把握我國能源轉型的大背景要看電力能源結構，主要從能源轉型低碳化和數字化趨勢這兩個(gè)方面來(lái)思考當前電力能源結構的特點(diǎn)與問(wèn)題，在此基礎上分析中國電力結構的未來(lái)。

我國電力能源結構的主要特點(diǎn)

我國電力能源結構的特點(diǎn)可以主要從幾個(gè)方面來(lái)闡述：一是電力在一個(gè)國家能源服務(wù)中的地位，二是發(fā)電結構的低碳化，三是電網(wǎng)結構，四是用戶(hù)側電力結構。

電力在能源服務(wù)中的地位

電力是一種優(yōu)質(zhì)能源，借助不斷延伸的電網(wǎng)給大量工商企業(yè)和居民提供服務(wù)。然而，從終端能源消費看，電力始終只是提供能源服務(wù)的一種能量來(lái)源。如表1，2018年電力在終端能源消費中的占比，世界平均水平達到19.2%，排第二位。占比排名最高的是石油（41%），第三位是熱力（14.3%），最后是煤炭（10.4%）。北美、歐盟等發(fā)達國家電力占比基本上達到21%左右，亞洲國家電能占比普遍較高，日本、韓國和中國分別為28.9%，25.1%和23.9%。根據國網(wǎng)能源院最樂(lè )觀(guān)估計，到2050年，中國電能占終端部門(mén)能源消費比重將達到50%，但仍有一半是非電能源。

表1 2018年世界及主要國家終端能源消費結構（按品種）

我國發(fā)電結構顯現低碳化趨勢

我國發(fā)電結構目前火電仍占絕對主導地位。發(fā)電裝機和發(fā)電量開(kāi)始從高速增長(cháng)進(jìn)入低速增長(cháng)階段，從兩位數增長(cháng)轉為個(gè)位數增長(cháng)。無(wú)論是發(fā)電裝機容量還是發(fā)電量，都呈現出可再生能源占比擴大的趨勢。2019年，發(fā)電裝機容量59.2%，非化石能源裝機（含核電、水電、風(fēng)電、光伏發(fā)電^①）占40.8%。圖1顯示了我國1990年以來(lái)發(fā)電裝機總量和結構變化趨勢。

①生物質(zhì)發(fā)電占比太小，忽略不計。

圖2顯示了我國1990年以來(lái)發(fā)電量結構的份額變化。可以看出，火電在發(fā)電量中的份額從2011年開(kāi)始出現下降趨勢，而核電、水電、風(fēng)電光伏發(fā)電等發(fā)電量占比穩步上升。2019年，我國發(fā)電量中，火電占68.9%，非化石能源發(fā)電量占31.1%。

圖1 我國發(fā)電裝機結構變化

圖2 我國發(fā)電量結構變化

我國電力投資的主要結構

我國電力投資以電網(wǎng)投資為主，電源投資以非化石能源裝機為主。

2013年開(kāi)始，我國電力投資中，電源投資為主的勢頭被扭轉，電網(wǎng)投資持續超過(guò)電源投資（如圖3）。2019年，全國電力投資7995億元，同比減少2%。其中電網(wǎng)投資4856億元，同比減少9.6%，占電力總投資的61%，電源投資3139億元，同比增長(cháng)12.6%，其中火電投資僅占20%，其余均為風(fēng)電、水電、核電和太陽(yáng)能發(fā)電等非化石能源電源投資。非化石能源電源投資已全面超過(guò)火電投資（如圖4）。

圖3 2010-2018年中國電力建設項目的全部投資

圖4 2019年我國電力投資構成情況

火電發(fā)電裝機規模趨向大型化，光伏發(fā)電趨向分布式

第一，從火電裝機看，其裝機規模日趨擴大。出于減少污染物排放和降低單位發(fā)電煤耗的目的，2004年國家發(fā)改委出臺了新建燃煤電站的技術(shù)標準，要求新建火電單機容量原則上應為60萬(wàn)千瓦及以上，發(fā)電煤耗要控制在286克標準煤/千瓦時(shí)以下。2019年，在役火電機組容量的44.7%為60萬(wàn)千瓦及以上。

二是在可再生能源中，早期建設的光伏發(fā)電絕大部分是規模化集中式電站，主要建在西北太陽(yáng)能資源豐富的地區。2016年，集中式光伏電站份額依然占據光伏發(fā)電站的86.7%。到2019年前9月，這一份額已經(jīng)下降為69.1%，而屋頂分布式光伏電站份額上升到30.9%。新增光伏電站也逐漸從西向東發(fā)展。2019年前三季度，華北、華中地區新增光伏電站占當年的52.6%，西北新增裝機僅占26.9%。

我國處于能源轉型的初級階段

從可再生能源發(fā)電占比看，我國還處于能源轉型的初級階段。

有專(zhuān)家提到，我國可再生能源發(fā)展規模已經(jīng)超過(guò)美國成為世界第一，已經(jīng)是世界能源轉型的引領(lǐng)者。以2017年數據為例，中國可再生能源總裝機約6.5億千瓦，占全球可再生能源裝機總量的29.8%；其中水電裝機(含抽水蓄能)3.41億千瓦，占全球水電裝機的29.6%；非水可再生能源電力裝機3.34億千瓦，相當于歐盟28國裝機總和（3.2億千瓦），是美國非水可再生能源電力裝機（1.61億千瓦）的2倍。^①2017年，我國可再生能源發(fā)電量完成1.63萬(wàn)億千瓦時(shí)，占當年全球可再生能源發(fā)電量的26.2%。我國可再生能源發(fā)電量是美國的2.3倍、德國的7.5倍、日本的9.2倍、英國的16.4倍。^②可再生能源發(fā)展的確為氣候變化作出了貢獻，2017年，因可再生能源發(fā)展而減少的二氧化碳排放量為1494百萬(wàn)噸，占當年總排放量的16.4%。^③

①REN21的數據。

②根據BP世界能源統計2018數據計算。

③數據來(lái)自IRENA的計算，數據是2016年的數據。

圖5 全球十大可再生能源發(fā)展國可再生能源占發(fā)電量的比重

數據來(lái)源：BP世界能源統計2018。

然而，即便可再生能源發(fā)展規模的領(lǐng)先地位決定了我國在應對氣候變化方面的全球先行者角色，但這并不意味著(zhù)我國在能源轉型方面也處于同樣的位置。能源轉型，本質(zhì)上是一個(gè)國家內部的能源替代問(wèn)題。因此，可再生能源的相對量，即在能源系統中的比重，更能反映能源轉型的階段。隨著(zhù)可再生能源在能源系統中份額提升到不同水平，其發(fā)展特征和所面臨的問(wèn)題是不同的。

國際上通行用非水可再生能源（風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電）占總發(fā)電量的比重來(lái)衡量能源轉型的進(jìn)展，因為風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電既是未來(lái)新增可再生能源發(fā)點(diǎn)電主力軍，同時(shí)也是對舊有電力系統沖擊最大的可再生能源。如圖5，中國、美國、印度、加拿大、日本等國，其總發(fā)電量中風(fēng)光電份額還不到10%，都屬于能源轉型的初級階段。

從能源轉型趨勢看我國電力能源的結構問(wèn)題

認識電源結構存在的問(wèn)題，需要有一個(gè)潛在的評價(jià)標準。也就是說(shuō)，用什么標準去評價(jià)某一個(gè)特點(diǎn)到底是優(yōu)點(diǎn)還是問(wèn)題。必須從能源轉型的趨勢和邏輯角度去思考電力能源結構，甚至當前電力系統的全部問(wèn)題。

能源轉型對電力行業(yè)的影響

本次能源轉型是應對氣候變化所推動(dòng)的，最終目的是大幅減少人類(lèi)活動(dòng)的二氧化碳排放，抑制全球變暖趨勢。能源轉型是影響包括電力行業(yè)在內的所有能源行業(yè)未來(lái)50年最基本和持久的因素，對電力行業(yè)發(fā)展方向、商業(yè)模式和電力體制都將產(chǎn)生深遠影響。

能源轉型的趨勢。通過(guò)逐漸降低能源生產(chǎn)和消費中所產(chǎn)生的碳排放，逐漸建立一個(gè)基于零碳能源的能源系統。轉型的核心任務(wù)就是推動(dòng)目前以化石能源為主導的能源系統，轉向以可再生能源為主導的能源系統。

能源轉型的兩個(gè)支柱。從各國實(shí)踐看，低碳到零碳能源的實(shí)現，一是依靠大力提高能源效率，減少化石能源消費總量；二是大力發(fā)展可再生能源。而轉型的關(guān)鍵是能源系統的轉型，其中電力系統轉型是關(guān)鍵之關(guān)鍵。

對電力行業(yè)的影響。能源轉型的要求具體到電力行業(yè)，其影響主要表現為兩個(gè)方面：發(fā)電、電網(wǎng)和用電環(huán)節的低碳化；二是整個(gè)電力系統的數字化，用數字技術(shù)來(lái)適應能源轉型過(guò)程中的挑戰，更好地適應用戶(hù)的需求變化。

當前電力結構存在的問(wèn)題

從低碳角度談電力結構的問(wèn)題，自然會(huì )提到火電比重太高等問(wèn)題。但筆者認為，這只是我國電力行業(yè)的階段性特征，因為火電比重近年來(lái)的確在持續下降，非化石能源裝機和發(fā)電量穩步上升。而以煤為主的能源結構，不可能快速跨越到以低碳電力為主。

首先，我國電力系統靈活性差是根本問(wèn)題，遠不能滿(mǎn)足現階段能源轉型的要求。

隨著(zhù)帶有波動(dòng)性特點(diǎn)的風(fēng)光電比重的上升，必然要求電力系統以更高的靈活性來(lái)應對這種波動(dòng)性。根據歐洲的經(jīng)驗，提升現有電力系統波動(dòng)性的常見(jiàn)方法有如下五種：

一是提高除風(fēng)電和光伏之外其他發(fā)電廠(chǎng)的靈活度。包括對燃煤發(fā)電機組進(jìn)行靈活性改造，降低最小電廠(chǎng)功率，提高最大負荷梯度增加，縮短開(kāi)機時(shí)間等；熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)電廠(chǎng)可以將熱能導入儲能系統或集中供熱網(wǎng)絡(luò )，可以擴大其出力的調節范圍。

二是加強區域電網(wǎng)的互聯(lián)互通，發(fā)揮相鄰電網(wǎng)的“間接儲能系統”作用，優(yōu)化資源利用，減少系統總體成本。

三是提高電力需求側的靈活性，主要是綜合運用儲能、熱泵、電動(dòng)汽車(chē)、智能電表等技術(shù)手段，提高負荷的可調節性。

四是發(fā)展可再生能源供熱、增加儲熱裝置，增加電廠(chǎng)靈活度。與儲電相比，儲熱在技術(shù)上更加易于實(shí)現，成本也相對要低廉得多。

五是在生產(chǎn)側、電網(wǎng)側和用戶(hù)側采用儲能技術(shù)，提高這些環(huán)節靈活性。

目前，除了煤電機組的靈活性改造，電化學(xué)儲能成本高之外，其余四種途徑在我國都因為存在各種障礙，要么沒(méi)動(dòng)作，要么效果非常有限，導致目前電力系統的靈活性還是很差。當然，更重要的是多年來(lái)電源開(kāi)發(fā)與電網(wǎng)規劃不匹配，因而才出現了處于能源轉型初級階段、風(fēng)光電無(wú)法上網(wǎng)的比重高企的局面。

其次，火電機組的大型化與電力系統靈活性的內在矛盾。

目前，很多電力政策思路基本上不考慮能源轉型的影響。最典型的就是電力行業(yè)節能減排和淘汰落后產(chǎn)能的政策中一直推崇、并被推廣到其他行業(yè)的“上大壓小”政策。此后，關(guān)停小火電機組的標準不斷提高。目前，已經(jīng)要求20萬(wàn)及其以下千瓦火電機組必須關(guān)閉，并鼓勵上大機組。據統計，60萬(wàn)千瓦及其以上火電機組占全部機組的比重已經(jīng)占到44%以上。

然而，不斷提高火電機組規模，本質(zhì)上不利于提高電力系統靈活性。因為隨著(zhù)可再生能源發(fā)電機組比例的進(jìn)一步提高，火電機組未來(lái)將從基荷電源轉變?yōu)閭溆秒娫础Ｒ簿褪钦f(shuō)，在風(fēng)光電發(fā)電高峰，大量的火電機組就要停下來(lái)或者低負荷運轉讓風(fēng)光電機組優(yōu)先發(fā)電；當風(fēng)光電出力掉下來(lái)時(shí)，火電機組要馬上頂上去。這就要求火電機組有足夠的靈活性。顯然，機組規模越大，靈活性越差。而且，60萬(wàn)千瓦的超臨界機組如果低負荷運行，煤耗和排放都要大幅度增加，節能減排的目的也無(wú)法完全實(shí)現。

第三，輸網(wǎng)強、配網(wǎng)弱的電網(wǎng)結構無(wú)法適應用戶(hù)側變革的需要。

能源轉型對電力系統來(lái)說(shuō)，至少會(huì )產(chǎn)生兩個(gè)重大的方向性變化：一是隨著(zhù)大量分布式光伏、小型生物質(zhì)電站、多能互補的微電網(wǎng)等在用戶(hù)側出現，電力系統電能將從生產(chǎn)端向消費端的單向流動(dòng)，轉變?yōu)殡p向流動(dòng)（用戶(hù)端也生產(chǎn)電能——即產(chǎn)消者，prosumer）；二是電網(wǎng)從縱向一體化的集中式電網(wǎng)向分布式扁平電網(wǎng)轉變。

這兩個(gè)轉變，都需要一個(gè)數字化、智能化水平高和本地平衡能力強的本地配電網(wǎng)。無(wú)論是出于大量小型的分布式電站“集成”的需要，還是大量?jì)δ茉O備、電動(dòng)企業(yè)等分布式接入對配電網(wǎng)優(yōu)化運行和控制的需要，加快實(shí)現配電網(wǎng)轉型都迫在眉睫。

我國的輸電網(wǎng)的技術(shù)水平被業(yè)內認為是世界領(lǐng)先的，但長(cháng)期以來(lái)，我國投資都是“重輸輕配”，導致電網(wǎng)結構薄弱，自動(dòng)化水平低；基礎數據分割嚴重無(wú)法共享，信息化水平低，遠不能應對電力系統轉型的過(guò)程所帶來(lái)的挑戰，也不能適應未來(lái)智慧城市和低碳發(fā)展的要求。

電力結構未來(lái)的趨勢

電力結構未來(lái)發(fā)展趨勢從兩個(gè)角度闡述，一個(gè)是按照能源轉型的要求，對未來(lái)電力結構的一個(gè)“情景分析”，二是能源轉型從結構方面導致電力系統的變化，即電力系統轉型。

未來(lái)電力結構

未來(lái)電力結構（供給或消費結構）低碳達到何種程度，各家機構有自己不同的看法。總體上看，可再生能源研究機構基本上是傾向樂(lè )觀(guān)預測，而化石能源集團發(fā)布的各種報告基本上是保守估計。無(wú)論樂(lè )觀(guān)還是保守，其實(shí)它們僅僅是反映了既定條件下的“情景分析”而已。重要的是如何能達到實(shí)現這個(gè)情景的條件。

這里引用中國電力規劃院對我國2035年電力結構的一個(gè)情景分析。分析分為基準情景（NPS）和可持續發(fā)展情景（SDS）。

從圖6可以看到，與基準情景相比，可持續發(fā)展情景的裝機結構中，光伏發(fā)電比重增加8%，風(fēng)電增加4%，核電增加1%，而燃氣發(fā)電和燃煤發(fā)電分別減少1%和12%。發(fā)電結構方面，可持續發(fā)展情景中，光伏發(fā)電量增加了8%，風(fēng)電增加了6%，水電增加了4%，核電增加了4%，燃氣發(fā)電不變，而燃煤發(fā)電則大幅減少24%。

圖6 中國2035年發(fā)電裝機結構，NPS情景以及SDS情景

注：SDS情景與NPS情景相比，引入了更多的可再生能源以及更少的化石能源發(fā)電技術(shù)。

對情景分析的過(guò)度關(guān)注，容易導致一種傾向：把電力轉型簡(jiǎn)單理解為不斷增加發(fā)電結構中可再生能源的比重，從而會(huì )傾向于采取傳統的“大干快上”（比如我國建風(fēng)電三峽）的方式，短期內大幅提高可再生能源比重。可再生能源比重比較小的時(shí)候，化石能源與可再生能源之間的矛盾不大，但隨著(zhù)可再生能源比重的進(jìn)一步提高，兩者之間的利益矛盾必然導致可再生能源發(fā)展面臨種種障礙。正如目前我們所面臨的問(wèn)題一樣：電網(wǎng)先假定自己不需要做大的變革，并把出現沖突的原因歸于可再生能源發(fā)電方。

電力系統轉型的方向

電力系統轉型，關(guān)鍵在電網(wǎng)轉型。無(wú)論是上游的可再生能源發(fā)電，還是下游因可再生分布式能源和微電網(wǎng)等電力系統新生力量的進(jìn)入，以及能源轉型所推動(dòng)的電力行業(yè)的技術(shù)創(chuàng )新與商業(yè)模式創(chuàng )新，都主要發(fā)生在用戶(hù)側。因此，一個(gè)與未來(lái)分布式扁平化發(fā)展趨勢方向完全不同的傳統電網(wǎng)，必須要盡快轉型來(lái)實(shí)現這一變革趨勢。一方面要通過(guò)技術(shù)變革和投資方向的調整來(lái)實(shí)現轉型，另一方面需要通過(guò)電力體制改革，真正實(shí)現一個(gè)能夠“管住”的“中間”，使“中間”真正成為一個(gè)單純的輸送通道，而不是上下游的“關(guān)鍵”。否則，“中間”管不住的結果，就是“兩邊”被“中間”管住了。

朱彤.能源轉型中我國電力能源的結構、問(wèn)題與趨勢[J].經(jīng)濟導刊,2020(06):48-53.