對能源生產(chǎn)和消費革命內(nèi)涵的認識
能源生產(chǎn)和消費革命是黨的十八大報告提出的重要戰(zhàn)略思想,是生態(tài)文明建設的重要內(nèi)涵,是全面促進資源節(jié)約的重要手段。能源生產(chǎn)和消費革命是長期的戰(zhàn)略任務,代表的是未來數(shù)十年能源發(fā)展的方向和趨勢。能源革命的方向是逐步構建“多能互補、供需互動、市場主導、宏觀調(diào)控”的現(xiàn)代化能源體系。
1.多能互補將是我國能源供給方式的重要特征
未來數(shù)十年,能源種類多樣化發(fā)展將改變建國60多年來煤炭、石油、水電等常規(guī)能源長期占90%以上的生產(chǎn)和消費格局,清潔能源將獲得更大發(fā)展。同時,各類能源間的互補、替代、耦合和協(xié)調(diào)將日益深化,主要體現(xiàn)在:
(1)能源生產(chǎn)和供應方式將從集中式大規(guī)模生產(chǎn)為主的模式逐步向“集中式供應與分散式就地利用相結合”發(fā)展,規(guī)模因地制宜。分布式能源以天然氣和可再生能源為主。
。2)清潔能源對煤炭、石油等高污染能源的逐步替代。間歇性可再生能源的持續(xù)規(guī);l(fā)展,要求傳統(tǒng)能源的協(xié)調(diào)配合,不斷提高能源系統(tǒng)的靈活性和接納能力。
。3)能源載體方面,除了天然氣有較大部分可用于原料和終端消費外,其他清潔能源勢必以電能為主要能源載體加以生產(chǎn)和利用,一次能源轉換成電能的比例將穩(wěn)步提高。2012年,我國一次能源轉化為電能的比重達到42%左右,比2000年提高了8個百分點左右。
。4)能源生產(chǎn)技術革命主要體現(xiàn)在清潔能源技術領域,也包括日益多樣化的能源生產(chǎn)技術集成和耦合,如風水互補、水光互補等。常規(guī)能源轉換和利用技術將漸進式改進。
(5)傳統(tǒng)能源行業(yè)分割和壁壘將逐步消除,綜合性能源集團成為能源企業(yè)的重要發(fā)展趨勢。
2 .供需互動將成為我國能源消費的新型模式
能源革命要求徹底改變傳統(tǒng)能源工業(yè)模式,變千方百計保供應為控制能源需求總量,變以供應側為主導為供給側和需求側高度融合、協(xié)調(diào)配合。
。1)間歇性可再生能源的比重不斷提高,將給傳統(tǒng)的能源供需平衡模式帶來嚴峻的挑戰(zhàn),迫切要求需求側能夠適應并響應供給側的變化和限制。
。2)我國未來能源需求總量和增量都很巨大,更需要推動需求側能源革命,減少路徑依賴,摒棄敞開口子保障能源需求的供需平衡模式,創(chuàng)建適應供給側承受能力和限制的新型消費模式,充分發(fā)揮需求側在平衡供需、降低能源需求增速等方面的戰(zhàn)略作用。
。3)能源用戶日益多元化的服務需求也要求實現(xiàn)供給側和需求側的雙向互動,通過需求側響應加大用戶參與力度,也有利于促進能源企業(yè)創(chuàng)新商業(yè)模式,還能夠減少供給側(包括生產(chǎn)和輸送)不必要的投資,提高能源系統(tǒng)效率和供給安全。
供需互動需要從政府層面和用戶層面分別組織實施。其中,用戶層面的措施主要包括大力支持分布式能源發(fā)展,讓需求側積極參與能源市場和供需平衡,根據(jù)市場信號響應上游變化和限制,自主決策能源消費(包括節(jié)能)、生產(chǎn)、儲存和買賣交易。
3. 市場主導、宏觀調(diào)控是能源革命的重要保障
能源市場化和政府能源管理改革是能源革命的關鍵,最大限度地發(fā)揮市場配置資源的基礎性作用,不斷改革不適應生產(chǎn)力發(fā)展的生產(chǎn)關系,共同推動能源生產(chǎn)和消費革命。
。1)能源市場化是經(jīng)濟全球化發(fā)展的必然要求。我國將逐步發(fā)展成全球第一大進口能源消費國,是各資源出口國的重要目標市場,必然在今后的全球資源配置中發(fā)揮更重要作用。隨著我國綜合國力和國家戰(zhàn)略能力的不斷提升,更多地利用國際市場、開展國際化經(jīng)營成為必然,傳統(tǒng)的替代進口等產(chǎn)業(yè)發(fā)展思路需要揚棄。
。2)能源市場化改革是我國市場經(jīng)濟體制建設的重要內(nèi)容。要改革基于傳統(tǒng)能源特點建立起來的現(xiàn)有能源管理體制,逐步向完善的市場經(jīng)濟體系過度,更多地依靠市場機制而不是行政措施,更有效地為經(jīng)濟社會發(fā)展提供安全穩(wěn)定、價格合理、清潔高效的能源產(chǎn)品。
。3)能源市場是實現(xiàn)供需互動、提高能源系統(tǒng)效率和安全性的重要基礎和前提。經(jīng)濟杠桿是最大的驅動力,能最大限度地調(diào)動需求側積極性,參與能源市場和供需平衡,提高能源系統(tǒng)效率和供給安全。
將來,我國能源市場化改革最重要的領域是具有網(wǎng)絡經(jīng)濟特性的電力和天然氣市場化改革,要充分放開競爭領域,強化網(wǎng)絡運營的政府監(jiān)管。
多能互補要求以電力作為核心能源載體
1. 電力行業(yè)發(fā)展必須與我國發(fā)展階段相適應
我國仍處于工業(yè)化、城鎮(zhèn)化快速發(fā)展階段,隨著生產(chǎn)、流通和消費等領域電氣化深度和廣度的不斷發(fā)展,電能在終端能源消費比重將持續(xù)攀升,電力消費增長將持續(xù)較長時期,這是我國現(xiàn)代化進程和社會不斷進步的客觀要求。
2012年,我國人均用電量約3660千瓦時,僅相當于發(fā)達國家上世紀八十年代水平,遠低于目前中等發(fā)達國家人均7000~8000千瓦時的水平。據(jù)預測,2020年我國電力需求將達7~8萬億千瓦時左右,是2010年的1.67~1.91倍,這和發(fā)達國家基本穩(wěn)定的電力需求特征截然不同。發(fā)達國家發(fā)展經(jīng)驗表明,在完成工業(yè)化和城鎮(zhèn)化之后,能源消費有望達到一個穩(wěn)定的水平,而電力消費仍將持續(xù)增加,展望2050年,我國電力需求可能達到12~15萬億千瓦時。因此,在未來較長歷史時期,我國電力行業(yè)都將面臨艱巨繁重的發(fā)展建設任務。
2. 電力行業(yè)必須適應和促進清潔能源大規(guī)模開發(fā)利用和各類分布式能源發(fā)展
2012年底天然氣發(fā)電、水電、核電、風電和太陽能發(fā)電裝機容量達到3.6億千瓦,位居世界第二,非化石能源發(fā)電裝機超過3.2億千瓦,位居世界第一。今后數(shù)十年,我國清潔能源仍將保持快速發(fā)展態(tài)勢,電力行業(yè)發(fā)展必須順勢而為。
清潔能源大發(fā)展也促使電力供給方式逐步轉變?yōu)椤凹惺胶头稚⑹健毕嘟Y合的模式。要求電力行業(yè)一方面要在集中供應側接入更多的清潔能源,如氣電、水電、核電、風電基地等,另一方面更要在需求側和配電網(wǎng)接入更多的分布式能源系統(tǒng)(包括分布式發(fā)電、需求側響應、儲能等),實現(xiàn)多能互補、物盡其用、因地制宜的電力生產(chǎn)、輸送和消費格局。
長遠來看,分布式能源的持續(xù)發(fā)展必然會在配電網(wǎng)和零售側形成“多賣多買”的全新格局,要求建立與之相適應的電力市場。另外,分布式能源對傳統(tǒng)集中式發(fā)電最直接的影響是對電量的爭奪,以德國為例,2012年底光伏裝機達3264萬千瓦,基本上都是分布式發(fā)電,平均容量不到30千瓦,占電力消費比重已達4.7%。
供需互動要求發(fā)展智能電力系統(tǒng)
供需互動的能源消費模式要求匹配電力生產(chǎn)和消費的空間格局和時間分布,形成有利于資源節(jié)約的產(chǎn)業(yè)結構、生產(chǎn)方式和生活方式。電力交易瞬時完成的特點必然要求發(fā)展智能電力系統(tǒng)。
1 .電力發(fā)展必須匹配電力生產(chǎn)和消費的時空分布差異
我國電力發(fā)展必須基于一次能源資源與生產(chǎn)力布局不平衡的基本國情,滿足能源大規(guī)模、跨區(qū)域配置的需要。未來我國能源生產(chǎn)中心將不斷西移和北移,大型煤電基地、水電基地、風電基地等能源基地建設客觀上要求不斷加大跨區(qū)輸電通道建設力度,在全國范圍內(nèi)配置資源。
不同時段電力需求和供給能力的差異較大,各類電源的發(fā)電成本也各有變化,提供調(diào)壓、調(diào)頻、調(diào)峰等輔助服務的能力和成本也是不一樣的,以美國PJM電力系統(tǒng)運營商的供給曲線為例(見圖1)。因此,電力發(fā)展必須讓市場供需決定價格、讓價格引導投資和消費,才能更好地匹配不同電源的技術經(jīng)濟特性,匹配生產(chǎn)和消費的時空分布差異。
2. 電力發(fā)展要求電力需求側發(fā)揮更大的戰(zhàn)略作用
電力生產(chǎn)必須時刻跟蹤、滿足電力負荷的變化,是電力工業(yè)誕生100多年來形成的發(fā)展模式,為此,電力供給必須千方百計滿足需求、電力供給(包括發(fā)電和輸配電)容量必須按照滿足最大電力負荷的要求設計和建設。隨著工業(yè)化、城鎮(zhèn)化和電氣化的不斷發(fā)展,特別是以空調(diào)為代表的高峰用電設備的普及,電力系統(tǒng)最大用電負荷持續(xù)快速增加,始終超過用電量的增速,系統(tǒng)峰谷差不斷擴大。
2010年上海電網(wǎng)峰谷差達到1020萬千瓦,是2005年的1.48倍,約占最高用電負荷的40%,預計到2015年將提高到45%。2010年華東電網(wǎng)峰谷差接近3500萬千瓦,是2005年1.5倍,2000年的2.3倍左右。這是一個普遍現(xiàn)象,即使是發(fā)達國家也不得不為尖峰負荷建設大量的調(diào)峰發(fā)電機組和相應電網(wǎng)設施,美國2000年以來最高負荷增加了15%左右,約是其供電量增幅的2倍。
這種發(fā)展模式不利于資源節(jié)約和環(huán)境保護,不適應生態(tài)文明建設的要求,必須根本轉變。首先,隨著電網(wǎng)峰谷差逐年加大,由于我國缺乏足夠的快速調(diào)峰機組,大容量高效煤電機組不得不參與調(diào)峰使得煤耗和排放大幅增加,機組性能得不到有效發(fā)揮。其次,電力系統(tǒng)供給能力按最大負荷設計,而最大用電負荷持續(xù)的時間有限,導致電力供應設備和系統(tǒng)利用率較低,尤其是靠近終端消費的配電系統(tǒng)。最后,供給側越來越多不可控電源(風電、太陽能等)的大規(guī)模發(fā)展,也給電力工業(yè)傳統(tǒng)發(fā)展模式帶來了嚴峻的挑戰(zhàn),迫切需要電力需求側適應供給側的變化和限制、參與電力平衡、發(fā)揮更大的戰(zhàn)略作用,這也是智能電力發(fā)展的主要著眼點之一。
3. 智能電力促進需求側能源革命,實現(xiàn)供需互動
智能電力系統(tǒng)的核心平臺是智能電網(wǎng)。智能電網(wǎng)概念的提出已有10余年的歷史,隨著信息通訊技術(ICT)的不斷升級,智能電網(wǎng)的內(nèi)涵也日漸清晰和明朗化。國外很多智能電網(wǎng)示范項目證明了需求側能夠跟蹤和響應供給側的變化和限制、節(jié)省電費、減少尖峰負荷和負荷轉移等,預示出智能電網(wǎng)在供需互動、推動需求側能源革命等方面的巨大潛力,將給電力系統(tǒng)的運行模式和商業(yè)模式帶來革命性的變革。本文簡要介紹美國Gridwise Testbed示范項目(見表1)的主要成果,可以歸納為:①電力用戶能夠參與供需平衡,跟蹤和響應饋線容量的限制。②每戶家庭平均比一年前節(jié)省了10%的電費,電力用戶更愿意選擇響應電價的電力合同。③需求側響應將一年內(nèi)電網(wǎng)尖峰負荷減少了15%左右;需求側響應和分布式電源一起可將尖峰負荷減少50%。④實時電價用戶將空調(diào)負荷轉移到低谷時段,進行預冷或預熱,避開了高價的尖峰負荷時段。⑤驗證了各類智能電網(wǎng)使能技術,包括基于互聯(lián)網(wǎng)的信息及控制技術、響應電價和頻率信號的智能家電、家庭和建筑能源自動管理系統(tǒng)等。自動化技術在需求側響應中起到了關鍵作用,需求側能夠自動根據(jù)市場信息決策交易,這也是該示范項目區(qū)別于傳統(tǒng)分時電價項目的主要特點。通過“電價到設備”的實現(xiàn),用戶一旦完成設置,用電設備會自動響應電價信號而不是始終依靠人為調(diào)整。
電力市場化是智能電力發(fā)展的
基礎和前提
智能電力系統(tǒng)的最重要標志是實時電價和需求側的廣泛參與,因此必須堅定不移地推進我國電力市場化改革進程。電力市場化要繼續(xù)放開競爭環(huán)節(jié),加強電網(wǎng)監(jiān)管,構建“多買多賣”的市場格局和靈活多樣的市場交易機制。
電力市場必須讓供需決定價格,體現(xiàn)電力供應成本的時間、空間差異(電量市場);有效引導投資和消費,保障長期的電源充裕度和供電可靠性(容量市場);充分補償各種電力輔助服務,建立基于市場或成本的補償機制(輔助服務市場);實時電價傳導順暢,需求側積極參與電力市場,根據(jù)價格等市場信號自主決策是否用電、發(fā)電、儲存和交易,和供給側一起平衡電力供需(零售側市場)。
未來隨著電力市場化的逐步深入,電力交易模式和手段日益豐富,市場交易機制靈活多樣,將有效支撐供需雙方的智能互動。
(作者單位為中國華能集團公司技術經(jīng)濟研究院)