天津電能替代潛力研究

◎文/榮 斌 王 燕

電力是關系國計民生的基礎產業，電力供應和安全事關國家安全戰略。電能替代主要包括三種形式：一是消費端電能替代，包括在城市集中供暖、工商業等重點領域實施的以電代煤和在城市交通、農業灌溉等領域的以電代油等。二是生產端電能替代，主要是以風電、光伏為代表的清潔電力替代傳統化石能源發電。三是運輸端電能替代，主要是把西部、北部的清潔電力遠距離、大規模輸送到東中部地區，以輸電替代輸煤。

一、電能替代契合經濟社會可持續發展需要

加快清潔發展、應對氣候變化、推動能源轉型是各國共識。扎實推進“兩個替代、一個提高、一個回歸”，即以太陽能、風能、水能等清潔能源替代化石能源，以電能替代煤、油、氣，大幅提高電氣化水平，讓化石能源回歸工業原料和材料的基本屬性，是解決可持續發展中能源和環境問題的現實需要。從世界范圍來看，電力能源發展呈現以下特點：

一是電力生產持續增長，中國電力發展尤為明顯。1991—2021年世界發電量以年均2.9%的速度增長，特別是2002—2011年保持年均3.5%的增速，但2012—2021年的年均增速回落至2.5%。2021年，世界各國累計發電量28466.29太瓦時，發電量排名前五的國家中，中國的發電量年均增速明顯高于世界平均水平（見表1）。

表1 1991—2021年全世界及主要發電國家電力生產情況

二是電源結構仍以火電為主，新能源發電增長迅速。1991—2021年間，世界電力生產中火電占比保持在六成左右。其中，石油發電和核電占比明顯下滑，煤炭發電和水電占比穩中有降，天然氣發電占比穩步提高，風電、光伏等新能源發電占比從1.6%提高到2021年的13.7%（見表2）。

表2 1991—2021年全世界電力生產源占比情況（%）

三是電能在終端領域持續滲透，中國與發達國家電氣化差距逐漸縮小。電能占終端能源消費比重是衡量電氣化程度（即經濟社會對電能的依賴程度）的重要指標之一，根據國際能源署發布的《世界能源展望2022》，世界終端能源消費中電力比重從2010年的16.7%提高到2020年的19.7%，并預計在2030年和2050年分別達到22.1%和27.8%。中電聯發布的《中國電氣化年度發展報告2021》表明，日本、美國和法國穩居電氣化中期高級階段，德國、英國已進入電氣化中期高級階段，中國電氣化發展總體處于中期中級階段，并預計在2030年穩居中期高級階段，支撐實現碳達峰。

中國雖然已經成為電力生產與消費第一大國、風電和光伏發電裝機第一大國，但人均水平皆明顯低于發達國家。由此，我國《電力發展“十三五”規劃》制定“實施電能替代，優化能源消費結構”重點任務；2016年國家發展改革委等部門聯合印發《關于推進電能替代的指導意見》，2022年印發《關于進一步推進電能替代的指導意見》，明確提出“到2025年電能占終端能源消費比重達到30%左右”的目標，全面推進終端用能綠色低碳轉型。

二、天津電能替代推進電氣化發展進程

與傳統能源相比，電能替代能夠充分利用電能的清潔、安全、高效、便捷優勢，優化能源結構和電源結構，進而提升能源利用效率和區域間的資源優化配置。“十三五”以來，面對大氣污染防治要求持續加碼、生態與環保剛性約束不斷趨緊的現實，天津加快構建清潔低碳、安全高效的現代電力工業體系，有效支撐了全市經濟社會發展需要。

（一）電力供應能力不斷提升，結構更加清潔化

2016—2021年，全市電源、電網發展規模持續擴大，發電設備裝機容量增至2058.03萬千瓦，年均增長6.4%；總發電量增至799.73億千瓦時，年均增長3.7%。同時，隨著風能、光伏、生物質發電項目建設有序推進，全市可再生能源電力（包括風電、光伏發電、生物質發電、水電）裝機占總裝機容量的比重達到17.2%，累計提高13.3個百分點。

（二）終端用能電氣化態勢逐漸顯現

天津因地制宜，在居民采暖、生產制造、交通運輸等多個重點領域推廣用電項目。2021年，全市終端用電量為987.76億千瓦時，自“十三五”以來年均增長3.5%，用電增速快于能源消費增速3.7個百分點；產業用電結構更趨均衡，第三產業和城鄉居民用電占全社會用電比重分別達到21.5%和13.6%，累計提高了3.9個和2.7個百分點。

（三）運輸側智能電網建設取得積極進展

“電從遠方來，來是清潔電”，基于能源稟賦需求與供給逆向分布特點，跨區域輸配電合作能夠促進清潔能源的統籌規劃和消納。天津電網“十三五”期間累計完成投資456.97億元，地區最大用電負荷增至2022年的1771萬千瓦，年均增長4.2%。天津建成錫盟—天津南—山東、蒙西—天津南兩條特高壓交流受電通道及海河特高壓站，并與新疆、山西、甘肅、寧夏、青海等省市加強能源合作，2021年凈流入電量為205.86億千瓦時，比2015年增長30.6%，占全市總用電量的比重為20.1%，累計提高1.5個百分點。

（四）電能替代與節能減排同步推進

電能替代在提高能源利用效率、控制煤炭消費、防范化解煤電產能過剩風險、減少大氣污染等方面發揮著重要作用。 “十三五”期間，電力行業加大機組節能改造力度，不達標的30萬千瓦及以下煤電機組已全部淘汰，全部煤電機組（含自備）實現了超低排放，煤電機組平均供電煤耗由313.2克標準煤/千瓦時下降到295.4克標準煤/千瓦時。2021年，全市煤炭消費量降至3723.27萬噸，六年間累計減煤815.56萬噸，大氣中二氧化硫、可吸入顆粒物（PM10）和細顆粒物（PM2.5）年均濃度分別下降72.4%、40.5%和44.3%，單位GDP電耗累計下降5.7%。

三、電能替代的地區比較

電能替代主要受經濟發展階段、地區人口變化、能源利用技術、能源稟賦等諸多因素影響。具體來說，經濟越發達，電能替代其他能源的形式越多樣，電能替代技術的應用范圍越廣泛，電能替代成效越明顯，地區電氣化水平越高。同時，能源政策也在一定程度上決定了終端能源消費結構。

（一）電力供應能力持續增強，但生產端電能清潔替代瓶頸明顯

“十三五”期間，東部10個省市（包括北京、天津、河北、上海、江蘇、浙江、福建、山東、廣東、海南）發電裝機容量年均增速在2.6%～11.7%之間，電力供應能力逐年提高。其中，天津發電裝機容量年均增長7.7%，增速高于全國平均水平0.1個百分點，在10個地區中排名第6。同時，各地區電力企業深挖機組運行潛力，6000千瓦及以上電廠發電煤耗減少幅度在0.6克/千瓦時～26.6克/千瓦時之間，電力生產更加高效。其中，2020年天津發電煤耗降至260.9克/千瓦時，比全國平均水平低26.3克/千瓦時，減少幅度在10個地區中排名第2。

從電源結構看：2020年，全國火電裝機占全部裝機的比重為56.6%，五年累計下降9.3個百分點，10個省市中僅海南、福建和河北的火電裝機占比低于全國平均水平。其中，天津的火電占比為87.0%，僅好于上海 （91.8%）， 次 于 北 京（86.3%）。同時，受全社會用電增速放緩、發電裝機增速高于用電增速等因素影響，2020年全國6000千瓦及以上電廠發電設備平均利用小時為3756小時，“十三五”期間減少232小時。東部10個省市中，包括天津在內的5個地區發電設備平均利用小時數低于全國平均水平，包括天津在內的7個地區發電設備平均利用小時數降幅高于全國平均水平，傳統能源產能結構性過剩問題明顯。

（二）電力消費呈現南北分化，消費端電能替代進程趨緩

電能替代成效可通過“電能占終端能源消費比重”指標來反映，但由于數據的可獲得性，用“用電增速-能耗增速”指標來反映電能是否在消費環節替代其他能源。如果“用電增速-能耗增速”大于0，意味著用電增速超過其他主要能源品種（如煤品燃料、油品燃料、天然氣等）消費增速，電能占終端能源消費比重必然提高。如圖1所示：“十三五”期間，東部10省市的用電增速（累計）在6.1%～35.9%之間，且呈現南高北低態勢，其中，僅浙江的用電增速高于全國平均水平（33.8%），天津僅高于上海和北京；10省市的“用電增速-能耗增速”（累計）在4.5%～18.3%之間，表明電能不同程度地替代了其他能源品種，但均低于全國平均水平（19.0%）。

圖1 10省市電力消費與全社會能耗累計增速情況（%）

地區經濟發達程度與本地電氣化相關性較強。如圖2所示：作為經濟較發達區域，東部10省市中有7個地區人均用電量高于全國平均水平；“十三五”期間，10省市人均用電量不同程度提高，累計增速在5.1%～25.7%之間，但都低于全國平均增速（30.8%）；人均用電量增速與城鎮化提高率的相關性較強（相關系數為0.72），即人均用電量增長較快的地區，城鎮化率提高得也較多。例如，河北、江蘇、浙江、福建和海南的人均用電量累計增速均在20%以上，城鎮化率均提高了5個百分點以上。與之相反，北京、天津、上海的城鎮化率均在80%以上，明顯高于全國平均水平，“十三五”期間僅提高了0.8個、1.8個和0.8個百分點，人均用電量累計分別增長11.2%、18.2%和5.1%，明顯低于全國平均增速，電能替代潛力相對較小。

圖2 10省市人均用電量和城鎮化率變動情況（%）

（三）減煤替代政策持續發力，運輸端的跨區域電力輸入有較大發展空間

表3 2020年東部10個省市用電情況

東部地區特別是京津冀、山東、江蘇、浙江、廣東等省市是煤炭減量替代工作的重點區域。同時，我國水電資源主要集中在西南地區，風能資源主要集中在東北和西北地區，太陽能資源主要集中在西北、西南等高原、少雨干燥地區，東部大部分省市發展可再生電力不具備明顯優勢。以天津為例，2020年陸地70米高度層年平均風功率密度（風功率密度是指與風向垂直的單位面積中風所具有的功率，等級越高反映風能資源越豐富）偏小面積占比為82.5%，附近渤海海峽70米高度層年平均風功率密度偏小面積占比為96.8%，全年日照時數為中等類型地區，在來水、來風和光照條件并不優越的情況下，運輸端的跨區域電力輸入尤為重要。

2020年，東部10省市的電力產出占全國總產出的36.4%，電力消費占全國總消費量的46.0%，尚有超過7400億千瓦時電力消耗由其他地區供應。如表2所示：只有福建為電力凈流入，其他9個地區均不同程度地需要外省市輸入電力滿足本地需要。其中，北京的外省市凈調入電量占本地區總用電量的60.0%，電力的對外依存度最高；天津的電力凈流入量為199.07億千瓦時，占全市用電量的20.5%，低于北京、上海、浙江和廣東。

四、天津電能替代前景預測

電能占終端能源消費比重是衡量一個國家或地區終端能源消費結構和電氣化程度的重要指標。比重提高，說明電能在終端能源消費環節替代了其他能源品種；比重保持不變或者下降，即使電力消費總量增長，也不能說明電能替代了其他能源品種。本文以2014—2021年天津電能占終端能源消費比重數 據 為 時 間 序 列x（0）={x（0）（1），x（0）（2），…，x（0）（n）}，構建GM（1，1）灰色預測模型進行預測。相應的微分方程和預測模型公式為：

對預測模型公式x（1））（t）進行累減，生成電能占終端能源消費比重x（0）的預測值，如圖3所示。經檢驗，預測模型的相對殘差均值為0.01，關聯度為0.71，方差比C為0.32，小誤差概率P為1，模型擬合等級為好。

圖3 天津全社會電能占終端能源消費比重預測（%）

根據預測結果，天津電能占終端能源消費比重預計穩步提高，并于2025年達到39.7%。以當前電氣化發展進度，有望順利實現全市能源發展規劃中“到2025年電能占終端能源消費比重達到38%”的目標。