浅析我国能源转型中的机遇与挑战

浅析我国能源转型中的机遇与挑战

作者：张晓

来源：《科技风》2018年第23期

摘要：能源是人类赖以生存和发展的物质基础，化石能源的长期、大量使用不仅导致自身储量的岌岌可危，而且造成了诸多不良社会影响（如物价上涨、环境污染等）。本文在分析传统化石能源存在问题及不足的基础上，指出以风力、光伏为骨干成员的分布式可再生能源和多能协同优化配置为我国能源转型升级提供了新思路、新方法，并对新能源普及应用过程中面临的问题（如实现“源-荷”实时匹配与经济调度）进行了展望。

关键词：能源转型；新能源；光伏发电；风力发电

能源是人类赖以生存和发展的物质基础，而经济社会的快速发展、人口数量的增加和人类对能源多样化需求的激增，导致我国能源消耗速度、需求总量和人均需求量持续攀升。由于化石能源储量有限，导致能源供需矛盾日益加大、能源危机随时可能爆发。为有效缓解眼下能源供需矛盾，大规模化石能源（如煤炭、石油等）被深度开采和批量利用，随之而来的是能源保有量显著下降，能源交易价格不断攀升。据专家预测，全球现已探明化石资源仅可维持使用百年左右。我国化石能源也因供应紧张、缓解疲惫而出现价格持续飙升、剧烈波动的局面。以5500大卡标煤为例，其在2015年末每吨的交易价格仅为370元，但从2016年下半年开始因供不应求而导致价格大幅上涨，一度增至每吨700元的高价，后又回落至年末的每吨639元。与2015年同期相比，涨幅高达72.7%。同时，能源价格的攀升也间接导致物价的上涨、引发经济危机甚至爆发因能源纠纷而引起的局部战争。

我国2015年末的GDP、人口总数和年度电力需求总量分别是689052.1亿元、137462万人、58019.97亿千瓦小时，而同期的人均能源、电力需求量为3135千克标准煤和4231千瓦小时，分别是2000年的2.72和3.97倍。由此可见，在能源需求总量和人均需求量均持续增加的同时，人们对电力能源的需求更加迫切。

同时，传统化石能源在开采、运输、利用的过程中，由于技术、理念、资金、管理等方面的缺陷（如选择性开矿、矿资源转换效率低下），极易出现一些生态问题（植被破坏、耕地减少、草场退化）、环境问题（气候变暖、水土流失、水源污染）和社会问题（矿井坍塌、瓦斯爆炸、人员伤亡）等。其中，最典型的是近几年我国北方地区频发的雾霾天气，因其严重的恶劣影响使得人们谈霾色变。虽然雾霾的起因、形成机理等尚不完全明确，但大量化石能源的长期开采、使用难咎其责。可以预见，若不采取及时、有效地措施改善现有非可再生能源利用的被动局面，不久的将来人们就会像面临经济危机一样去面临生态危机、环境危机、资源危机。届时，所有以消耗资源为代价换得的文明成果在这些危机面前将显得微不足道，纵使再恨不当初也为时已晚。

此外，电能因传输高效、使用便捷等优点成为当今世界能源利用的最有效方式，其用户量大、涉及面广，且与人们的生产、生活的各主要环节深度融合、密切关联。但电力系统集群式生产方式、远距离输送方式以及各骨干网直连互通的配送方式存在安全性、经济性、可靠性等诸多诟病，且随着经济发展速度、电能需求总量的持续增加，其所面临的压力和挑战会越来越大。

在全球化石能源日趋紧缺、能源供应需求日益增大、化石能源使用造成环境日益恶化以及远距离、大功率单向传输电网事故频发的背景下，以风力、光伏为骨干成员的分布式可再生能源产能技术和以多能协同优化配置为核心的新能源调度技术应运而生，受到世界各国学术界和产业界的高度重視并成为电力系统研究的前沿热点之一。在我国，煤炭、石油等非可再生能源产量出现连续三年下降的良好态势，如图1所示。比如，2016年我国原煤产量为34.1亿吨，不仅比上一年度降低9个百分点，而且仅占2013年全年原煤产量的85.89%，同比减少产量5.6亿吨。

与此同时，为满足经济不断发展对能源消耗量日益加大的需求和践行可持续发展的理念，风力、光伏、水电等可再生能源近年来受到国家政府、企业的高度重视和大力发展。据统计，截止到2016年底，我国可再生能源装机容量总计达5.7亿千瓦，占传统非可再生能源的

52.9%。其中，风力、光伏的装机总量为2.26亿千瓦。仅2016年，我国实现可再生能源新增装机容量高达0.53亿千瓦。同时，由近十年来我国装机容量统计结果显示：随着国民经济发展，无论是电力装机总量，还是可再生/非可再生能源装机容量均逐年增加；相比于非可再生能源，可再生能源近期装机容量的增长速度明显加快，进而导致其在总装机容量中所占的比例出现连年递增而非可再生能源所占比例持续下降的局面。

由我国2000年以来人均煤炭和电力消耗量的统计结果可知：随着人均电力消费量的持续增加，人均煤炭消耗量在2013年达到峰值3127千克/人后出现首跌且一度降至2015年的2895千克/人。从电力消费总量角度进行分析可知，自2000以来人们对风力、光伏等可再生能源的需求量也不断加大且其在我国电力消费总量中所占的比例也持续增加（如图2所示）。

总之，随着可再生能源产能规模的快速扩张，其固有的地理分布分散、产能单元数量庞大且关联关系复杂、产/用能过程的随机波动性等特点，使传统集中统一的能源网络难以适应新能源的大规模接入。如何将这些波动性很强的新能源电力尽可能多的并网，并在满足可靠性条件下实现“源-荷”实时匹配和经济调度，成为了目前各国电力系统能量管理面临的最大挑战。