电气化发展国际比较及对我国的启示
发布者:中国电力新闻网 | 来源:中国电力新闻网 | 0评论 | 412查看 | 2018-09-11 17:27:49    

党的十九大报告明确指出,推进能源生产和消费革命,构建清洁低碳、安全高效的能源体系。电能作为清洁能源最主要的利用方式,将成为推进能源革命的关键环节。通过重点分析世界主要国家的电气化发展历程,总结相关历史规律,希望以“他山之石”,对我国能源电力发展有所启示。


世界主要国家电气化发展指标对比


电气化程度,即社会经济发展对电力的依赖程度,通常用2个指标来衡量:一是发电能源占一次能源消费总量的百分比(发电用能占比),它反映电力在能源系统中的地位;二是电力占终端能源消费总量的百分比(终端电能占比),用来度量各类用户的电力消费水平,反映电力对社会经济发展的作用。


全球发电用能占比经过前期快速提升,近期进入平稳发展阶段,发达国家普遍高于发展中国家。发达国家发电用能占比在经历了快速提升阶段后,普遍在20世纪80、90年代步入平稳阶段;近几年,受页岩气革命、经济危机、弃核政策等影响,部分发达国家发电用能占比出现小幅波动。发展中国家的发电用能占比一直处于提升阶段,特别是包括我国在内的金砖国家,经济社会持续快速发展,能源生产侧电气化水平已快速攀升至OECD国家水平。


全球终端电能占比长期保持“稳步提升”态势,发达国家增长放缓,新兴市场国家快速提升。发达国家整体电气化水平提升放缓多受产业结构持续调整、替代能源竞争力增强等因素的影响,处于工业化后期的发达国家终端电能占比普遍在20%~25%区间波动。发展中国家受工业化进程推动,终端电能占比迅速提升,成为全球终端消费侧电气化水平稳步提升的主要动力。在金砖国家中,我国终端电能占比仅低于南非。


电气化发展主要影响因素分析


从不同电源品种角度考虑影响发电用能占比的主要因素:煤炭、水能、核能的广泛利用促进电气化水平快速提升,非常规油气的兴起放缓了其提升速度,但上述能源发展都一定程度受到资源、环境、生态、安全等因素的限制。


煤炭面临碳减排巨大压力。对于煤炭资源丰富的国家,比如我国和印度,21世纪前,煤炭的电气化利用是发电用能占比提升的主要推动力,但其高碳特性短时难以改变,无法仅靠煤炭清洁化利用支撑能源转型。未来,受限于气候变化、环境污染等重大能源发展挑战,各国已经制定了相关控煤政策。


非常规油气开采环节存在环境和生态影响。随着页岩革命的不断推进,近10年,页岩油、页岩气、可燃冰等非常规油气产量大幅提升。以美国为代表,2006~2016年页岩气产量增加10倍,促进了化石能源的非电利用,发电用能占比持续下降。然而,页岩油气开采过程中所带来的水资源占用、水污染、地质灾害等多种环境问题仍没有很好的解决途径;可燃冰开采过程中也面临生态环境破坏和温室气体排放等问题。


水电受资源潜力、生态保护制约。水电作为一种清洁能源,对于水电站址资源丰富的国家,可以以此提高一定比例的电气化水平,比如巴西。之后,水电的进一步开发将受到资源约束、开发成本升高(特别是移民成本)、生态环境保护等多种因素限制,未来不能完全支撑能源转型的目标实现。据统计,由于移民、环保成本的快速上升以及远离用电负荷区等因素,新建的水电站电价早已超过普通火电站。


核电具有“双刃剑”属性。对于化石能源资源贫乏的国家,核电的广泛利用是一种提高能源自给能力与电气化水平的重要途径,比如化石能源资源贫乏的法国。但同时,核电具有潜在的安全风险,2011年日本福岛核事故发生之后,“弃核”政策导致日本发电用能占比大幅下降。


新能源发展面临机遇与挑战。新能源作为一种可再生的非化石能源,可以较好地应对气候变化和环境污染、解决资源短缺问题。随着技术逐步成熟、成本逐渐下降,近十年,全球新能源发展迅猛。2016年,全球风电和太阳能发电装机近800吉瓦。展望未来,预计新能源发电技术成本将持续大幅下降,支撑大规模的开发与利用。然而,新能源发电的电力电子特性、出力的随机波动性也给电力系统运行带来巨大挑战。


影响终端电能占比的主要因素包括经济发展、可选能源、产业结构等。进入工业化后期,第三产业比重较高的发达国家电气化水平普遍较高;另外,可选能源资源禀赋和经济性直接影响终端电能的竞争力。


经济发展与电气化水平相互影响。电气化水平与经济社会发展互为促进、相互影响。一方面,经济发展要求劳动效率不断提高,促进了电能在终端用能的比例提升;另一方面,以电为动力的工业革命实现了由单纯机械生产向批量大规模生产的跨越,大大提高了劳动效率,创造了巨大的生产力,推动了全球经济的蓬勃发展。


可选能源影响终端电能竞争力。资源禀赋决定终端消费可选能源品种,这些可选能源的经济性影响电能竞争力。比如,英国和俄罗斯拥有丰富的天然气资源,冬季采暖以气为主,两国的居民电气化水平长期维持在20%~30%和10%以下的较低水平,远低于其他发达国家40%~50%的普遍水平。


产业结构对电气化水平影响巨大。不同经济部门用电需求有明显差别,产业结构对电气化水平影响巨大。从典型国家看,全球化背景下美国制造业转移对电气化水平的影响被信息时代服务业的蓬勃发展对冲,近年来美国整体电气化水平维持平稳。从典型城市来看,香港以金融贸易为主,电气化水平最高(41.8%,2014年);东京、巴黎、伦敦等国际化都市电气化水平在30%~35%区间;其他城市工业或航运仍有较大份额,电气化水平在20%左右。


对我国的启示


我国经济发展阶段、经济结构、能源消费水平及资源禀赋等与其他国家差异较大,考虑到未来我国经济社会仍有很大发展进步空间,电气化将继续作为保驾护航的强劲动力,开启新一轮的增长。


世界主要国家的社会进步指数与终端电能占比具有一定的正相关性,考虑到社会进步指数选择的指标广泛,可以认为社会进步程度比较高的国家电气化程度也相对较高。西方发达国家的电气化水平和社会进步指数均已发展到较高水平,我国电气化水平还有很大上升空间。有别于部分国家油气资源丰富以及发达国家经济结构科学合理,我国电气化进程需要在能源生产侧和消费侧同时“发力”。


在能源生产侧,考虑到我国能源资源“贫油少气”的特点,需要不断提高非化石能源消费占比,推动能源生产的清洁、低碳发展。另外,我国煤炭资源丰富的国情决定了煤炭需要清洁高效利用,考虑到煤炭发电利用效率较高,且易集中治理污染物排放,需要不断提高电煤占比。


在终端消费侧,首先就是推广交通的电能替代,电气化交通可缓解油气对外依存程度、减少燃油尾气排放;其次,作为电气化水平在经济结构调整的进程中的核心驱动,服务业也亟待得到提升和完善;最后,可及性和经济性是居民电气化水平提升的重要因素,需要积极提倡居民消费电能的利用。


此外,综合考虑我国能源资源情况、环境及生态约束、用能结构、现代化进程等因素,我国电气化水平提升空间巨大;在全球能源清洁、低碳转型的背景下,我国等新兴发展中国家将成为推动电气化发展的主力。


在能源生产侧,我国传统能源品种的资源都受到各自条件的约束,化石能源不满足能源转型低碳化和清洁化的要求,水力发电面临资源约束、生态保护等限制,核电在没有出现技术突破的条件下,仍然受安全风险的制约。未来,考虑我国新能源发电蕴含着巨大的潜力(“三北”地区80米高陆地风电技术可开发量约32亿千瓦,西部新疆、内蒙古、西藏、甘肃、青海和宁夏的光伏电站装机开发潜力约19亿千瓦),我国能源生产侧电气化的发展重点在于大力发展以风光为主的新能源。


在终端消费侧,我国电气化水平增长潜力巨大,提升空间集中在居民生活、交通运输、商业服务等领域。从我国重点用能部门的用能及电能替代情况来看,工业生产的加热与驱动环节存在总量大、容量小、煤为主的特点,以电代煤可替代其中占比约50%的小锅炉;交通用能以油为主,电动汽车、电气化铁路、轨道交通发展空间巨大;居民消费中化石能源直接消费占比过高,合计接近60%,且我国城镇化率有20%上升空间。

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