第四次工业革命为第三次能源革命创造了条件

 

        当前，以新能源、智能化、新材料、物联网等技术为主要驱动力的第四次工业革命正席卷全球，并加速推进第三次能源革命。新能源、智能电网，储能、储热、储冷，以及电动车与氢能产业快速发展，传统能源生产和消费方式将发生革命性变化，加速非化石能源对化石能源的替代。1.风光电为主的新能源量足价低，是替代煤油气的最佳“一次能源”我国风光资源丰富，内蒙、青海等西北地区开发六十分之一，即可满足全国当前全部能源需求。以青海柴达木盆地为例，26万平方公里的戈壁滩，光伏理论装机高达100亿千瓦。新能源综合价格从10年前的1元/千瓦时降到了现在的0.3元/千瓦时左右，而且还在下降。2019年我国新能源装机突破4亿千瓦，位居世界第一。目前，由国家电投为主实施的全球首个最大平价风电项目——内蒙古乌兰察布600万千瓦风电送京津冀项目，世界首条100%清洁能源特高压配套工程——青海海南州千万千瓦级风光水多能互补送河南项目开工建设，上网价格均低至火电水平。实践证明，大规模开发西北地区新能源，通过特高压输送到东部地区，技术和经济性都是可行的。电是最清洁、最便利的能源利用方式。相比化石能源高温高压、热能、动能、电能的转化过程，新能源可实现风光能在常温常压下向电能的直接转换，过程简单、无碳，具有较好的经济性。因此风光电为主的新能源是替代煤油气的最佳“一次能源”，将成为第三次能源革命的主角。

 

        2.新技术的发展，使“风光电为主的新能源替代煤油气为主的化石能源”的条件越来越成熟谷电制氢。当前燃料电池及电解制氢技术快速发展，主要设备和材料逐步国产化，成本快速下降。随着大规模采用新能源制氢，预计2025年氢能车成本将低于燃油车。目前，国家电投自主研制的首台燃料电池大巴正式下线，全球规模最大的电解水制氢项目在北京延庆启动，项目采用“2毛钱谷电制氢”，氢能车运行成本基本与燃油车相当。如实现北京市“公交、物流重卡全部氢能化”，预计可减少北京市三分之一的燃油消耗，将为我国规模化制氢，以及利用氢能调峰储能，以氢代油探索出新模式。谷电供热、供冷。10千瓦时电能产生的热值与1立方天然气热值相当，以北京为例，一个冬季电制热耗电100千瓦时/平米，采用低谷电制热、储存再利用，热力成本约25元/平米，与天然气相当。如北京市8.7亿平方米供热全部电能替代，可替代全市接近二分之一的天然气消耗，增加电量870亿千瓦时，相当于2019年全市用电量的80%。如采用热泵技术，比电制热效率还可以提高3-5倍。国家电投正在昌平宝之谷园区开展低谷电替代天然气供热、供冷试点，成本下降达20%，对我国构建消费侧储能模式具有示范意义。电动车储能发电。电动车的运行成本已经大幅低于燃油车，未来将是一个海量的储能系统，可以低谷充电、高峰向电网售电。预计2030年，我国电动车保有量或超1亿辆，可达50亿千瓦时的储能规模，相当于北京市15天的电量消耗，将对储能产业和能源体系带来深刻的变化。正在开展的液流电池、锂电池等化学储能的研发和升级，一旦经济性突破，发电、电网及用户侧均可利用。智能化、互联网、大数据、云计算等新技术的出现，将融通电力网、热力网、交通网，形成能源互联网，助力新能源、储能、储热/冷、氢能、电动车等新产业的快速发展，提升能源配置效率，实现能源体系从量变到质变。

 

构建电为核心的能源体系，实现“代油代气代煤”

 

        现阶段我国一年的能源消费总量约35亿吨标煤（扣除原料用煤后），一次能源消耗煤炭17亿吨，石油6亿吨，天然气2800亿立方米。折合成电能约12万亿千瓦时，其中电力消耗7万亿千瓦时，石油折算约3万亿千瓦时，天然气及散煤折算约2万亿千瓦时。要实现风光电为主的非化石能源替代煤油气为主的化石能源，必须满足两大条件，一是风光电为主的新能源充裕且有经济性；二是解决新能源的不稳定性问题。目前，通过在西北部风光资源富集地区大规模开发新能源送至东部地区，与化石能源相比有经济性。下一步，关键要解决新能源不稳定的问题，加速非化石能源对化石能源的替代。传统电力系统是“发输用”同时完成，发电规模按照最大负荷来配置，发电侧随着用电需求的变化而调节，有多少需要就发多少电；且为满足安全运行，需要预留较大的备用容量，导致目前电力系统的运行效率较低，不超过50%。新能源的不稳定，源于其出力只能随天气和季节引起的风、光大小而定，不能随负荷大小来变化，与现有的电力系统特性相悖。要解决这个问题，不是单一技术突破就可以解决的。要对现有的电力系统进行变革，由“发输用”同时完成的传统模式，转变为“发输储用”的全新电力系统，系统的负荷大小可以随着发电侧新能源的出力而调整。新型“发输储用”电力系统中，电制氢，电制热/冷、电动车充放电，不仅是替代煤油气为主化石能源的过程，更重的是起到储能和系统负荷调节的功能。当电力系统处于低谷阶段或风光等新能源充裕时，启动上述“储能”负荷，当系统负荷处于高峰时段或风光等新能源出力较低时，暂停这部分负荷。从代油、代气、代煤的电量看，系统可以满足调节需求，这样完全改变了现有电力系统“即用即发”的特性，可以适应风光等新能源的出力特点，彻底解决其间歇性、不稳定的问题，同时上述模式的“储能”使得电力系统更加安全，备用容量大幅减少，系统效率大幅提升，持续增加电力在终端消费的比重，促进风光电为主的非化石能源消纳。这个过程将分两步走：

 

        第一步，推动消费侧储能，提高现有电力系统效率，实现电能代油代气。目前，我国电力装机20亿千瓦，日间最大负荷约12亿千瓦，夜间最低负荷仅有6亿千瓦，电力系统整体效率只有50%。如果把氢、热、冷组织在电网低谷时段生产，可大大提高电力系统效率。当效率从50%提高到80%时，相当于可以增发4万亿千瓦时电能，可以通过挖掘存量潜力、不改变现有电力系统，实现油气化石能源的替代。这样既完成了电能向不同能源形态的转换和储存，实现了电能的“时间转移”，也大幅提高了电力系统的运行效率和新能源的消纳比例。另外，氢能车、电动车也可以在负荷高峰时段或电网特殊需要时，向电网发电，可以发挥调峰等作用。

 

        第二步，代油、代气、代煤同步推进，实现对化石能源的全面替代。随着储能技术的进步，在上述制氢、制热/冷等储能实施代油代气的基础上，一旦成本问题解决，化学储能将会大规模部署在电力系统，并完全实现对化石能源的替代。

 

        有关建议

 

        风光为主的非化石能源替代化石能源，不是一蹴而就的，是一个巨大的系统性工程，不仅需要技术的进步，也需要商业模式的创新和政策的扶持。一是进一步拉大峰谷电价差。现阶段电制氢、制热/冷等代油代气，尚处于替代的“临界点”。当电价在0.2-0.3元/千瓦时内，电能替代油气才有经济性。建议完善峰谷电价政策，尤其是降低低谷电价，鼓励和支持谷电、新能源制氢、制热、制冷、充电等商业模式；出台政策，推动储电、储氢、储热、储冷等配套产业的发展。二是鼓励技术创新和商业模式创新。这是一次庞大的能源体系变革，不仅需要新能源、储能、氢能、特高压等能源自身技术的进步，还需要能够支撑新型能源体系的其他技术创新，比如智慧控制技术、区块链技术等。同时，还要创新商业模式，优化电动车分时充放电，提高充电桩布局密度，布局更多加氢站等，充分利用现有的电力系统挖掘潜力，减少投资，提高效率，推动新兴产业的发展。三是加大西部新能源的开发及政策支持力度。建议加快西部大规模风光等新能源基地开发及特高压通道建设，充分开发利用我国独特的资源禀赋和优势，统一规划，统一实施，把西、北部的高原、荒漠变成“新能源电气田”，替代传统的“油田、气田、煤田”，把新能源产业打造成我国保增长、扩内需，转型发展的新的增长极。四是打造“电为核心能源体系”三个区域示范。鼓励和复制北京宝之谷、延庆冬奥“谷电供热/冷，谷电制氢”的商业模式，推广化石能源替代示范。①打造北京存量替代规模化示范。2030年前，完成全部公交、物流交通，部分乘用车的电能、氢能替代，以及1亿平方米采暖的清洁供暖改造，北京可在2030年领先全国实现减碳50%的战略目标。②打造雄安新区零碳示范。雄安是新时代社会主义现代化城市的样板，要按照100%利用可再生能源、绿色交通、能源互联网+智慧能源的模式进行规划建设，把雄安打造成我国第一个100%淘汰化石能源的城市，全球第一个100%实现零碳排放的城市。③打造山东能源新旧动能转换示范省。山东是化石能源消耗的第一大省，结合山东的区位优势和胶东半岛三大核电基地的开发，走出一条“清洁外电入鲁，核电开发，清洁供电、供暖，海水淡化”的新路子，加速能源结构调整，为全国能源高质量发展作出示范。现阶段构建这样一个“电为核心的现代能源体系”，技术上是可行的，也是有经济性的。前两次能源革命都是成倍推高能源成本，而这次能源革命可实现不推高成本且持续下降。我国具有资源优势、市场优势，特别是“集中力量办大事”的体制优势，也有环境保护、能源安全的紧迫压力。在以习近平同志为核心的党中央领导下，我们要发挥中国人的创新力和资源整合力，一定能引领第三次能源革命的进程，加速构建“电为核心的现代能源体系”，加速对化石能源的全面替代，实现国家能源自足、能源安全，为全球应对气候变化和人类文明进步做出更大贡献。