“十二·五”期間中國能源供應結構的高效化

吳力波

(復旦大學能源經濟與戰略研究中心復旦大學經濟學院世界經濟研究所,上海 200433)

“十二·五”期間,我國社會經濟發展方式將面臨一系列重大轉型,其中能源供應結構的清潔化、高效化是其中的重要任務之一。在剛剛出臺的“十二·五”規劃綱要,明確提出要“推動能源生產和利用方式變革,構建安全、穩定、經濟、清潔的現代能源產業體系”。這一目標的提出,表明我國的能源發展戰略正在從“保障供應”向“高效供應”過渡,而這種“高效”應該是經濟效益、社會效益、環境效益和生態效益的多贏。為此,“十二·五”規劃綱要明確指出要“加快新能源開發,推進傳統能源清潔高效利用,在保護生態的前提下積極發展水電,在確保安全的基礎上高效發展核電,加強電網建設,發展智能電網,完善油氣管網,擴大油氣戰略儲備”。上述戰略部署表明,要實現我國能源供應結構的高效化,關鍵是清潔能源的加速推廣利用,以及電力、油氣生產與輸配過程的綠色變革。

要使這一轉型戰略落到實處,需要在科學的頂層設計的基礎上細化行動方案,明確內外發展環境與基礎條件,發揮政府先導、市場主導、社會參與的協同作用,從而最終推動我國能源供應體系朝著“安全、穩定、經濟、清潔”的方向發展。本文將對“十一·五”以來,特別是“十二·五”開局年我國能源經濟形勢進行綜合分析,對我國能源供應結構“高效化”戰略的重點著力方向予以綜合研判和深入剖析。

1 21世紀以來我國一次能源供應結構的“高碳化”傾向

中國的一次能源生產自21世紀以來保持快速增長。1990—2000年期間,我國一次能源生產的年均增速為2.25%,而2001—2009年期間攀升至8.81%。從能源類型來看,原煤生產年增速從20世紀90年代的1.98%上升至21世紀的8.89%,原油生產年增速基本不變,分別為1.67%和1.76%,天然氣生產從25.74%上升至12.99%,水電則從6.72%上升至11.38%。由于原煤供應的高速增長,使得21世紀以來原煤占一次能源供應的比重從2000年的71.95%上升至2009年的77.30%,見圖1。能源供應結構呈現“高碳化”。

煤炭占一次能源生產的比重之所以快速上升,主要來自于電力生產的需求。2009年我國的煤炭消費中,有53.86%用于發電和供暖,如果扣除用于工業原料的煤炭,則發電、供暖所消耗的煤炭占煤炭能源行消耗總量的近七成(69.86%)。圖2是我國煤炭消費結構及發電煤耗占比示意。可以發現,發電煤耗在煤炭消耗總量中的占比持續上漲,尤其是在20世紀90年代,經濟飛速發展帶來用電需求的不斷提高,歷史數據顯示電力消耗的經濟增長彈性往往大于1,即電力消費增速高于經濟增長速度。進入21世紀以來,隨著電源結構調整、技術進步,發電煤耗占比增速有所放緩,但是目前依然已接近50%,由此可見,調整電源結構是優化我國一次能源供應結構的重要因素。電源結構的持續高碳化,是阻礙我國能源系統減排目標實現的主要障礙。

圖1 中國一次能源生產構成

圖2 我國煤炭消費結構及發電煤耗占比示意

與傳統能源相比,我國新興能源供給的增長相對緩慢。國際能源署統計數據顯示,我國2000年到2007年,全部可再生能源(水利、地熱、太陽能、海洋能、風能、生物質能源等)生產量從22.14萬t標準煤增長到24.13萬t標準煤,年均增速1.23%,盡管增速在逐漸提高但明顯慢于能源生產總量的增長,可再生能源本來基數就小,在能源供應總量中的份額逐年下降,從2000年到2007年從20.84%下降到13.30%(中國能源發展報告2009)。

可再生能源發電是我國新興能源開發利用的重要戰略。近年來新能源、可再生能源、清潔煤發電技術得到了廣泛的發展和應用。風電,太陽能光伏并網和分布式發電也有了一定的應用。隨著“十二·五規劃、可再生能源中長期規劃的推進和落實,以及《可再生能源法》的出臺,可再生能源在我國今后的能源結構中的地位必然會不斷上升,但是在近期和中期,我國要單純依靠可再生能源發電建立清潔的、高效化的能源供應結構具有一定的難度。在很長的一段時期內,我國還將采用“以煤為主”的能源發展戰略,煤炭的清潔利用、綜合利用技術將會得到大力推廣,國務院最新發布的《石化產業調整振興規劃》也進一步明確了這個戰略。不過,包括IGCC,CHP和分布式供能在內的一些煤炭清潔利用等技術,由于受限于成本和技術的限制在短期內尚無法大規模應用,“十二五”期間實現碳強度的下降困難很大,必須充分重視。

2 我國電源結構與電力系統的發展

“十一·五”期間電力需求增長迅速,尤其是末期,隨著經濟形勢的恢復,電力需求也恢復到金融危機沖擊前水平,并保持較快的增長幅度。2010年全社會累積用電4.19萬億kW·h,創下歷史新高,同比增長14.56%,單位產值用電量同比上升3.9%。在電力生產總量中,水力發電量6863億kW·h,同比增長38%;火力發電量為34145億kW·h,同比增長14.2%;核電768億kW·h,同比增長為9.6%。圖3是中國電力生產總量構成,可以看到我國發電能源依然以煤炭為主,雖然“十一·五”期間火電占比有所下降,但始終維持在80%以上,電源結構高碳化嚴重。

圖3 中國電力生產總量構成

從長期看,隨著經濟增長和居民生活水平的提高,生產方式、生活方式的轉變將帶來能源消費結構的電氣化趨勢。十一五期間,電力生產量和消費量年均增長率分別為9.03%和9.01%,而電力在能源消費總量中的比重也從2000年的7.2%增加到了2007年的8.2%。隨著電氣化趨勢的不斷加深,電源結構的變化將對我國能源結構有著更加直接、顯著的影響。強化電源結構清潔化、低碳化,是實現“十二五”期間能源結構轉型,推進節能減排的主要工作。圖4表示了中國1980年至2009年用電量的分部門構成。可以看到零售餐飲業用電量逐年遞增,1980—2009年間年均增長率達116%,成為年均增長最快的部門;增長率第二位的是居民用電部門,年均增長率達114%。

圖4 中國用電量分部門構成

電力系統的發展也是我國能源系統建設的重要部分,自2000年起全國能源系統投資總額中有超過70%的部分投入電力系統,包括電網和電源建設。2010年電源工程完成投資3641億元,由此帶動,2010年新增裝機容量9127萬kW,使總裝機容量擴充為96219萬kW(見圖5)。要降低電源結構中傳統的煤炭所占比例,就需要在水電、核電、新能源發電以及智能電網方面加大投資。

圖5 2010年電源工程投資與建設情況

3 傳統化石燃料市場運行情況

近年來我國經濟的高速增長帶來了對傳統化石燃料的巨大需求,圖6是近年來中國原煤需求量。在日趨緊迫的資源約束下,各種能源價格高企,而且價格不確定性陡增,結果一方面增加了經濟運行的不確定性,另一方面也將為新興能源、可再生能源等高成本清潔能源帶來發展的契機和空間。作為我國重要的基礎能源和原料,煤炭在國民經濟發展中長期具有重要的戰略地位。2009年煤炭在我國一次能源生產和消費結構中占比在70%上下,而同期世界平均水平大約為27%～30%。中國煤炭產量占世界煤炭產量的比重由1998年的27.4%上升到2009年的45.56%,見圖7。我國電力燃料的76%,鋼鐵能源的70%,民用燃料的80%和化工燃料的70%,均來自于煤炭。中國“富煤貧油少氣”的能源資源特征和進入“重化工業主導型”經濟發展階段的特點,決定了在較長時期內,煤炭在我國一次能源消費結構中占主導地位的格局將長期保持不變。

圖6 中國原煤需求量

圖7 中國原煤產量(1980—2008)

相較其他能源產品,煤炭市場化程度最高,我國的能源市場化改革也從煤炭市場發端。《能源發展“十·一五”規劃》中明確我國的能源發展方針是“堅持節約優先、立足國內、煤為基礎、多元發展”。盡管世界市場對煤炭的依賴程度遠遠低于中國,但近年來國際煤炭市場價格大幅上漲,這也是世界總體供需平衡趨向緊張的一種反映。盡管中國是世界第一煤炭生產大國,然而自2009年2月我國成為了煤炭凈進口國,據估計2010年我國煤炭進口總量將達到1.6億 t,比2009年增長40%,并將繼續保持上升趨勢。盡管我國的煤炭進口僅僅占總產量的2%,并且進口目的主要以調劑品種、滿足個別地區短期需求為主,但由此所釋放出來的“中國需求”信號對世界市場的沖擊仍然是巨大的。國際能源署分析認為到2015年之前煤炭價格還將維持在110～120美元之間的較高的水平,而以中國為代表的新興經濟體工業化進程所帶來的需求增長,以及煤炭清潔化利用所帶來的成本增加是推高煤炭價格的主要原因。尤其是2011年3月日本發生地震海嘯,進而導致福島核電站多個反應堆發生核泄漏事故,使得世界各國重新考量發展核電的安全風險。在這樣的背景下,傳統能源發電技術重新受到了重視,而對煤炭需求上漲的預期導致了煤炭價格進一步上漲,價格風險不斷擴大。

目前我國國內市場煤炭有效供給不足,特別是近年來國家加大宏觀調控力度,清理煤礦在建項目、控制新開工項目,抑制了煤炭產能的擴張。鐵路運力分布不均衡特點決定了區域性煤炭供求關系失衡長期存在。在有效供給不足的條件下,以較高的煤炭價格推動能源結構調整、抑制浪費、倡導節約將是我國煤炭消費的大勢所趨。圖8是2010年主要電廠煤炭到場價格;可以看到,2010年國內市場煤炭價格在 700～800元/t上下波動,已經接近國際市場價格。隨著我國煤炭市場與國際市場進一步接軌,受國際流動性較大推動,國際市場石油等大宗商品價格上漲勢必將帶動我國煤炭價格同步上漲。國際國內煤炭市場價格的上漲對下游生產部門形成了很大的成本壓力,發電部門在煤價放開,電價管制的雙重擠壓下,虧損十分普遍。

圖8 2010年主要電廠煤炭到場價格

除了總體價格上漲外,煤炭價格的波動性也日趨激烈。從圖8中可以看到,2010年間我國國內煤炭價格受天氣、季節、政策以及國際市場價格的影響,出現了三次大幅漲跌。這種價格的大幅波動,不僅給企業的生產經營帶來不確定性,而且也給我國的宏觀經濟的平穩運行造成了巨大的困難。但是從另一個角度看,高企的傳統化石燃料價格為可再生能源、新興能源以及其他高成本的清潔能源技術提供了發展的空間與條件。包括《十二·五規劃綱要》中提出重點發展的煤制氣、煤制油和煤基多聯產技術、熱電聯產、分布式供能、智能電網、風能、太陽能、生物質能、地熱能等其他新能源,這些成本較高的新興能源產業在煤炭、石油價格高企的市場環境下,將更有利于實現市場化,提高企業研發和推廣動力。

4 “十二·五”能源供應結構高效化前景展望

2011年《十二·五規劃綱要》頒布,在《綱要》中提出要實現資源節約環境保護,單位國內生產總值能源消耗降低16%,單位國內生產總值二氧化碳排放降低17%。規劃綱要同時明確要推動能源生產和利用方式變革,堅持節約優先、立足國內、多元發展、保護環境,加強國際互利合作,調整優化能源結構,構建安全、穩定、經濟、清潔的現代能源產業體系。在《十二·五規劃綱要》出臺前后,各級政府能源、資源主管單位也先后制定了大量的政策對《綱要》的要求進行細化,指導落實。

4.1 燃煤發電的清潔化和高效化

電力部門是我國能源系統中的重中之重,發電部門的清潔化、高效化對我國總體的能源結構、節能減排工作具有至關重要的作用,但是在目前和可見的將來,我國電源結構都將繼續保持以火電,尤其是燃煤發電為主,因此推進新型的能源利用技術,將是實現電力部門清潔化、高效化的最有效、最可行的方法。《十二五規劃綱要》指出,在未來五年中,我國要重點發展清潔高效、大容量燃煤機組,優先發展大中城市、工業園區熱電聯產機組,以及大型坑口燃煤電站和煤矸石等綜合利用電站。各種傳統化石燃料的清潔利用技術,包括潔凈煤發電技術超超臨界機組和IGCC,熱電聯產和分布式供能等技術都將成為近中期發展的重點方向。

不過應當看到,盡管在“十一·五”期間,國家和各級地方政府都頒布了有關能源發展和可再生能源發展的規劃文件,希望能夠扶持各類高校清潔的新興能源產業,但目前推進效果并不理想。究其原因主要這些新興能源產業的成本過高,目前的超超臨界、IGCC和CHP技術尚處于試點示范階段,難以大規模推廣,市場推進動力不足。尤其是金融危機以后,全球經濟增速放緩導致能源需求下降,傳統能源價格隨之下跌,進一步削弱了新興能源技術的發展動力。

進入“十二·五”階段,隨著全球經濟復蘇與我國經濟的持續穩定較快增長,能源需求與能源價格也已經逐漸恢復,能源價格大有持續上揚的趨勢。不僅如此,國際和國內節能減排呼聲日漸高漲,也對清潔能源技術提出了更高的要求。這些因素對于我國電力部門的清潔化、高效化發展都將起到顯著的促進作用。

4.2 在保證安全的前提下發展先進核能技術

由于核電具有零排放、高穩定性、發電效率高規模大的特點,曾經受到了一些發達國家的青睞,特別是在溫室氣體減排得到各國政府充分重視后,作為實現電力系統清潔化、高效化的重要途徑的核電近年來再次受到青睞,核電裝機容量重新出現了快速增長的趨勢。應當說日本福島核電站事故對各國核電的發展會有一定的影響,特別是一些發達國家例如法國、德國等核電擴張計劃可能被擱置。但是正確的做法不是因噎廢食,而是要選擇先進的、合適的技術,并加強安全管理,在確保安全的基礎上高效發展核電。根據我國《核電中長期發展規劃》以及《十二·五規劃》的要求,我國將重點推廣更安全的第三代壓水反應堆技術,并在選址、工程設計建設過程中充分考慮和避免核泄漏風險,同時還要研發更先進更安全的第四代反應堆技術。

4.3 可再生能源利用技術

《可再生能源發展“十二·五”規劃》確定了七個戰略新興能源產業發展規劃,指出水電將繼續發揮可再生能源的主體作用,風電是可再生能源的重要新生力量,太陽能發電是后續潛力最大的可再生能源產業,同時推動生物質能多元化發展。根據《可再生能源發展“十二·五”規劃》,未來5年我國要實現核電總裝機1174萬kW、新增風電裝機超過1400萬kW,光伏電站裝機50萬kW的目標。

2010年全國風電投資 891億元,形成了1399萬kW的并網發電能力,累計裝機容量達到了3107萬kW,風電并網發電經歷了快速的增長。但是值得注意的是,在風電產能擴張的背后,受電網技術的限制真正能夠并網的發電量非常有限,大部分風電場的風機開工不足,產能閑置較為嚴重。在十二·五期間促進風電發展的工作重點,應該是開發風力風速穩定的風電資源,如近海風電、海上風電技術,以及開發智能電網、直流輸電技術,提高電網的智能化和適應能力。

相比之下我國目前太陽能發電的規模小得多,這是因為光伏發電的成本過高,太陽能熱發電的技術不成熟,因此太陽能利用技術的發展重點是降低成本,開發建筑物結合的太陽能發電技術。

4.4 智能電網和電力部門其他新興技術

電力是能源系統中的重點部門,電力部門的高效化和清潔化是整個能源供應系統高效化的核心,電力部門可以利用各項新技術把各個能源消耗部門有機地整合起來,實現系統化、集約化管理,達到更高效地節能減排效果。目前發展較為成熟、影響較為深遠的技術包括電動汽車以及相關配套技術、智能電網技術等。

隨著電動汽車整車和電池技術的不斷發展,發展和推廣電動汽車已經成為許多國家政府和交通部門推行低碳化交通工具的重點任務。我國的電動汽車在整車和電池技術已經開始走向成熟,今后還要加強充電設施的建設,以及相關的電池和充電接口標準的制定,并通過V 2G技術提高電網的適應性和穩定性。

智能電網的建設對電力系統清潔化、高效化發展具有重要意義,與傳統電網相比,智能電網能夠更好地實現可再生能源接入、智能用電管理等功能,將終端用電部門、輸配電部門,以及可再生能源發電有機地整合在一起,為清潔電力發展提供了載體和技術平臺,將各部門、各環節的節能技術整合,實現系統性、集約性的管理和控制。

5 能源市場化改革前景

近期國內電力市場化改革呼聲日高,改革的第一步就是要將發電、輸電和配電環節分開、明確上下游的利益主體和分配機制;上下游一旦放開,由于發電行業的虧損將不能由下游輸配供環節補償,如果煤炭價格持續高位運行,那么電價上漲將是不可避免的必然結局。然而必須看到,電力部門市場化改革所存在的爭議要遠遠大于石油、煤炭部門,網絡化生產模式具有天然壟斷特性,打破壟斷確實可以提高部分生產環節的效率,但是對整個系統的技術經濟效率的影響則存在很多不確定性,特別是市場化改革所帶來的價格不確定性會直接影響對電力系統長期投資收益率穩健性的判斷,從而影響電網的中長期建設。相信處于工業化中期的中國肯定會在電力市場化改革方面審慎前行,電力價格在短期和中期之內應該會保持相當的穩定性。

6 結語

電力部門是我國能源系統中的重中之重,發展智能電網對電力系統清潔化、高效化發展具有重要意義。煤炭在我國一次能源消費結構中占主導地位的格局將長期保持不變,雖然“十一·五”期間火電占比有所下降,但始終維持在80%以上,電源結構高碳化嚴重,發電部門的清潔化、高效化,福島核電站事故后傳統能源發電技術將重新受到了重視,發展潔凈煤發電技術,對我國的節能減排總體工作具有至關重要的作用。

福島核電站事故使得世界各國重新考量發展核電的安全風險,我國發展核電的合理戰略,應該重點推廣第三代壓水反應堆技術,同時研究開發先進的第四代反應堆技術,并在選址、工程設計建設過程中充分考慮和避免核泄漏風險。可再生能源技術是低碳經濟的重要組成部分,目前發展潛力最大的是風電和太陽能發電技術。電力市場化改革第一步就是要打破壟斷將發電、輸電和配電環節分開,提高部分生產環節的效率,但是這種改革也可能給整個系統的技術經濟帶來不確定性,特別價格不確定性,會直接影響對電力系統長期投資收益率穩健性的判斷,從而影響電網的中長期建設。