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        “十四五”我國會缺電嗎?
        2021-03-22 08:59:39 admin 403

        按照當前的電力需求增速,若不增加煤電裝機,“十四五”末期我國用電負荷缺口或將超過1億千瓦。

        (來源:微信公眾號“能源雜志”  ID:energymagazine  作者:青羽)

        2021年2月中旬,美國遭遇大寒潮,部分州拉閘限電,其中,得克薩斯州最為嚴重:用戶側取暖負荷暴增;油氣井和管道冰封,導致燃氣機組缺乏燃料、停機,部分風機凝凍,發電側大量裝機無法保證出力。得州大范圍、長時間的輪流停電,伴生電價飆漲,嚴重影響民生和經濟。

        不久前,由于冰凍等氣候問題,我國湖南、江西等地也出現過短暫的電力供應缺口,一時間拉閘限電引起各方關注。本文將結合“十三五”期間我國電力運行特點,當前電源建設及“十四五”供需預測,展望未來五年我國電力電量供需狀況。

        從未來五年新增發電量供應計算,如果“十四五”期間年均用電負荷增速為5%,那么2025年我國將有超過1億千瓦的電力負荷缺口。毫無疑問,得州電力危機為我國電力供應提供了一個重要警示。如何避免我國未來出現電力短缺,提前做出決策應是當務之急。

        “十三五”電力行業發展特點

        煤電發電小時低迷和缺電并存。2020年我國電力供需整體平衡,東北、西北略有富余;迎峰度夏時,因華東、華北氣溫偏低,僅四川、湖南等少數電網有序用電;12月寒潮,湖南、江西缺電,大規模拉閘限電,浙江因為缺少環保指標而限電。

        2020年,湖南煤電利用小時為3516小時,四川僅2975小時;煤電小時低迷的同時,湖南寒潮時大規模拉閘限電,四川迎峰度夏時有序用電。

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        煤電小時結構性下行,被誤認為電力過剩。電力供給過剩會導致煤電小時下行。傳統的判斷認為:以煤電利用小時為指針,煤電5000小時是供需平衡,4500小時是寬松,低于4000小時是過剩。

        除了供給過剩外,發用電結構變化也能驅動煤電小時下行:用電側,工業用電負荷較平緩;三產和生活用電負荷波化,需要煤電頻繁調峰,以保證電力系統的瞬時平衡,表現為煤電小時的下行。

        “十三五”期間,發用電結構變化導致的煤電小時下行,被誤認為是供給過剩,延誤了增量電源的投資決策和建設。

        另一方面,冬夏雙峰并峙也是我國電力行業發展的特點之一。受2021年初的寒潮天氣等因素影響,1月7日國家電網經營區最高負荷達到9.60億千瓦,創歷史新高,11個省級電網負荷創歷史新高。11日晚間,南方電網統調最高負荷錄得1.97億千瓦的峰值,南網首次連續五日出現冬季日用電負荷與夏季高峰時段相當的局面。

        夏季峰值大多出現在下午,冬季負荷峰值大都出現在晚上。迎峰度冬的難度大于迎峰度夏:冬季是枯水期,水電出力下降;南方濕度大,風機可能凝凍;晚高峰時,太陽已下山,光伏無法出力。且多省市同一時段出現負荷峰值,難以余缺互濟。

        “十四五”新增發用電量

        “十二五”期間,我國用電量增長14934億千瓦時,年均用電量增速6.3%;“十三五”期間,用電量增長18177億千瓦時,年均用電量增速5.7%。2020年受疫情影響,用電量增速僅3.1%。

        我國東北和俄羅斯、西南和緬甸越南有電力交互,但數值較小,本文按我國電力自發自用計,忽略發、用電之間的差額。例如,2020年我國發電量76236億千瓦時,用電量75110億千瓦時,差額僅為發電量的1.48%。

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        假設“十四五”用電量增速放緩至4%-5%,對應的用電增量16273-20752萬億千瓦時。而我國新增的發電量供應將來自于以下幾個方面:

        1. 新增水電、抽蓄

        常規水電、抽水蓄能電站的建設工期超過5年,只有在建項目和少數水電擴容項目,來得及在“十四五”投產。

        根據2019年的不完全統計,存量在建的水電約5000萬千瓦,可新增電量約2000億千瓦時(豐水季可新增電力約4000萬千瓦,枯水期新增電力約3000萬千瓦)。需要注意

        的是,在建水電的統計,或有500-1000萬千瓦(200-400億千瓦時)量級的誤差,對全國的電力電量供需格局影響甚微。

        抽蓄在建項目裝機合計4125萬千瓦,分別為:河北易縣、豐寧一期二期、撫寧,蒙東芝瑞,遼寧清原,吉林敦化、蛟河,黑龍江荒溝,江蘇句容,浙江長龍山、寧海、縉云、衢江,安徽金寨,福建永泰、周寧、廈門,山東沂蒙、文登、濰坊,河南天池、洛寧,湖南平江,廣東梅州一期、陽江一期,重慶蟠龍,陜西鎮安,新疆阜康、天山。抽蓄建設期6-7年,為了簡化計算,本文假設所有在建抽蓄可在“十四五”期間全部投產,可增加電力供應,為簡化計算,不考慮抽蓄的發電量。

        2. 新增核電

        核電建設期5年,和水電相似,只有在建的15臺機組(1545萬千瓦),來得及在“十四五”投產,分別為:紅沿河5#6#,石島灣,田灣6#,三澳1#,福清5#6#,霞浦1#2#,漳州1#2#,惠州1#2#,防城港3#4#。上述機組投產后,設備利用按7500小時計,可新增電量供應約1160億千瓦時。

        3. 新增氣電

        氣電電價高、由地方疏導電價,僅沿海的富裕省市,有能力和意愿支撐較大規模的氣電。大約85%的氣電裝機,集中在廣東、江蘇、浙江、北京、上海、福建、天津七個沿海省市。預計增量氣電,也將分布在沿海省市。

        天然氣用于城市燃氣、車船用氣、工業燃料原料、電力等領域。我國的天然氣供應增量約200-300億方/年,按25%供應增量用于發電估算,五年可新增電量約1250-1900億千瓦時。本文按氣電新增5000萬千瓦裝機,1500億千瓦時電量進行估算。

        4. 新增風電光伏

        2020年12月的聯合國氣候雄心峰會上,習近平主席承諾,2030年我國風電、太陽能發電總裝機容量將達到12億千瓦以上。本文樂觀考慮,假設2025年風光裝機已達到12億千瓦,風光各半,則“十四五”風電新增31847萬千瓦,光伏新增34657萬千瓦。風、光發電小時分別按2000、1300小時計,新增電量分別為:6369、4505億千瓦時,合計10874億千瓦時。

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        5. 各電源(不含煤電)新增合計

        “十四五”期間,水電、抽蓄、核電的裝機增量相對確定,氣電裝機增量有限,樂觀估計風光新增裝機,垃圾發電、生物質發電、余熱余壓余氣發電存量和增量體量均較小,為簡化計算,本文暫不考慮。除煤電外,各種電源的新增電量如下表4所示,合計新增電量15534億千瓦時(不含煤電,存量煤電提高發電量的裕度很?。?。

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        保障供電、提高水風光比重、提高煤電小時,三個目標難以同時實現,電力的不可能三角。煤電是候補隊員,水風光等主力乏了、間歇性退場后,煤電才能乘著間隙上場,上場的總時長自然短。電力緊平衡、煤電小時低的地區,例如川滇渝湘,如果煤電上場時長增加,說明電源供應逐漸不足,開始拉閘限電了。

        未來,在全國范圍內,發、用電側的波動性均增大,煤電在提供電量的同時,需提供更多的調峰服務,煤電小時將普遍地繼續下行。

        如表5所示,“十四五”新增電量供應15534億千瓦時,低于4%增速對應的用電量增量需求。

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        如果沒有足夠通道互聯互通,某地富裕的電量,是無法輸送到缺電地區的。因此,將全國數據簡單加總,只有參考價值;在實際計算時,至少以省為單位進行測算。全國數據簡單加總后,新增電量供應依然低于4%增速對應的用電增量,說明即便有足夠的通道,新增電量供應依然不足。

        “十四五”新增電力供需

        電力和電量是有區別的:發、輸、配、供、用電的瞬時平衡實際是電力的平衡,電量是瞬時負荷變化與對應時間的積分。

        1. 用電負荷增速略大于用電量增速

        對比2010-2020年的歷史數據,大部分省市的用電負荷增速大于用電量增速,詳見表6。

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        2. “十四五”用電負荷增量

        近年來,我國的三產、生活用電的占比和人均用電量大幅提高,但和發達國家相比,還處于較低水平。2020年我國三產和生活的用電合計占比30.7%,同期發達國家三產、生活用電占比約2/3。2019年,我國人均三產用電847千瓦時/人年、人均生活用電732千瓦時/人年,遠低于發達國家1500-4700千瓦時/人年的水平。

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        參考發達國家的人均用電水平和用電結構,以及我國近年來的用電結構變化趨勢,預計未來我國三產和生活的用電量和占比將繼續提高,需求側的用電結構變化,將導致夏季和冬季的尖峰負荷更陡峭,未來用電負荷增速依然略高于用電量增速。

        2020年,全國負荷最高10.76億千瓦。需求側用電負荷增速按5%-6%估算,略高于用電量增速,預計“十四五”用電負荷增長2.97-3.64億千瓦。

        低碳電源中,風電光伏是波動性電源,可能極熱無風、極寒無光,電力(負荷)平衡中,風電按95%受阻計,光伏全部受阻(晚高峰無法出力)。配套的儲能技術需要一段時間,成本才能下行到大規模應用,且儲能時長有限。

        3. 新增電力(用電負荷)供需對比

        供應側,“十四五”的主力增量是風光等波動性電源,有電量、無法參與電力平衡;除煤電外,能參與電力平衡的電源分別為:水電、抽蓄、核電、氣電,其中,水電、抽蓄、核電的建設期長,只有數得出的在建項目來得及在“十四五”投產,氣電主要分布在沿海七個富裕的省市。

        各種電源的受阻系數如表8所示,其中,考慮配套儲能后,風電受阻系數由95%下降到90%,光伏受阻系數由100%下降到95%。

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        用電負荷需求大,而供應有限。先進行簡單加總對比,如無新增煤電,用電負荷增速為5%時,2025年約有1.11億千瓦的電力缺口;用電負荷增速提高到6%時,缺口擴大到1.78億千瓦。

        “十四五”負荷缺口怎么填?

        如果“十四五”無新增煤電,用電量和用電負荷缺口如表9所示。用電量缺口較小,用電負荷缺口較大。

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        儲能和抽蓄難以應對長時間的極端天氣。電力供應有富余時,儲能和抽蓄能移峰填谷,一般是小時調節,不具備周調節能力。例如,根據《關于印發支持儲能產業發展若干措施(試行)的通知》(青發改能源〔2021〕26號),青海省新建新能源項目,儲能容量原則上不低于新能源項目裝機的10%,儲能時長2小時以上。抽蓄連續滿發小時數是6-11小時。

        嚴寒或酷暑天氣造成的缺電,持續時間較長,例如造成得州大停電的寒潮,持續時間長達一周;缺電后,儲能+抽蓄在數小時內釋放完存量電力或庫容,就無法再參與電力供應和調節,無法參與周調節。如果僅依靠儲能,要形成周調節能力,需要極其巨量的儲能裝備和投資,和現有的2-4小時儲能時長是質的差別。

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        與此同時,作為壓艙石的煤電卻成了過街老鼠。為了保供,電網需要能持續出力、受天氣影響較小的機組。水電、核電建設周期長,只有在建項目來得及在“十四五”投產,氣電主要分布在東南沿海且增量有限,建設時間短、能夠穩定出力頂上負荷的唯有煤電。

        我國2030年碳達峰的承諾,預見到了“十四五”還需要新增煤電。但是,煤電已成了過街老鼠。存量煤電承擔了調峰重任,利用小時下行,但只有電量電價、沒有容量電價,相當部分煤電虧損、甚至資不抵債。存量如此窘境,遑論增量?此外,為了可再生能源占比和達峰年限等指標,各地方政府和各大發電集團,是否還有意愿開發新煤電?

        美國得州大停電,固然是因為南方州輕視防凍導致的,另一方面,也提出了一個問題:如何設定防災能力的上限?如果將防災能力由防御十年一遇提高到百年一遇,甚至是千年一遇,基礎投資將指數級提高,以防御數日的極端災害。確定的投資和小概率的損失,類似電車難題,如何權衡?

        談論三五十年之后的電力未來,以定性為主,可以只談電力技術的物理特性,例如能量密度和低碳,因為經濟性隨著技術進步和規?;l生劇變,一切皆有可能?!笆奈濉笔茄矍暗氖?,要在定性的基礎上定量,要落到數目字和實操上,需要分析經濟性、前期工作和建設時長、裝備業產能等一系列因素。

        因此,分析近期問題時只定性不定量,是正確的廢話,沒有價值。