無論是沿海地區(qū)，還是內(nèi)陸地區(qū)，燃煤電廠到了設(shè)計壽命周期，一律關(guān)停，不再新建。根據(jù)電力規(guī)劃專家的意見，今后燃煤電廠裝機容量的上限就是11億千瓦。沿海地區(qū)有核電廠來替補，而內(nèi)陸地區(qū)呢？如果沒有核電作為主力電源的替補和支撐，電力需求就得不到有效滿足，電網(wǎng)安全就得不到有力保障，這就是電力系統(tǒng)面臨的很大的一個矛盾。
“十三五”馬上就過去了，如果“十四五”期間再無視內(nèi)陸地區(qū)的核電項目建設(shè)，再過若干年，就會出現(xiàn)“人無遠慮、必有近憂”的尷尬和被動局面。
四、能源利用效率依然偏低和節(jié)能提效的矛盾
面對石油天然氣對外依存度愈來愈高、煤炭去產(chǎn)能并限產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)水電資源開發(fā)殆盡、內(nèi)陸核電發(fā)展受限的能源供給側(cè)形勢，節(jié)能、提高能源利用效率是事半功倍的選擇。世界主要經(jīng)濟發(fā)達國家在經(jīng)歷了經(jīng)濟粗放發(fā)展階段之后，都十分重視能源效率的提高。
改革開放以來，中國通過開展節(jié)能月、節(jié)能周等活動，提升公眾的節(jié)能意識，能源利用效率已經(jīng)大為提升，但是由于發(fā)展階段、發(fā)展方式和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的特點，和世界先進水平相比，還有很大的改進空間。
能源利用效率，通常選用能源消費彈性系數(shù)、能源消耗強度、以及單位產(chǎn)品能耗來分析和比較。
能源消費彈性系數(shù)是指能源消費增長速度與國民經(jīng)濟年均增長速度之間的比例關(guān)系，其計算公式為：能源消費彈性系數(shù)=能源消費量年均增長速度/國民經(jīng)濟年均增長速度。一般說來，發(fā)展中國家在發(fā)展初期能源利用效率較低，其能源消費彈性系數(shù)往往大于1或接近1，而發(fā)達國家的能源消費彈性系數(shù)一般不超過0.5。
能源消耗強度是指國民經(jīng)濟在生產(chǎn)中的單位能耗水平，通常量化為生產(chǎn)單位國內(nèi)生產(chǎn)總值所消耗的能源量，綜合反映了生產(chǎn)過程中的能源利用效率，是衡量經(jīng)濟增長質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。影響因素有經(jīng)濟結(jié)構(gòu)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、技術(shù)水平、消費結(jié)構(gòu)等。
單位產(chǎn)品能耗是衡量企業(yè)和行業(yè)生產(chǎn)技術(shù)和管理水平的一個指標(biāo)，反映了微觀領(lǐng)域能效狀況。因其計量單位相同，不存在單位、匯率折算等因素，因此單位產(chǎn)品能耗的國際對比更為科學(xué)可信。
2019年3月，國務(wù)院總理李克強作的政府工作報告中提到，2018年經(jīng)濟結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化，單位國內(nèi)生產(chǎn)總值能耗比上一年下降3.1%。國家統(tǒng)計局還發(fā)布了中國2017年單位GDP能耗比上一年下降3.7%。
這組數(shù)據(jù)說明了中國由于經(jīng)濟結(jié)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，整體上能源效率有所提升。發(fā)改委發(fā)布的“十三五”規(guī)劃《綱要》，要求到2020年全國單位GDP能耗比2015年降低15%，這是一個約束性指標(biāo)，能源消費總量控制在50億噸標(biāo)準(zhǔn)煤以內(nèi)，這是一個預(yù)期性指標(biāo)。
中國能效經(jīng)濟委員會于2019年1月份發(fā)布的《中國能效2018》指出，近年來，中國的能源消費強度下降較為明顯，但是工業(yè)部門特別是高耗能行業(yè)很多產(chǎn)品的單位產(chǎn)品能耗水平與國際先進水平相比，仍有10%-30%的差距，如鋼材、水泥、乙烯、平板玻璃、燒堿等。工業(yè)節(jié)能依然存在較大潛力，是中國節(jié)能工作的重中之重。從工業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)來看，中國有200多種工業(yè)品的產(chǎn)量位居世界首位，但多為能耗高、附加值低的中低端工業(yè)產(chǎn)品，高附加值工業(yè)品占比較少。
中國地域之遼闊，導(dǎo)致東中西部經(jīng)濟和科技發(fā)展水平不同，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)布局分工不同，高耗能產(chǎn)業(yè)以及初級工業(yè)品的生產(chǎn)對于中西部地區(qū)的招商引資需求還是有很大的吸引力。需要改進和提升的，就是提高產(chǎn)品的科技含量和附加價值，降低單位產(chǎn)品能耗。
五、可再生能源比例漸高與電網(wǎng)運行安全的矛盾
電源和電網(wǎng)是相生相克、相輔相成的關(guān)系。傳統(tǒng)的電源，無論是火電廠、水電廠、還是核電廠，發(fā)電機組都是通過發(fā)電機轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)慣量來發(fā)電的，交流電頻率自然產(chǎn)生而且穩(wěn)定。光伏發(fā)電是零轉(zhuǎn)動慣量，風(fēng)力發(fā)電是弱且亂的轉(zhuǎn)動慣量，光伏發(fā)電和風(fēng)電通過電力電子裝置轉(zhuǎn)換成近似交流電上網(wǎng)，被統(tǒng)稱為電力電子電源。電網(wǎng)公司方面不斷表示，上網(wǎng)比例逐漸增高之后，就會降低電網(wǎng)的抗干擾能力和穩(wěn)定性。
據(jù)珠海清英智能電網(wǎng)研究院文章介紹，電力電子設(shè)備大規(guī)模并網(wǎng)，主要帶來兩個方面的問題：一是各類電力電子設(shè)備涉網(wǎng)性能標(biāo)準(zhǔn)偏低，其頻率、電壓耐受能力與常規(guī)火電相比較差，事故期間易因電壓或頻率異常而大規(guī)模脫網(wǎng)，引發(fā)連鎖故障。該問題隨著新能源的大規(guī)模集中投產(chǎn)而日益突出；二是風(fēng)、光等新能源發(fā)電均通過電力電子裝置并網(wǎng)，其多時間尺度的控制特性與電網(wǎng)自身特征相互作用，可能引發(fā)次同步頻率到諧波頻段內(nèi)傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中沒有的控制不穩(wěn)定和震蕩問題。
清華大學(xué)胡澤春、羅浩成發(fā)表在《電力系統(tǒng)自動化》雜志的論文中也指出：以風(fēng)電、光伏為代表的可再生能源通常通過電力電子變換器接入電網(wǎng)，對系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量沒有貢獻。而隨著可再生能源裝機容量和滲透率的不斷提升并逐步替代傳統(tǒng)機組發(fā)電，電網(wǎng)在線機組的總慣量減小，有功功率擾動情況下電網(wǎng)的頻率響應(yīng)性能將隨之惡化。
2015年新疆哈密地區(qū)風(fēng)機引發(fā)次同步震蕩導(dǎo)致多臺60萬千瓦火電機組跳閘事件曾引起廣泛關(guān)注。
2019年8月9日晚高峰時段發(fā)生的英國大停電事件，大約100萬人受到影響，停電時間持續(xù)了50分鐘。這次雷擊誘發(fā)的大停電事件揭示出高比例可再生能源電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行正面臨著前所未有的風(fēng)險。故障前，英國風(fēng)電出力1330萬千瓦、直流饋入230萬千瓦，電力電子并網(wǎng)非同步電源占比高達47%。非同步發(fā)電較同步電機存在無功能力弱、故障電流小、轉(zhuǎn)動慣量缺乏等缺點，導(dǎo)致英國電網(wǎng)成為一個穩(wěn)定性較弱的電力系統(tǒng)。
從國家層面和電力系統(tǒng)層面統(tǒng)籌考慮，風(fēng)電、光伏可再生能源一定不是愈多愈好，既要考慮本身的產(chǎn)業(yè)安全性和運行經(jīng)濟性，又要考慮與電力系統(tǒng)中其他電源以及電網(wǎng)的協(xié)調(diào)和配合。值得注意的是，局部最優(yōu)不等于整體最優(yōu)，當(dāng)前最優(yōu)不等于長遠最優(yōu)。
