“限电”背后的转型之路

2021年12月25日

李惠民

本文首发于《能源高质量发展》杂志

     今年三季度以来,广东、江苏、云南、广西、浙江、四川、内蒙、吉林等多个省份陆续采取限电措施。“限电”再一次成为社会热点。限电”并不是一个新问题。新中国成立以来,中国曾出现六次大规模限电[1],每一次限电背后,都有其深刻的历史背景,折射了中国的能源经济转型之路。为此,国际环保组织绿色和平“国内低碳发展政策研究”项目特邀北京建筑大学环境与能源工程学院副教授李惠民,从中国能源电力转型的角度分析了拉闸限电问题背后反映的问题,以及对中国电力系统未来发展的观察与思考。

一、历史上的“限电”与经济转型

计划经济时代,中国出现过两次大规模电力短缺,一次出现在1958~1960年,一次出现在1970~1973年,都与“大跃进”有关,是经济极度冒进、加之能源体制僵化导致的电力短缺。1978年改革开放以来,地方经济快速发展,用电需求急速增长,而电力工业连续十多年的投资不足,导致了第三次电力短缺。这一次缺电直接推动了我国能源体制的改革。

亚洲金融危机之后,在国家“三年不建新电厂”的不成文政策下,发电装机增速由1998年的9.1%连年下降至2002年的5.3%。但也正是从这一时期开始,中国正式加入世贸组织,展开了经济腾飞的翅膀。由于重工业进程加快,电力需求急剧增加,2002~2004年,中国的能耗强度打破了1980年以来的连续下降趋势,由1.162tce/万元上升到1.285tce/万元。这就造成了第四次电力短缺。

金融危机之后紧接着就是4万亿经济刺激计划。经济刺激计划有效地拉动了经济增长,也带动了高能耗产业的新一轮扩张。于此同时,由于之前电力供大于需,2007-2010年煤电新增装机增速连续四年为负。电力供需平衡的天平开始倾斜。这一轮限电开始于2010年后半年,很多省份开始拉闸限电。这其中既有“十一五”能耗强度目标考核的压力,也有能源短缺的无奈。在2011年4-5月以及9-10月,多个地区出现缺电状况,是为第五次电力短缺。与之前发电设备不足不同,这一次的电力短缺,“计划电、市场煤”所导致的发电意愿不足成为重要原因之一。

图1 1981-2021年全社会用电量变化与历次“限电”

二、今年9月“限电”的直接原因

关于今年“限电”的原因,不同的研究者从不同的角度进行了解读。国家发改委在今冬明春能源保供工作答记者问时,把“多措并举加强供需调节”作为解决“限电”的指导思想。综合各种分析,供需失衡仍然是解读本轮“限电”的重要起点。

在供需失衡分析中,需求从来都是更为主动的因素。根据中电联数据[2],2021年1-8月,全社会用电量增速从2020年的2.5%直接跨越到13.8%,达到了2010年以来的最高水平。面对需求猛增的局面,电力供应开始紧张。2021年1-8月,全社会发电量同比增长12.9%。电力需求的大幅增长是本轮“限电”最直接的原因之一。

在巨大的电力缺口面前,电力的应急保障能力尤为重要。同时,我们也注意到,从火电利用小时数来看,我国一直面临火电机组出力不足的现状。截至2020年底,我国火电机组为12.5亿千瓦,而2020年全国发电量为7.63万亿千瓦时,这些电量果全部由火电机组供应,折算利用小时数约为6104小时,只占全年8760小时的69.68%[3]。然而,从实际情况来看,2021年1-8月,全国火电设备累计平均利用小时仅为2988小时,尽管比去年同期增长了260小时,但远未达到设计的经济运行小时数5500小时。在一边发电产能出力不足、一边电力用户缺电严重的矛盾下,煤炭价格也处于上涨通道。截至今年9月底,秦皇岛动力煤市场价较去年底上涨幅度已超过113%,价格绝对水平突破1500元/吨,而过去几十年间,动力煤的最高价格也就在1000元/吨左右。可见,“计划电、市场煤”成为此轮“限电”的症结所在,电价与煤炭产能是破解这次“限电”的关键。

针对这次“限电”,国家发改委一方面发布《关于加快释放部分煤矿产能的紧急通知》,加快煤炭产能释放。另一方面,国家发改委发布《国家发展改革委关于进一步深化燃煤发电上网电价市场化改革的通知》[4],扩大燃煤发电市场交易价格上下浮动范围。总体来看,此轮“限电”所呈现的电力缺口,用电需求总量未超过现有发电装机能力,煤炭需求总量未超过国家煤炭资源供给能力,随着煤炭产能释放和价格调节,解决“限电”将只是时间问题。

三、“限电”背后的大趋势

上文从供需关系的角度分析了此轮“限电”的直接原因,但“限电”背后折射出的经济社会发展大趋势,仍将对未来中国的电力供需产生深远的影响。从消费侧来看,后工业化时代的经济转型正在推动新的电气化进程,电力消费量将面临进一步增长;从供给侧来看,清洁能源转型正在推动可再生能源迅速发展,煤电占比将长期处于下降趋势;同时,气候变化背景下的可再生能源具有更大的不确定性,如何保障长期稳定的电力供需平衡是未来将面临的重大挑战。

1、经济转型与电气化

“十二五”以来,中国经济发生了深刻的变化。2012年,第三产业在GDP中的占比超过第二产业,2015年第三产业占比首次超过50%,2020年第三产业占比达到54.5%,这也标志着中国已经由一个工业国变成一个以服务业为主的国家。从工业内部来看,传统的高能耗行业增速明显下降,高技术制造业逐渐成为经济增长的新引擎。与传统高能耗行业严重依赖煤炭、石油不同,服务业、高技术产业、信息产业等都以电力作为主要能源。产业和行业结构的变化,正在推动电力消费的不断增长。事实上,从本轮“限电”来看,高能耗行业的贡献较为有限,高技术产业和服务业的增长是电力需求增长的关键所在。2021年1-8月,全社会用电量增长了13.8%,四大高载能行业用电量仅增长了11.0%,而消费品制造业用电量增长了18.3%,高技术及装备制造业用电量增长了21.7%,第三产业用电量增长了21.9%2

在消费侧,居民生活用能也在迅速电气化,对电力的依赖程度逐年提高。2014年,中国纯电动汽车销量仅为4.5万台,截至2021年6月底,纯电动汽车保有量扩大到493万辆。预计未来10年至15年,电动车将大规模普及,中国电动车保有量届时或接近1亿辆,成为推动电力消费的重要因素。在建筑领域,随着煤改电的不断推进,电采暖已成为北方居民冬季采暖的一种重要方式。

经济转型带动电力消费不断增长。1981-2020年,除极个别年份外,电力增速均高于能源消费总量增速(图2),导致电力在终端能源消费中的占比逐年提高(图3)。2011年电力占终端能耗的比重约为22%,根据中电联相关研究,2025年这一比重有望达到30%[5]。到2050年,IEA估计这一数字将达到47%。

图2 1981-2019年能源消费与电力消费增速对比

图3 电能占终端能源消费的比重

2、能源转型与去煤化

“十二五”以来,中国开始进入以雾霾治理为重点的大气污染防治攻坚期,直接推动了清洁能源转型进程。过去的十年,去煤化是能源领域的重要主题。在供给侧,国家先后开展了多次淘汰煤炭落后产能行动;在消费侧,国家大力实施煤改电、煤改气。作为清洁能源转型的重要成果,2010-2020年,煤炭占能源消费的比重由69.2%下降到56.8%(图4)。从电力装机来看,2012年以来,中国煤电装机在总装机中的占比逐年递减,从2012年的65.7%下降至2020年的49.8%,历史上首次跌至一半以下,可再生能源已经成为新增电源装机主体。从发电量上来看,2010-2020年,火力发电占总发电量的比重由79.2%下降到68.5%(图5),10年内下降了10.7个百分点,同样是历史上从来没有发生过的。

图4 2010-2020年能源消费结构

数据来源:国家统计局,年度数据[6]

图5 2010-2020年火电发电量占比

数据来源:国家统计局,年度数据[7]

能源转型带来了巨大的环境、健康、经济以及社会收益。2013 年以来,中国大气污染防治取得了历史性突破,主要大气污染物排放量迅速下降。伴随着能源转型,全国SO2、  NOX和一次PM2.5排放量分别于2006、2012和2006年达到峰值,2020年排放量相较峰值分别下降了77%、32%和53%[8]。PM2.5未达标地级及以上城市平均浓度相比2015年下降了28.8%[9]。PM2.5污染情况的显著改善带来了巨大的健康收益,2020年PM2.5长期和短期暴露相关的过早死亡人数较2013年分别下降20%和41%7。同时,清洁能源转型促进了经济绿色高质量增长。截至2020年底,中国多晶硅、光伏电池、光伏组件等产品产量占全球总产量份额均位居全球第一,光伏产品出口到200多个国家及地区,新型储能装机规模约330万千瓦,位居全球第一8,成为经济发展中的重要增长极。清洁能源转型也产生了明显的社会效益。截至2020年,中国累计建成超过2600万千瓦光伏扶贫电站,惠及约6万个贫困村、415万贫困户,形成了光伏与农业融合发展的创新模式8;累计完成散煤替代2500 万户左右,有效改善了北方地区农村居住条件,促进了美丽乡村建设7

未来的几十年,在碳中和、大气污染防治、可持续发展等目标的共同推动下,去煤化依然是清洁能源转型的重点。根据清华大学《中国长期低碳发展战略与转型路径研究》,从2020-2050年,煤炭占比需要下降到10%以下,每年大约要下降1.6个百分点(图6)。从总量上来看,煤炭从现在开始应该进入下降通道。

图6 2℃目标导向推荐情景一次能源消费构成

数据来源:清华大学,《中国长期低碳发展战略与转型路径研究》

四、转型期电力供需面临的新挑战

电力供需平衡从来不是一个新问题,但面临的挑战却随着能源经济的转型不断呈现新的变化。本轮“限电”中,气候变化、煤炭紧缺、全球市场波动等因素开始显现。

1、气候变化

尽管可再生能源的应用是应对气候变化的主要手段,但可再生能源较传统能源而言,却更易受到全球气候变化的影响。气候变化所导致全球水资源减少,也会对传统能源生产构成严重挑战。传统的电力生产,特别是火力发电、核电对水资源的依赖非常突出,当面临严重干旱时,这一类型的能源生产将面临挑战,对于水力发电尤为如此。此外,大风、雷电、大雾、冰冻雨雪等极端气候灾害可能导致电力基础设施及设备损害,造成电线短路、电力设施损毁,影响电力稳定性。

在消费侧,用电负荷也与气候变化密切相关。温度升高或降低会对采暖能耗、降温能耗带来重要影响。更为重要的是,气候变化对能源供应和需求的影响往往具有同向性。即极端气候条件下,能源供应体系受损的风险增大,而能源消费的需求则大幅度增加,从而使能源体系的安全稳定性受到巨大影响。在可再生能源比重不断提高的情况下,气候变化正成为影响能源供需平衡的关键因素。

2、能源“不可能三角”

从各方面来看,去煤化、甚至去化石能源已成为能源转型的必然趋势。近日发布的《中共中央、国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》明确提出,“到2060年,绿色低碳循环发展的经济体系和清洁低碳安全高效的能源体系全面建立,能源利用效率达到国际先进水平,非化石能源消费比重达到80%以上”。该意见同时指出,“处理好减污降碳和能源安全、产业链供应链安全、粮食安全、群众正常生活的关系,有效应对绿色低碳转型可能伴随的经济、金融、社会风险,防止过度反应,确保安全降碳”。可见,如何处理好化石能源特别是煤炭问题,是保障电力长期稳定供需平衡的关键问题。

从煤炭来看,能源领域长期存在的“不可能三角”问题尤为凸显。所谓“不可能三角”,即几乎没有哪种能源体系能够同时满足“既有能源用,又没有污染,价格还便宜”这三个目标。对于煤炭来说,一方面是在碳中和和环境保护的长期目标下煤炭的长期下行,另一方面,随着可再生能源比重的不断提高,煤炭在能源体系中的角色需要进一步转变,即煤炭在一般情况需要减少出力,优先使用清洁能源,在供需紧张的情况下煤电需要发挥应急调峰的作用,能够快速顶上去,如此结果就势必导致煤炭价格的不稳定性。目前,中国的能源体系对煤炭依存度高,但在煤炭长期下行、电力负荷长期看涨的情况下,如何尽早推动煤炭软着陆,将是保障电力供需平衡的长期挑战。

3、全球能源同构化

改革开放以来,中国的能源对外依存度不断提升。2020年,中国石油和天然气对外依存度达到73%和43%,即使是煤炭,对外依存度也达到了10%以上[10]。在碳中和背景下,世界主要经济体纷纷加快了去煤、去核、减油减气的进程,全球能源转型的可选项也越来越少,“可再生能源+储能+调峰”正成为世界各国能源共同的未来。

总体来看,以可再生能源为主的能源结构有助于降低化石能源对外依存度,增强能源独立性,但这种能源同构化趋势也会使全球陷入了更大规模的“不可能三角”,带来了更为严峻的挑战。当可再生能源出力出现波动,全球应急体系的高度一致性将产生新的风险。事实上,中国的这次“限电”不是孤立的事件,而是在全球能源供需紧张局面下的一个缩影。德国今年上半年的风力发电量同比大幅缩减21%,发电量占比也从29.1%下降至22.1%。整个欧盟今年以来的风力发电量为近3年以来最低水平,较2020年同期降幅达17.29%[11]。可再生能源发电负荷下降,加之能源需求快速增长,使欧洲进入能源危机。基于此,全球天然气、石油、煤炭等化石能源需求在短时间内释放出来,推动价格不断攀升。因此,在能源市场全球化的背景下,如何合理分配能源资源,提升能效,并科学建立“多能互补”的能源体系,实现能源价格稳定,是我国甚至世界所面临的重大挑战。


[1] 叶春能源,从我国历次缺电看2021年拉闸限电,http://www.f139.cn/news/detail/6798511.html

[2] 中电联统计与数据中心,2021年1-8月份电力工业运行简况,https://cec.org.cn/detail/index.html?3-300994

[3] 中央纪委国家监委网站:拉闸限电凸显了什么问题?中华环保联合会废弃物发电专委会秘书长、中国电力技术市场协会储能设备技术专委会秘书长郭云高答记者问。https://mp.weixin.qq.com/s/o4cdAv2ypGIFOHdiOwTOWw

[4] 国家发展改革委关于进一步深化燃煤发电上网电价市场化改革的通知,http://www.gov.cn/zhengce/zhengceku/2021-10/12/content_5642159.htm

[5] 中电联,电力行业“十四五”发展规划研究,https://cec.org.cn/detail/index.html?3-297199

[6] https://data.stats.gov.cn/easyquery.htm?cn=C01

[7] https://data.stats.gov.cn/easyquery.htm?cn=C01

[8] 中国碳中和与清洁空气协同路径年度报告工作组,2021中国碳中和与清洁空气协同路径,2021

[9] 中国应对气候变化的政策与行动2021,https://www.fmprc.gov.cn/ce/cegh/chn/zgyw/t1917789.htm

[10] 国家统计局,年度数据,https://data.stats.gov.cn/easyquery.htm?cn=C01

[11] 汤艺甜,全球能源危机之痛,北京商报,http://epaper.bbtnews.com.cn/site1/bjsb/html/2021-10/25/content_470893.htm?div=-1

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