韩晓平

中国能源网首席信息官

中国能源网

刚刚开启的2019年将是格局重构的一年。不仅世界将重构地缘政治和国际利益格局,经过改革开放40年的中国也将历史性地全面重构发展的战略新格局,以应对国际国内以及新技术革命带来的重大变局。

能源是人类文明的动力之源,每一次能源革命都为世界的大局重构提供了最具颠覆性的驱动力。今天,能源革命的新驱动力将为中国为世界的进步提供什么样的新动能?当我们正在跨入大数据、云计算、人工智能、深度学习、物联网、区块链、智能驾驶和人机共存的新时代,”创新、协调、绿色、开放、共享”不仅是驱动中国经济社会进步的新理念,也将是构筑中国能源革命战略新格局的指向。

电力需求空间何在年前,国家电网能源研究院量化研究所发布了《我国电力中长期发展的预判》,认为虽然增速逐步放缓,电力需求仍有较大增长空间。2035年达10.9~12.1万亿kWh;2050年达到12.4~13.9万亿kWh,人均用电量将达到8800~10000 kWh。能不能实现这一目标?需要看我们如何重构能源市场和发电结构,也要重构我们的体制机制和观念。

我们现有的能源和电力系统、管理体系和利益格局都是工业时代形成的,是按照工业化的规模经济和规模效益、分工细化、工厂制度和机器体系建立的,但是它已经是不能适应新技术发展的需要并阻碍新技术革命的步伐。

2018年全年数据虽然还没有发布,但是全年的中国社会用电量很可能超过7万亿kWh这一历史峰值。尽管国家开放了”二孩”政策,但上半年人口增速还在持续下降。2017年实际出生人口1723万人,仅新增737万人。预计情景更加严峻,有专家估算2018年新增人口或将低于700万。若果真如此,中国人均用电量将超过5000kWh这一历史性结点。2017年英国人均发电量为5078kWh,而这些年英国电力消费实现了持续下降的趋势。所以,中国的人均用电量很可能超越英国这一工业革命曾经的领旗人。

其实,多年来我们一直在质疑国家电网人均1万kWh的目标。法国是一个能源结构高电能比重的国家,仅核电就占全国能源比重的37.9%,人均用电只有8255kWh。日本和德国是相当发达的国家,也都是工业制造国家,也是高载能产品汽车的主要出口国,日本人均用电8044 kWh,德国7911 kWh。

虽然美国的人均用电达到13146 kWh,但美国的人均用电却持续下降。2007年美国人均用电14712 kWh,2017年比2007年下降了1566 kWh,降幅10.64%。其主要原因是能效的不断提升和各种节能产品的普及。仅美国能源部高度重视的LED灯,因为每一个LED灯泡可以节约85%的电量和负荷,而现在LED灯已经在美国市场上完全取代了传统的白炽灯泡。如果按照过去10年平均每年人均用电降低1%来推算,到2050年美国人均用电量将可能降低到9436 kWh。

当然,特朗普推动美国重新发展制造业的再工业化努力若能如愿以偿,或许美国的人均用电量或可逆转?但是,由于页岩气革命导致美国的天然气供应极为充足,且价格非常低廉,致使大量使用电采暖的耗电较多的用户,也在改用天然气,并持续挤压发电企业的市场。

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注:各国均为2017年数据,中国2018为预测数据

转型势在必行中国改革开放40年来,经济实现长足发展,能源与电力持续稳定增长。2017年能源总量比1980年增加了7.31倍,发电量增长21.35倍。中国的能源和电力不仅满足了中国人民日益增长的需求和国家经济发展需要,也向全世界提供了大量物美价廉的产品,使中国成为全球最大的商品出口国。同时也造成,中国人均能源消费达到全球平均水平的1.22倍,人均电力消费达到全球平均水平的1.36倍,而人均GDP仍未达到世界平均水平,说明中国能源电力提效仍有巨大空间。

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注:数据来源,中国能源网研究中心

自中美贸易冲突以来,让我们深刻认识到中国靠出口拉动经济的增长模式难以为继,靠”铁公鸡”(铁路、公路、基建)也无法继续推进成长,经济结构转型势在必行。而经济结构转型,继续企望靠传统经济模式拉动电力需求的难度非常之大,几近不可能。我们必须在经济结构转型的大背景下思考中国电力的新发展,以新的模式和新的电源结构去占领新的市场。

还需要考虑的另一个要素是气候变化问题。联合国气候变化卡托维兹大会12月15日在波兰闭幕,由除特朗普政府代表之外的世界各国共同努力,众多国家在全体会议上要求在规则书文件中使用”欢迎(welcome)”取代”注意到(note)”,来表达对两个月前政府间气候变化专门委员会(IPCC)发表的《1.5℃特别报告》结论的态度。也就是说由于地球气候已经出现的急剧变化,人类将可能把地球温升从2℃降低到1.5℃作为努力的新目标。要实现这一目标,世界必须实现”迅速、深刻和史无前例的变革”,包括在 2030 年前将温室气体排放比 2010 年水平降低 45%,到 2050 年实现零净排放。

中国目前是全球温室气体排放最多的国家,排放量占全球的27.6%,几乎接近美国、欧盟和日本的总和。尽管美国退出气候变化巴黎协议,但是美国的温室气体排放这些年来一直在下降。中国在2014、2015和2016连续三年实现温室气体排放下降之后,2017年小幅逆转。2018年前三季度煤炭消费增长3%,天然气全年将新增消费量超过400亿立方米,石油消费同比增加3.4%,温室气体排放将出现大幅度的反弹。

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注:数据来源《BP2018世界能源统计年鉴》

根据国网《我国电力中长期发展的预判》,”随着清洁能源发电量占比逐渐提升,电力系统二氧化碳排放总量在2025年前后出现峰值,峰值水平约为45~50亿吨,2050年排放量约18~19亿吨,占全国二氧化碳排放的比重降至30%以下。2050年单位电量二氧化碳排放强度约为当前水平的22%~26%。”显然这一目标与《1.5℃特别报告》的要求仍相距甚远,需要我们做出极大的革命性的努力和突破。

电能替代促进转型在今天的背景下,我们并不能,也不应该反对国家电网人均1万kWh的目标。因为,中国要实现《1.5℃特别报告》的目标,就必须大力发展清洁电能替代,也只有依靠清洁电能替代,靠增加电力对其他化石能源的直接替代。矛盾主是集中在我们如何生产出足够的没有温室气体排放的清洁电能,并将这些清洁电能用好。

可再生能源对化石能源的替代,需要借助电力系统通道。因为无论太阳能、风能、水能,还是核能,绝大部分的无碳能源都将转化成为电能进入我们的能源体系。电能按照目前的技术,基本可以替代作为燃料的煤炭、石油、天然气等各种化石能源。

要想扩大电力替代市场,就需要电力跨入那些非传统的用电市场,这就要推进能源消费革命。其中最大的市场还在于煤炭和天然气的替代,在很多的工业部门需要燃煤或燃气生产大量工业蒸汽或高温热水,多是为工艺流程提供温度或压力,大多都是电能可以替代的,而且会为企业带来更加清洁、更加高效、更加先进的工艺。

电力加热导热油为工艺提供温度,而且导热油可以储热,关键是提供能源综合服务的机制能够深入企业的工艺流程,与行业专家一起帮助企业解决问题,实现精品精用。但问题是如何要让电力比煤炭和天然气更有竞争力,这取决于价格机制的科学构架,也取决于电力成本的降低。光伏产品的价格在”531新政”之后大幅度下降,光伏系统平均造价已经从2017年的5.5~6.5元/W,降至2018年的3.5-4元/W,预计2019年将进一步下降到2.5-3元/W,此后仍然有降价空间,一些国内光伏企业在国外的系统报价已经不到2元/W,光伏电价与燃煤火电平价是没有悬念的。如果这样的电能来自用户侧分布式光伏所生产,成本将会更加低廉,产品将更具竞争力。

此外,通过电力可以成为等离子火焰,燃烧温度高达8K-9K的超高温,可以满足各种工业对高温工艺的需求,这一温度大大高于化石燃料直接燃烧温度,是丙烷火焰温度的3倍,乙炔火焰温度的2.5倍。高温带来高效和高质量,同时没有化石燃料燃烧的污染和排放问题,甚至简化工业流程和生产配套系统,降低生产成本。

这些年来,越来越多的企业开始使用工业机器人,中国是工业机器人使用最多的国家。根据《2019-2025年中国工业机器人现状调研及市场前景预测》,2017-2020年,全球工业机器人销售额将从每年147亿美元增长至199亿美元,年均增速11.02%,销量将从每年34.6万台增长至52.1万台,年均增速为15.35%。中国自2013年开始成为全球工业机器人最大市场,2016年销量约为8.7万台,占全球比重30%,接近于欧洲和北美销量之和。2017-2020年,中国工业机器人销量将从11.5万台增至21万台,年均增速约为25%,占全球比重将从33%提升至40%。工业机器人本身就需要大量电能,它们工作的车间厂房也需要大量的电力维持。以前用人生产,车间厂房用不着空调,给工人发电防暑降温费就行,使用机器人就不得不采用空调恒温,甚至还要恒湿和空气净化除尘,都需要大量消耗电力。

另一个电能替代巨大的市场在交通。中国的原油的对外依存度逼近70%,若考虑成品油和LPG的进口,石油对外依存度在2017年就已经超越70%。美国历史最高的石油对外依存度是67%,而就此他们已经发动多场战争布局石油安全。中国的油气安全压力空前巨大,直接威胁到我们的社会经济安全和国家自信,使我们在很多国际博弈中陷入被动。同时,燃油污染还是我们城市污染的主要来源,危害着人民的健康。

根据中石化《2019年能源化工产业发展报告》,2018年全国汽油表观消费1.25亿吨,柴油1.61亿吨,这些成品油若按热值计算相当于2.476万亿kWh;即便按动能转换效率换算,也相当于7068亿kWh,这是一个非常巨大的市场。世界上已经有多个国家宣布将在2025-2040年之间实现燃油车完全退出市场,连印度都提出到2030年实现这一目标。而全球电动汽车技术发展最快,普及最快的中国,不可能比印度还落后,否则我们的雄心壮志将何以体现。

未来在于三农现代化最大的新增电力市场将在三农现代化上。习近平总书记说”没有农业农村现代化,就没有整个国家现代化。”看一个国家的现代化程度,不是看它的城市,而是看它的乡村,振兴乡村和美丽乡村建设将是未来中国最大的发展空间。如果中国的城镇化率达到65%,到2030年全国人口峰值是14.5亿人时,仍有农村人口超过5亿人,这是一个巨大的市场。

2018年中国消费了38.5亿吨原煤,6.1亿吨石油,2770亿立方米天然气,6.7亿吨标煤的可再生能源,近7万亿kWh电力,折合总能耗46.6亿吨标煤。其中用于三农的总能耗仅占2%,汽油的1.9%,柴油的8.9%,天然气的0.1%,电力的2.1%。也就是说98%的能源支撑了中国的城市化和工业化,实现了8亿多人口的现代化。

所有的发达国家在发展到一定阶段之后,都出现了一个”逆城市周期”,大量城市人口开始反向迁往乡村。未来中国城镇化的标准将不会再是户口所在地或长期居住地是否在城市,5亿农民将实现就地的城市化,而乡村现代化进程将会促成大量人口返迁回乡村。习近平同志提出的”让农业成为有奔头的产业,让农民成为有吸引力的职业,让农村成为安居乐业的家园。”将会有越来越多的人会向往安居乐业在美丽田园的自然景色中。

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三农现代化将是中国承载未来新技术最广阔的天地,而且这些技术很多都将与电有关。到2018年,中国仍有5.73亿农村人口,大约是2亿个家庭,拥有2亿个屋顶,加上7000万在农村拥有”老宅”但已长期居住在城市的家庭,农村集体用房约3000万座,合计大约3亿个屋顶。每座建筑平均不少于100平米,按最新的技术充分利用可以安装20kW光伏,年发电2.4万kWh。总装机容量60亿kW,是现有装机的3.38倍;总发电量将达到7.2万kWh,超过现在的总发电量。这些能源不仅可以在完全没有温室气体排放的前提下,满足未来农民的全部生活用电需要,还可以满足农业生产、农产品加工的全部能源需求,同时解决农村发展和承载逆城市化需要的能源保障。

除光伏外还有小水电、风电、沼气发电、分布式太阳热发电等,这些不确定和不稳定的可再生能源需要配套足够的储能系统,但这些系统是可以和农业生产深度融合的。电动拖拉机、电动货车等各种电动农机和一些农村水利设施都可能兼顾储能,此外农舍的采暖也是可以通过储热储冷保障。我们可以在三农现代化中构筑一个全电能社会,而所有的电能全部就地取材来自可再生能源。我们可以采用能源互联网技术实现网络化互助供电,采用区块链技术解决彼此的结算,通过区块链建立农村和农民的信用体系,实现自主投资自主结算解决投资问题,并实现新兴的合作化机制将农村和农村组织起来,促进社会的整体进步。

由于中国城市居住密度过高,发展智能无人驾驶非常困难,可能延迟这一技术在中国的发展普及。但农村道路流量低,给发展这一技术提供了广阔的应用场景。无人驾驶拖拉机正在成为一种热门的创新产品,包括著名的”东方红”拖拉机厂在内很多国内外厂家都推出了自己的产品,应用人工智能、地理信息系统、高精度卫星定位、深度学习等技术,实现无人化智能耕种。

如若可以实现无人驾驶,为什么还要停留在地面交通?无人驾驶智能飞行技术实际上比无人驾驶道路交通更简单。在中国的城市高密度的环境下发展这种技术比道路无人驾驶更困难,而在乡村的环境中更加容易。中国多家企业研发的载人无人驾驶电动直升机已日益成熟,就技术而言无人驾驶载人飞行器比汽车更加简单,规模化生产后成本更低。智能飞行还为可再生能源发电制氢提供了对口的出路。氢能遭遇了电池技术的突飞猛进,形成既生瑜何生亮的尴尬局面。氢能转换动能具有更高的能量密度,可以是我们飞的更远、飞的更快、运的更多,为智能飞行创造了很好的能源动力解决方案。

而智能飞行是能耗更低、效率更高、安全性相对更好的交通方式,将会从根本上改变乡村的时空格局,给人们更兴奋的体验感,也提供了更高的出行效率。无人机还可以完成喷药、洒除草剂、农产品运输、农业机械搬运等多种任务,大大降低农业劳动的强度。还可以执行智能放牧任务,极大地提高了农牧业生产效率,而所有的能源都可以借助于可再生的电力。

京东集团将和日本三菱化学在植物工厂方面展开合作,在北京、上海、广州郊区等地建设大型植物工厂,向市场提供没有污染的蔬菜产品,并直接进行到户配送。植物工厂是一种高能耗的蔬菜生产工艺,需要对蔬菜照明、喷灌、收割、打包等,还有智能感应和智能控制,甚至智能收割,以及智能转运配送等系统都需要靠电力来实现。

在新的时代,需求是可以创造的。需求就在各个行业之间的结合部,只要我们为人们带来便利、健康、质量和体验,通过新的能源供需模式与信息、交通、建筑、金融和生态系统深度融合,我们就可以创造各种新的需求。我们必须有足够的智慧完成另外近6亿中国人的现代化,不仅要解决他们现代化的能源,而且不能再增加环境负担,实现他们的参与和共享,让他们在参与中成为真正的主人翁,提升他们的公共意识并得到持续的经济收益,成为真正的”生产投资型消费者”,以此推进整个中国社会的整体进步。