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一、引言
黨的十九大提出了建設(shè)清潔低碳、安全高效的能源體系目標(biāo)，中國能源發(fā)展戰(zhàn)略方向已然明朗，能源革命正在加速推進。能源中長期發(fā)展戰(zhàn)略路徑選擇和前瞻性政策部署尤為重要，關(guān)系到能源體系建設(shè)目標(biāo)的實現(xiàn)。在構(gòu)建綠色低碳全球能源治理格局、推動中國經(jīng)濟轉(zhuǎn)向高質(zhì)量發(fā)展階段、積極落實碳減排承諾和建設(shè)美麗中國的大背景下，面對能源發(fā)展新動向、技術(shù)新進步、消費新模式、產(chǎn)業(yè)新業(yè)態(tài)等不確定因素，如何研判電力在構(gòu)建清潔低碳、安全高效能源體系中的地位和作用，如何研判我國未來電氣化分階段演進趨勢，需要以新格局、新方法來論證回答。采取定性與定量相結(jié)合的方式，深入分析和展望電力及能源系統(tǒng)前景，對于能源行業(yè)踐行創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享新發(fā)展理念，支撐全面建設(shè)社會主義現(xiàn)代化國家具有重要意義。
國網(wǎng)能源研究院基于能源和電力領(lǐng)域的長期研究，借助自主開發(fā)的全球能源研究統(tǒng)一平臺，以新時代能源革命的戰(zhàn)略思想為引領(lǐng)，立足于能源中長期發(fā)展方向、發(fā)展方式、發(fā)展動力、戰(zhàn)略步驟深刻調(diào)整的新格局，采用源-網(wǎng)-荷-儲協(xié)調(diào)等新理論和現(xiàn)代分析決策新技術(shù)，研判了中國能源和電力到2050年的轉(zhuǎn)型發(fā)展趨勢，以期為中國能源電力發(fā)展的中長期路徑選擇提供參考。研究設(shè)置了各類轉(zhuǎn)型措施實施力度相對平衡的常規(guī)轉(zhuǎn)型情景和電氣化水平更快提升的電氣化加速情景，在兩個情景下分別進行能源電力發(fā)展展望。
二、我國能源轉(zhuǎn)型發(fā)展展望
基于模型運行結(jié)果分析，對中國中長期能源發(fā)展形成八大判斷。
一是能源需求增速放緩，總量將較快進入平臺期。中國終端能源需求即將進入增長飽和階段，2035~2040年前后達到峰值后緩慢下降。一次能源需求2020~2025年進入增長飽和階段，約在2030年后進入平臺期，總量穩(wěn)定在56~58億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，其中化石能源需求在2025年前后達到峰值41~43億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。如果按照電熱當(dāng)量法計算可再生能源發(fā)電量，則一次能源需求將在2030~2035年達到峰值，峰值降至47~50億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，如圖1。
圖1 一次能源需求
二是能源利用效率持續(xù)提升，人均用能水平維持低位。在經(jīng)濟結(jié)構(gòu)調(diào)整、用能技術(shù)進步和終端能源消費結(jié)構(gòu)改善等因素共同作用下，能源利用效率持續(xù)提高。隨著節(jié)能技術(shù)的逐步推廣應(yīng)用，我國基于用能技術(shù)的節(jié)能潛力釋放趨緩，基于用能結(jié)構(gòu)升級的節(jié)能潛力貢獻持續(xù)提升。2030年和2050年單位GDP能耗分別降至2015年水平的50%~53%和24%~27%左右。人均能源需求緩慢增長，2040年以后基本穩(wěn)定在4.0~4.2噸標(biāo)準(zhǔn)煤，如圖2。
圖2 終端能源利用效率
三是能源需求增長動力轉(zhuǎn)換，用能部門結(jié)構(gòu)朝著均衡方向變化。工業(yè)用能需求在2025年前達到峰值后穩(wěn)步下降，交通和建筑部門用能持續(xù)增長，能源需求增長動力從工業(yè)部門轉(zhuǎn)移到建筑和交通部門，工業(yè)、建筑、交通部門的終端用能占比從目前的6-2-1格局演變成4-3-3格局。鋼鐵、建材、化工、有色金屬等高耗能行業(yè)占工業(yè)用能比重由65%逐步降至2050年的47%左右，如圖3。
圖3 終端能源利用部門結(jié)構(gòu)
四是能源結(jié)構(gòu)加速優(yōu)化升級，清潔化水平顯著提升。煤炭終端需求逐步被替代，2030年在終端能源消費中占比將降至20%左右，2050年降至10%以下。天然氣消費快速增長，油品增長相對緩慢，2050年油氣占終端能源消費的比重提升至40%上下。電能在終端能源消費結(jié)構(gòu)中的比重持續(xù)上升，在2030年前超過煤炭成為最主要的終端用能品種。一次能源結(jié)構(gòu)持續(xù)朝著清潔低碳方向調(diào)整，非化石能源在2035~2040年前后成為第一大能源品種，2050年占一次能源需求總量的比重達到46%~58%。如圖4，5。
圖4 終端能源消費結(jié)構(gòu)
圖5 電氣化加速情景下一次能源需求結(jié)構(gòu)變化
五是煤炭需求已進入下降通道，清潔高效利用勢在必行。煤炭需求已進入下降通道，峰值出現(xiàn)在2013年，峰值消費量28億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。常規(guī)轉(zhuǎn)型情景下，煤炭需求在經(jīng)歷峰值平臺期后較快下降，2030年降至24.4億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，2050年降至10.0億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。電氣化加速情景下，煤炭需求下降速度更快，2030年需求降至22.6億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，2050年降至7.2億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。隨著煤炭清潔高效利用步伐加快，終端散煤利用逐步轉(zhuǎn)為發(fā)電供熱集中利用，終端煤炭需求和污染物排放將大幅下降。
六是油氣需求增長平穩(wěn)，能源安全整體可控。石油需求在2030~2035年達峰，峰值為6.7億~7.0億噸，2040年以后出現(xiàn)較明顯下降，2050年需求降至5.5~6.6億噸。石油對外依存度在2035年前后達峰，峰值約70%。天然氣需求持續(xù)增長，常規(guī)轉(zhuǎn)型情景下，2050年需求增至8900億立方米；電氣化加速情景下，天然氣需求在2040年左右達峰，峰值約7000億立方米，2050年需求降至6500億立方米左右。天然氣對外依存度在2040~2045年前后達峰，峰值約50%~60%。從一次能源自給率來看，能源自給能力整體保持在80%上下，電氣化加速情景下的能源安全水平明顯提高。
七是電氣化水平持續(xù)提升，電能成為能源供應(yīng)和消費主體。電能在終端能源消費結(jié)構(gòu)中占比持續(xù)提升，2030年提高至30%左右，2050年增至35%~46%。建筑部門是電氣化水平和提升潛力最高的部門，電氣化水平從2015年的29%提高到2015年的46%~66%。工業(yè)部門電氣化水平從2015年的23%提高到2050年的42%~49%。隨著終端電氣化水平的提高，發(fā)電能源占一次能源的比重也持續(xù)上升，常規(guī)轉(zhuǎn)型情景下在2035年超過50%，電氣化加速情景下在2025年即超過50%，并在2050年達到69%左右，如圖6。
八是能源燃燒碳排放提前達峰，碳強度下降目標(biāo)超額實現(xiàn)。能源燃燒二氧化碳排放即將進入平臺期，2020~2025年達到峰值，峰值水平約為101~105億噸，應(yīng)對氣候變化進入新階段。2020年、2030年碳排放強度比2005年下降50%以上、70%以上，均可超額實現(xiàn)自主減排目標(biāo)。2050年碳排放強度將比2005年下降90%以上，使我國在GDP總量增長超過10倍的情況下，二氧化碳排放總量與2005年水平大致相當(dāng)甚至更低。我國從碳排放快速增長階段進入穩(wěn)定增長階段，為碳排放總量控制和排放權(quán)交易等應(yīng)對氣候變化措施提供了更加成熟的客觀條件，如圖7。
圖7 能源燃燒二氧化碳排放
三、我國電力轉(zhuǎn)型發(fā)展展望
基于模型運行結(jié)果，對中國中長期電力發(fā)展形成九大判斷。
一是電力需求仍有較大增長空間。電力需求總量持續(xù)增長，增速逐步放緩，2035年左右進入增長飽和階段，飽和時點相比于能源需求延后10~15年，2050年電力需求將在當(dāng)前水平基礎(chǔ)上翻番，達到12.3~14.4萬億千瓦時，人均電力消費達到8800~10300千瓦時。工業(yè)部門用電占比逐步下降，2050年仍是最主要的電力消費部門；建筑部門用電占比快速提高；交通部門由于用電量基數(shù)太小，盡管電量增長明顯，但在全部用電量中占比仍然較低，如圖8。
圖8 電力需求
二是電源裝機容量保持持續(xù)增長。2050年之前電源裝機將保持快速、持續(xù)增長，常規(guī)轉(zhuǎn)型情景與電氣化加速情景下，2030年裝機容量分別達到28.7億千瓦、36.3億千瓦左右，2050年裝機容量分別達到44.3億千瓦、57.5億千瓦左右。增量部分以清潔能源為主，電源結(jié)構(gòu)逐步優(yōu)化。兩情景下，2030年清潔電源裝機容量分別達到15.4億千瓦、21.7億千瓦左右，2050年分別達到35.1億千瓦、46.9億千瓦左右。如圖9，10。
圖9 常規(guī)轉(zhuǎn)型情景下各類電源裝機容量
圖10 電氣化加速情景下各類電源裝機容量
三是電源發(fā)展呈現(xiàn)“風(fēng)光領(lǐng)跑、多源協(xié)調(diào)”態(tài)勢。陸上風(fēng)電、光伏發(fā)電將是發(fā)展速度最快的電源，2030年、2050年兩者總裝機容量占比有望超過30%、50%。氣電受成本因素制約，增長空間有限，2030年、2050年的優(yōu)化裝機容量將分別達到1.8億千瓦、3.7億千瓦左右。核電發(fā)展受到站址與建設(shè)速度等因素影響，預(yù)計2030年、2050年的裝機容量將分別達到1.2億千瓦、2.2億千瓦左右。水電可開發(fā)潛力已相對有限，預(yù)計2030年、2050年裝機容量將分別達到4.6億千瓦、5.4億千瓦左右。煤電將逐步轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂猩疃日{(diào)節(jié)能力的容量支撐電源，2030年、2050年裝機容量預(yù)計將達12億千瓦、7億千瓦左右。除風(fēng)電、光伏發(fā)電外各類電源雖然裝機容量增長有限，但都將在電力系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用，在波動性電源大規(guī)模發(fā)展的情況下保障電力系統(tǒng)的電力電量平衡與調(diào)峰靈活性，各類電源呈現(xiàn)協(xié)調(diào)發(fā)展態(tài)勢。
四是電源布局繼續(xù)向資源富集地區(qū)傾斜。近期受消納形勢與補貼政策等多重因素影響，電源布局當(dāng)以東中部負荷中心與西部北部資源富集區(qū)并重。但長期來看，電源裝機向資源條件更好的西部、北部傾斜是全國一盤棋下更為科學(xué)的能源轉(zhuǎn)型方案。其中，煤電裝機布局將以華北、西北地區(qū)為主，華東等受端地區(qū)由于煤電機組密度大、環(huán)境減排形勢嚴(yán)峻，煤電退出趨勢明顯；氣電裝機近中期以東中部為主，政策支持的熱電聯(lián)產(chǎn)與園區(qū)分布式三聯(lián)供機組具備發(fā)展?jié)摿Γh期氣價更具競爭力的西北地區(qū)增長潛力更大；風(fēng)電布局仍將以“三北”地區(qū)為主，近期東中部分散式風(fēng)電迎來發(fā)展機遇期，但隨著棄風(fēng)問題緩解，在優(yōu)質(zhì)資源區(qū)開發(fā)風(fēng)電是更具經(jīng)濟性的優(yōu)化方案；光伏發(fā)電宜集中式與分布式并重，東中部分布式光伏近中期具備較大增長空間，但受限于可用屋頂面積與光照資源條件，分布式光伏難以滿足負荷中心的用電需求，更無法作為我國大力發(fā)展清潔能源的主體部分，在優(yōu)質(zhì)資源區(qū)集中式開發(fā)仍將貢獻重要份額。
五是電網(wǎng)大范圍配置清潔能源能力增強。全國互聯(lián)電網(wǎng)將在新一代電力系統(tǒng)中發(fā)揮更加重要的作用。一方面，我國能源資源與負荷需求逆向分布的國情決定了全國范圍優(yōu)化配置資源的客觀需求。另一方面，高比例新能源電力系統(tǒng)對靈活性提出更高要求，跨區(qū)互聯(lián)電網(wǎng)通過采用更加靈活優(yōu)化的運行方式，在全國范圍內(nèi)實現(xiàn)電力供需動態(tài)平衡，將有力促進高比例新能源消納利用。電力系統(tǒng)整體規(guī)劃結(jié)果表明，2030年、2050年我國跨區(qū)輸電通道優(yōu)化容量分別達到3億、5億千瓦左右，“西電東送”規(guī)模呈逐步擴大趨勢，并且將以輸送清潔能源為主。電網(wǎng)作為大范圍、高效率配置能源資源的基礎(chǔ)平臺，重要性將愈加凸顯。
六是需求側(cè)資源與儲能將成為未來電力系統(tǒng)中的重要資源。能效電廠有助于挖掘需求側(cè)節(jié)能潛力，是推進能源消費革命的重要抓手，預(yù)計2050年規(guī)模將達4.5億千瓦左右。需求響應(yīng)作為一種高效的靈活性資源，對未來高比例新能源電力系統(tǒng)的優(yōu)化運行至關(guān)重要，在常規(guī)轉(zhuǎn)型情景與電氣化加速情景下，2050年分別達到2.1億千瓦、3.7億千瓦左右。當(dāng)前對需求響應(yīng)的認識多局限于削峰填谷、緩解峰荷時段電力供需緊張形勢，未來其價值將更多體現(xiàn)在促進新能源消納與系統(tǒng)優(yōu)化運行。儲能同樣是未來電力系統(tǒng)不可或缺的組成部分，將作為新一代電力系統(tǒng)中重要的靈活性資源，為系統(tǒng)電力平衡、調(diào)峰調(diào)頻、新能源消納等做出重要貢獻。隨著儲能成本逐步下降，我國儲能裝機容量將持續(xù)增長，特別是在2030年之后儲能將進入快速發(fā)展期，2050年將達3億千瓦以上。
七是電力系統(tǒng)實現(xiàn)源-網(wǎng)-荷-儲協(xié)調(diào)運行。新一代電力系統(tǒng)中，各類電源、電網(wǎng)、需求側(cè)資源與儲能將存在更多協(xié)調(diào)互動，以靈活高效的方式共同推動電力系統(tǒng)優(yōu)化運行，有力促進新能源消納。隨著新能源滲透率不斷提高，氣電、水電、光熱等靈活性電源將發(fā)揮重要調(diào)峰作用，煤電也將更多承擔(dān)調(diào)峰任務(wù)，僅部分高參數(shù)大容量煤電機組繼續(xù)承擔(dān)基荷。跨區(qū)輸電線路的運行方式將更加靈活，有效支撐清潔能源在更大范圍實現(xiàn)充分消納。需求響應(yīng)與儲能等新興靈活性資源的運行方式隨風(fēng)光電出力優(yōu)化調(diào)整，支撐系統(tǒng)優(yōu)化運行。如圖11，12。
圖11 電氣化加速情景下2050年西北地區(qū)冬季典型周各類電源出力優(yōu)化結(jié)果
圖12 電氣化加速情景下2050年西北地區(qū)冬季典型周需求響應(yīng)與儲能出力優(yōu)化結(jié)果
八是電力系統(tǒng)成本將呈現(xiàn)先升后降趨勢。當(dāng)前至2030年，電力需求保持較快增長，且新能源發(fā)電等新技術(shù)仍處于發(fā)展期，電力系統(tǒng)總成本持續(xù)上升。2030-2050年，電力需求增長逐漸趨于飽和，新能源發(fā)電等技術(shù)日益成熟，系統(tǒng)成本進入下降期，此階段能源發(fā)展的低碳性目標(biāo)與經(jīng)濟性目標(biāo)逐漸重合。相比于電力系統(tǒng)總成本，度電平均成本的達峰時間更早，預(yù)計2050年度電成本約為當(dāng)前水平的一半左右，如圖13。
圖13 度電平均成本對比示意
九是電力行業(yè)碳排放強度將大幅降低。隨著清潔能源發(fā)電量占比逐漸提升，電力行業(yè)碳排放總量在2025年前后出現(xiàn)峰值，峰值水平約為42億噸。2050年排放量降至14億噸，占全國碳排放的比重降至30%以下。單位電量碳排放強度方面，常規(guī)轉(zhuǎn)型情景與電氣化加速情景下2030年分別降至400克/千瓦時、363克/千瓦時左右，2050年分別降至114克/千瓦時、96克/千瓦時左右，低于當(dāng)前水平的五分之一，如圖14。
圖14 度電二氧化碳排放量
四、我國能源電力轉(zhuǎn)型面臨的關(guān)鍵挑戰(zhàn)
01 多元利益格局下的體制束縛問題能否得到順利解決
不同省份間、源網(wǎng)荷儲不同環(huán)節(jié)間、不同能源系統(tǒng)間的體制機制障礙如果長期無法得到破除，將阻礙我國能源轉(zhuǎn)型路徑的實現(xiàn)。
02 市場在能源資源配置中如何發(fā)揮決定性作用
各類資源高效參與系統(tǒng)運行、清潔能源跨省跨區(qū)靈活配置等，要求電力市場建設(shè)在輔助服務(wù)、跨省跨區(qū)交易規(guī)則等方面實現(xiàn)突破并進入成熟階段。
03 電力系統(tǒng)源-網(wǎng)-荷-儲協(xié)調(diào)運行能否充分實現(xiàn)
這將決定電力發(fā)展展望中涉及的各類要素在未來運行時能否高效發(fā)揮預(yù)期作用，以及電力系統(tǒng)能否成功應(yīng)對高比例新能源間歇性特征所帶來的挑戰(zhàn)。
04 持續(xù)推進節(jié)能、電能替代的政策支持力度能否保持
這需要從制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級、科學(xué)規(guī)劃城鄉(xiāng)建設(shè)和交通布局等源頭，合理控制工業(yè)、建筑和交通等行業(yè)化石能源消費，鼓勵終端電能消費水平提高。
05 電力系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)能否獲得突破并實現(xiàn)商業(yè)化運行
建成清潔低碳、安全高效的能源體系，尤其是建設(shè)高比例新能源電力系統(tǒng)，需要充分研究新一代電力系統(tǒng)的機理特性與運行控制關(guān)鍵技術(shù)。
06 煤電合理作用能否充分發(fā)揮
鑒于我國國情，煤電的調(diào)峰、備用等價值對我國能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化有重要意義，在推進煤電靈活性改造的同時，亟需建立合理的市場機制促進我國煤電完成角色轉(zhuǎn)變。
07 新能源、儲能等成本能否實現(xiàn)下降預(yù)期
具有全壽命周期內(nèi)的經(jīng)濟競爭力是新能源、儲能設(shè)備實現(xiàn)大規(guī)模發(fā)展應(yīng)用的必要條件，相關(guān)技術(shù)進步、產(chǎn)業(yè)政策引導(dǎo)支持尤顯重要，需把握好政策扶持與市場倒逼的關(guān)系。
08 大電網(wǎng)能否具備有力支撐能源轉(zhuǎn)型的能力
隨著新能源滲透率不斷提高，仍有必要大規(guī)模建設(shè)發(fā)展跨區(qū)互聯(lián)電網(wǎng)，增強大電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行能力，國家需要從長計議，及時制定相關(guān)支持政策。
09 碳排放成本能否充分發(fā)揮轉(zhuǎn)型倒逼作用
碳排放成本對非化石能源占比有較大影響，如果采用市場機制實現(xiàn)環(huán)境外部成本內(nèi)部化，則需要加強碳市場建設(shè)，依靠碳減排政策促進能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化。
10 如何實現(xiàn)新能源與電力系統(tǒng)高效融合發(fā)展
在未來高比例新能源接入背景下，需要正確把握新能源發(fā)電邊際成本與系統(tǒng)成本的關(guān)系，綜合考慮新能源最大化消納利用與電力系統(tǒng)整體效率效益和安全穩(wěn)定水平，促成兩者有機統(tǒng)一。
五、政策建議
1. 貫徹新發(fā)展理念，在能源領(lǐng)域強化綠色發(fā)展，將電氣化水平列入衡量社會主義現(xiàn)代化的重要指標(biāo)，努力推動電氣化發(fā)展戰(zhàn)略上升為國家戰(zhàn)略。
2. 以深化能源領(lǐng)域供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革為主線，堅持規(guī)劃先行，切實保障能源發(fā)展和電力發(fā)展規(guī)劃的權(quán)威性，加大對各專業(yè)、各地區(qū)規(guī)劃之間的協(xié)調(diào)力度，發(fā)揮好電力系統(tǒng)在能源轉(zhuǎn)型中的核心作用，發(fā)揮好電網(wǎng)在電力系統(tǒng)中的樞紐平臺作用。
3. 堅持全面深化能源領(lǐng)域改革，逐步破除影響能源由高速發(fā)展向高質(zhì)量發(fā)展的體制機制弊端，盡快建立完善輔助服務(wù)市場、新能源消納全國統(tǒng)一市場、碳交易市場等機制，有效激發(fā)各類市場主體活力，全面發(fā)揮市場在資源配置中的決定性作用。
4. 以創(chuàng)新作為引領(lǐng)能源行業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展的第一動力，布局新一代電力系統(tǒng)等國家重大技術(shù)研發(fā)計劃，建立以能源企業(yè)為主體、市場為導(dǎo)向、產(chǎn)學(xué)研深度融合的綠色技術(shù)創(chuàng)新體系，持續(xù)加大科技成果轉(zhuǎn)化應(yīng)用力度。
黨的十九大提出了建設(shè)清潔低碳、安全高效的能源體系目標(biāo)，中國能源發(fā)展戰(zhàn)略方向已然明朗，能源革命正在加速推進。能源中長期發(fā)展戰(zhàn)略路徑選擇和前瞻性政策部署尤為重要，關(guān)系到能源體系建設(shè)目標(biāo)的實現(xiàn)。在構(gòu)建綠色低碳全球能源治理格局、推動中國經(jīng)濟轉(zhuǎn)向高質(zhì)量發(fā)展階段、積極落實碳減排承諾和建設(shè)美麗中國的大背景下，面對能源發(fā)展新動向、技術(shù)新進步、消費新模式、產(chǎn)業(yè)新業(yè)態(tài)等不確定因素，如何研判電力在構(gòu)建清潔低碳、安全高效能源體系中的地位和作用，如何研判我國未來電氣化分階段演進趨勢，需要以新格局、新方法來論證回答。采取定性與定量相結(jié)合的方式，深入分析和展望電力及能源系統(tǒng)前景，對于能源行業(yè)踐行創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享新發(fā)展理念，支撐全面建設(shè)社會主義現(xiàn)代化國家具有重要意義。
國網(wǎng)能源研究院基于能源和電力領(lǐng)域的長期研究，借助自主開發(fā)的全球能源研究統(tǒng)一平臺，以新時代能源革命的戰(zhàn)略思想為引領(lǐng)，立足于能源中長期發(fā)展方向、發(fā)展方式、發(fā)展動力、戰(zhàn)略步驟深刻調(diào)整的新格局，采用源-網(wǎng)-荷-儲協(xié)調(diào)等新理論和現(xiàn)代分析決策新技術(shù)，研判了中國能源和電力到2050年的轉(zhuǎn)型發(fā)展趨勢，以期為中國能源電力發(fā)展的中長期路徑選擇提供參考。研究設(shè)置了各類轉(zhuǎn)型措施實施力度相對平衡的常規(guī)轉(zhuǎn)型情景和電氣化水平更快提升的電氣化加速情景，在兩個情景下分別進行能源電力發(fā)展展望。
二、我國能源轉(zhuǎn)型發(fā)展展望
基于模型運行結(jié)果分析，對中國中長期能源發(fā)展形成八大判斷。
一是能源需求增速放緩，總量將較快進入平臺期。中國終端能源需求即將進入增長飽和階段，2035~2040年前后達到峰值后緩慢下降。一次能源需求2020~2025年進入增長飽和階段，約在2030年后進入平臺期，總量穩(wěn)定在56~58億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，其中化石能源需求在2025年前后達到峰值41~43億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。如果按照電熱當(dāng)量法計算可再生能源發(fā)電量，則一次能源需求將在2030~2035年達到峰值，峰值降至47~50億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，如圖1。
圖1 一次能源需求
二是能源利用效率持續(xù)提升，人均用能水平維持低位。在經(jīng)濟結(jié)構(gòu)調(diào)整、用能技術(shù)進步和終端能源消費結(jié)構(gòu)改善等因素共同作用下，能源利用效率持續(xù)提高。隨著節(jié)能技術(shù)的逐步推廣應(yīng)用，我國基于用能技術(shù)的節(jié)能潛力釋放趨緩，基于用能結(jié)構(gòu)升級的節(jié)能潛力貢獻持續(xù)提升。2030年和2050年單位GDP能耗分別降至2015年水平的50%~53%和24%~27%左右。人均能源需求緩慢增長，2040年以后基本穩(wěn)定在4.0~4.2噸標(biāo)準(zhǔn)煤，如圖2。
圖2 終端能源利用效率
三是能源需求增長動力轉(zhuǎn)換，用能部門結(jié)構(gòu)朝著均衡方向變化。工業(yè)用能需求在2025年前達到峰值后穩(wěn)步下降，交通和建筑部門用能持續(xù)增長，能源需求增長動力從工業(yè)部門轉(zhuǎn)移到建筑和交通部門，工業(yè)、建筑、交通部門的終端用能占比從目前的6-2-1格局演變成4-3-3格局。鋼鐵、建材、化工、有色金屬等高耗能行業(yè)占工業(yè)用能比重由65%逐步降至2050年的47%左右，如圖3。
圖3 終端能源利用部門結(jié)構(gòu)
四是能源結(jié)構(gòu)加速優(yōu)化升級，清潔化水平顯著提升。煤炭終端需求逐步被替代，2030年在終端能源消費中占比將降至20%左右，2050年降至10%以下。天然氣消費快速增長，油品增長相對緩慢，2050年油氣占終端能源消費的比重提升至40%上下。電能在終端能源消費結(jié)構(gòu)中的比重持續(xù)上升，在2030年前超過煤炭成為最主要的終端用能品種。一次能源結(jié)構(gòu)持續(xù)朝著清潔低碳方向調(diào)整，非化石能源在2035~2040年前后成為第一大能源品種，2050年占一次能源需求總量的比重達到46%~58%。如圖4，5。
圖4 終端能源消費結(jié)構(gòu)
圖5 電氣化加速情景下一次能源需求結(jié)構(gòu)變化
五是煤炭需求已進入下降通道，清潔高效利用勢在必行。煤炭需求已進入下降通道，峰值出現(xiàn)在2013年，峰值消費量28億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。常規(guī)轉(zhuǎn)型情景下，煤炭需求在經(jīng)歷峰值平臺期后較快下降，2030年降至24.4億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，2050年降至10.0億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。電氣化加速情景下，煤炭需求下降速度更快，2030年需求降至22.6億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，2050年降至7.2億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。隨著煤炭清潔高效利用步伐加快，終端散煤利用逐步轉(zhuǎn)為發(fā)電供熱集中利用，終端煤炭需求和污染物排放將大幅下降。
六是油氣需求增長平穩(wěn)，能源安全整體可控。石油需求在2030~2035年達峰，峰值為6.7億~7.0億噸，2040年以后出現(xiàn)較明顯下降，2050年需求降至5.5~6.6億噸。石油對外依存度在2035年前后達峰，峰值約70%。天然氣需求持續(xù)增長，常規(guī)轉(zhuǎn)型情景下，2050年需求增至8900億立方米；電氣化加速情景下，天然氣需求在2040年左右達峰，峰值約7000億立方米，2050年需求降至6500億立方米左右。天然氣對外依存度在2040~2045年前后達峰，峰值約50%~60%。從一次能源自給率來看，能源自給能力整體保持在80%上下，電氣化加速情景下的能源安全水平明顯提高。
七是電氣化水平持續(xù)提升，電能成為能源供應(yīng)和消費主體。電能在終端能源消費結(jié)構(gòu)中占比持續(xù)提升，2030年提高至30%左右，2050年增至35%~46%。建筑部門是電氣化水平和提升潛力最高的部門，電氣化水平從2015年的29%提高到2015年的46%~66%。工業(yè)部門電氣化水平從2015年的23%提高到2050年的42%~49%。隨著終端電氣化水平的提高，發(fā)電能源占一次能源的比重也持續(xù)上升，常規(guī)轉(zhuǎn)型情景下在2035年超過50%，電氣化加速情景下在2025年即超過50%，并在2050年達到69%左右，如圖6。
八是能源燃燒碳排放提前達峰，碳強度下降目標(biāo)超額實現(xiàn)。能源燃燒二氧化碳排放即將進入平臺期，2020~2025年達到峰值，峰值水平約為101~105億噸，應(yīng)對氣候變化進入新階段。2020年、2030年碳排放強度比2005年下降50%以上、70%以上，均可超額實現(xiàn)自主減排目標(biāo)。2050年碳排放強度將比2005年下降90%以上，使我國在GDP總量增長超過10倍的情況下，二氧化碳排放總量與2005年水平大致相當(dāng)甚至更低。我國從碳排放快速增長階段進入穩(wěn)定增長階段，為碳排放總量控制和排放權(quán)交易等應(yīng)對氣候變化措施提供了更加成熟的客觀條件，如圖7。
圖7 能源燃燒二氧化碳排放
三、我國電力轉(zhuǎn)型發(fā)展展望
基于模型運行結(jié)果，對中國中長期電力發(fā)展形成九大判斷。
一是電力需求仍有較大增長空間。電力需求總量持續(xù)增長，增速逐步放緩，2035年左右進入增長飽和階段，飽和時點相比于能源需求延后10~15年，2050年電力需求將在當(dāng)前水平基礎(chǔ)上翻番，達到12.3~14.4萬億千瓦時，人均電力消費達到8800~10300千瓦時。工業(yè)部門用電占比逐步下降，2050年仍是最主要的電力消費部門；建筑部門用電占比快速提高；交通部門由于用電量基數(shù)太小，盡管電量增長明顯，但在全部用電量中占比仍然較低，如圖8。
圖8 電力需求
二是電源裝機容量保持持續(xù)增長。2050年之前電源裝機將保持快速、持續(xù)增長，常規(guī)轉(zhuǎn)型情景與電氣化加速情景下，2030年裝機容量分別達到28.7億千瓦、36.3億千瓦左右，2050年裝機容量分別達到44.3億千瓦、57.5億千瓦左右。增量部分以清潔能源為主，電源結(jié)構(gòu)逐步優(yōu)化。兩情景下，2030年清潔電源裝機容量分別達到15.4億千瓦、21.7億千瓦左右，2050年分別達到35.1億千瓦、46.9億千瓦左右。如圖9，10。
圖9 常規(guī)轉(zhuǎn)型情景下各類電源裝機容量
圖10 電氣化加速情景下各類電源裝機容量
三是電源發(fā)展呈現(xiàn)“風(fēng)光領(lǐng)跑、多源協(xié)調(diào)”態(tài)勢。陸上風(fēng)電、光伏發(fā)電將是發(fā)展速度最快的電源，2030年、2050年兩者總裝機容量占比有望超過30%、50%。氣電受成本因素制約，增長空間有限，2030年、2050年的優(yōu)化裝機容量將分別達到1.8億千瓦、3.7億千瓦左右。核電發(fā)展受到站址與建設(shè)速度等因素影響，預(yù)計2030年、2050年的裝機容量將分別達到1.2億千瓦、2.2億千瓦左右。水電可開發(fā)潛力已相對有限，預(yù)計2030年、2050年裝機容量將分別達到4.6億千瓦、5.4億千瓦左右。煤電將逐步轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂猩疃日{(diào)節(jié)能力的容量支撐電源，2030年、2050年裝機容量預(yù)計將達12億千瓦、7億千瓦左右。除風(fēng)電、光伏發(fā)電外各類電源雖然裝機容量增長有限，但都將在電力系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用，在波動性電源大規(guī)模發(fā)展的情況下保障電力系統(tǒng)的電力電量平衡與調(diào)峰靈活性，各類電源呈現(xiàn)協(xié)調(diào)發(fā)展態(tài)勢。
四是電源布局繼續(xù)向資源富集地區(qū)傾斜。近期受消納形勢與補貼政策等多重因素影響，電源布局當(dāng)以東中部負荷中心與西部北部資源富集區(qū)并重。但長期來看，電源裝機向資源條件更好的西部、北部傾斜是全國一盤棋下更為科學(xué)的能源轉(zhuǎn)型方案。其中，煤電裝機布局將以華北、西北地區(qū)為主，華東等受端地區(qū)由于煤電機組密度大、環(huán)境減排形勢嚴(yán)峻，煤電退出趨勢明顯；氣電裝機近中期以東中部為主，政策支持的熱電聯(lián)產(chǎn)與園區(qū)分布式三聯(lián)供機組具備發(fā)展?jié)摿Γh期氣價更具競爭力的西北地區(qū)增長潛力更大；風(fēng)電布局仍將以“三北”地區(qū)為主，近期東中部分散式風(fēng)電迎來發(fā)展機遇期，但隨著棄風(fēng)問題緩解，在優(yōu)質(zhì)資源區(qū)開發(fā)風(fēng)電是更具經(jīng)濟性的優(yōu)化方案；光伏發(fā)電宜集中式與分布式并重，東中部分布式光伏近中期具備較大增長空間，但受限于可用屋頂面積與光照資源條件，分布式光伏難以滿足負荷中心的用電需求，更無法作為我國大力發(fā)展清潔能源的主體部分，在優(yōu)質(zhì)資源區(qū)集中式開發(fā)仍將貢獻重要份額。
五是電網(wǎng)大范圍配置清潔能源能力增強。全國互聯(lián)電網(wǎng)將在新一代電力系統(tǒng)中發(fā)揮更加重要的作用。一方面，我國能源資源與負荷需求逆向分布的國情決定了全國范圍優(yōu)化配置資源的客觀需求。另一方面，高比例新能源電力系統(tǒng)對靈活性提出更高要求，跨區(qū)互聯(lián)電網(wǎng)通過采用更加靈活優(yōu)化的運行方式，在全國范圍內(nèi)實現(xiàn)電力供需動態(tài)平衡，將有力促進高比例新能源消納利用。電力系統(tǒng)整體規(guī)劃結(jié)果表明，2030年、2050年我國跨區(qū)輸電通道優(yōu)化容量分別達到3億、5億千瓦左右，“西電東送”規(guī)模呈逐步擴大趨勢，并且將以輸送清潔能源為主。電網(wǎng)作為大范圍、高效率配置能源資源的基礎(chǔ)平臺，重要性將愈加凸顯。
六是需求側(cè)資源與儲能將成為未來電力系統(tǒng)中的重要資源。能效電廠有助于挖掘需求側(cè)節(jié)能潛力，是推進能源消費革命的重要抓手，預(yù)計2050年規(guī)模將達4.5億千瓦左右。需求響應(yīng)作為一種高效的靈活性資源，對未來高比例新能源電力系統(tǒng)的優(yōu)化運行至關(guān)重要，在常規(guī)轉(zhuǎn)型情景與電氣化加速情景下，2050年分別達到2.1億千瓦、3.7億千瓦左右。當(dāng)前對需求響應(yīng)的認識多局限于削峰填谷、緩解峰荷時段電力供需緊張形勢，未來其價值將更多體現(xiàn)在促進新能源消納與系統(tǒng)優(yōu)化運行。儲能同樣是未來電力系統(tǒng)不可或缺的組成部分，將作為新一代電力系統(tǒng)中重要的靈活性資源，為系統(tǒng)電力平衡、調(diào)峰調(diào)頻、新能源消納等做出重要貢獻。隨著儲能成本逐步下降，我國儲能裝機容量將持續(xù)增長，特別是在2030年之后儲能將進入快速發(fā)展期，2050年將達3億千瓦以上。
七是電力系統(tǒng)實現(xiàn)源-網(wǎng)-荷-儲協(xié)調(diào)運行。新一代電力系統(tǒng)中，各類電源、電網(wǎng)、需求側(cè)資源與儲能將存在更多協(xié)調(diào)互動，以靈活高效的方式共同推動電力系統(tǒng)優(yōu)化運行，有力促進新能源消納。隨著新能源滲透率不斷提高，氣電、水電、光熱等靈活性電源將發(fā)揮重要調(diào)峰作用，煤電也將更多承擔(dān)調(diào)峰任務(wù)，僅部分高參數(shù)大容量煤電機組繼續(xù)承擔(dān)基荷。跨區(qū)輸電線路的運行方式將更加靈活，有效支撐清潔能源在更大范圍實現(xiàn)充分消納。需求響應(yīng)與儲能等新興靈活性資源的運行方式隨風(fēng)光電出力優(yōu)化調(diào)整，支撐系統(tǒng)優(yōu)化運行。如圖11，12。
圖11 電氣化加速情景下2050年西北地區(qū)冬季典型周各類電源出力優(yōu)化結(jié)果
圖12 電氣化加速情景下2050年西北地區(qū)冬季典型周需求響應(yīng)與儲能出力優(yōu)化結(jié)果
八是電力系統(tǒng)成本將呈現(xiàn)先升后降趨勢。當(dāng)前至2030年，電力需求保持較快增長，且新能源發(fā)電等新技術(shù)仍處于發(fā)展期，電力系統(tǒng)總成本持續(xù)上升。2030-2050年，電力需求增長逐漸趨于飽和，新能源發(fā)電等技術(shù)日益成熟，系統(tǒng)成本進入下降期，此階段能源發(fā)展的低碳性目標(biāo)與經(jīng)濟性目標(biāo)逐漸重合。相比于電力系統(tǒng)總成本，度電平均成本的達峰時間更早，預(yù)計2050年度電成本約為當(dāng)前水平的一半左右，如圖13。
圖13 度電平均成本對比示意
九是電力行業(yè)碳排放強度將大幅降低。隨著清潔能源發(fā)電量占比逐漸提升，電力行業(yè)碳排放總量在2025年前后出現(xiàn)峰值，峰值水平約為42億噸。2050年排放量降至14億噸，占全國碳排放的比重降至30%以下。單位電量碳排放強度方面，常規(guī)轉(zhuǎn)型情景與電氣化加速情景下2030年分別降至400克/千瓦時、363克/千瓦時左右，2050年分別降至114克/千瓦時、96克/千瓦時左右，低于當(dāng)前水平的五分之一，如圖14。
圖14 度電二氧化碳排放量
四、我國能源電力轉(zhuǎn)型面臨的關(guān)鍵挑戰(zhàn)
01 多元利益格局下的體制束縛問題能否得到順利解決
不同省份間、源網(wǎng)荷儲不同環(huán)節(jié)間、不同能源系統(tǒng)間的體制機制障礙如果長期無法得到破除，將阻礙我國能源轉(zhuǎn)型路徑的實現(xiàn)。
02 市場在能源資源配置中如何發(fā)揮決定性作用
各類資源高效參與系統(tǒng)運行、清潔能源跨省跨區(qū)靈活配置等，要求電力市場建設(shè)在輔助服務(wù)、跨省跨區(qū)交易規(guī)則等方面實現(xiàn)突破并進入成熟階段。
03 電力系統(tǒng)源-網(wǎng)-荷-儲協(xié)調(diào)運行能否充分實現(xiàn)
這將決定電力發(fā)展展望中涉及的各類要素在未來運行時能否高效發(fā)揮預(yù)期作用，以及電力系統(tǒng)能否成功應(yīng)對高比例新能源間歇性特征所帶來的挑戰(zhàn)。
04 持續(xù)推進節(jié)能、電能替代的政策支持力度能否保持
這需要從制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級、科學(xué)規(guī)劃城鄉(xiāng)建設(shè)和交通布局等源頭，合理控制工業(yè)、建筑和交通等行業(yè)化石能源消費，鼓勵終端電能消費水平提高。
05 電力系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)能否獲得突破并實現(xiàn)商業(yè)化運行
建成清潔低碳、安全高效的能源體系，尤其是建設(shè)高比例新能源電力系統(tǒng)，需要充分研究新一代電力系統(tǒng)的機理特性與運行控制關(guān)鍵技術(shù)。
06 煤電合理作用能否充分發(fā)揮
鑒于我國國情，煤電的調(diào)峰、備用等價值對我國能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化有重要意義，在推進煤電靈活性改造的同時，亟需建立合理的市場機制促進我國煤電完成角色轉(zhuǎn)變。
07 新能源、儲能等成本能否實現(xiàn)下降預(yù)期
具有全壽命周期內(nèi)的經(jīng)濟競爭力是新能源、儲能設(shè)備實現(xiàn)大規(guī)模發(fā)展應(yīng)用的必要條件，相關(guān)技術(shù)進步、產(chǎn)業(yè)政策引導(dǎo)支持尤顯重要，需把握好政策扶持與市場倒逼的關(guān)系。
08 大電網(wǎng)能否具備有力支撐能源轉(zhuǎn)型的能力
隨著新能源滲透率不斷提高，仍有必要大規(guī)模建設(shè)發(fā)展跨區(qū)互聯(lián)電網(wǎng)，增強大電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行能力，國家需要從長計議，及時制定相關(guān)支持政策。
09 碳排放成本能否充分發(fā)揮轉(zhuǎn)型倒逼作用
碳排放成本對非化石能源占比有較大影響，如果采用市場機制實現(xiàn)環(huán)境外部成本內(nèi)部化，則需要加強碳市場建設(shè)，依靠碳減排政策促進能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化。
10 如何實現(xiàn)新能源與電力系統(tǒng)高效融合發(fā)展
在未來高比例新能源接入背景下，需要正確把握新能源發(fā)電邊際成本與系統(tǒng)成本的關(guān)系，綜合考慮新能源最大化消納利用與電力系統(tǒng)整體效率效益和安全穩(wěn)定水平，促成兩者有機統(tǒng)一。
五、政策建議
1. 貫徹新發(fā)展理念，在能源領(lǐng)域強化綠色發(fā)展，將電氣化水平列入衡量社會主義現(xiàn)代化的重要指標(biāo)，努力推動電氣化發(fā)展戰(zhàn)略上升為國家戰(zhàn)略。
2. 以深化能源領(lǐng)域供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革為主線，堅持規(guī)劃先行，切實保障能源發(fā)展和電力發(fā)展規(guī)劃的權(quán)威性，加大對各專業(yè)、各地區(qū)規(guī)劃之間的協(xié)調(diào)力度，發(fā)揮好電力系統(tǒng)在能源轉(zhuǎn)型中的核心作用，發(fā)揮好電網(wǎng)在電力系統(tǒng)中的樞紐平臺作用。
3. 堅持全面深化能源領(lǐng)域改革，逐步破除影響能源由高速發(fā)展向高質(zhì)量發(fā)展的體制機制弊端，盡快建立完善輔助服務(wù)市場、新能源消納全國統(tǒng)一市場、碳交易市場等機制，有效激發(fā)各類市場主體活力，全面發(fā)揮市場在資源配置中的決定性作用。
4. 以創(chuàng)新作為引領(lǐng)能源行業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展的第一動力，布局新一代電力系統(tǒng)等國家重大技術(shù)研發(fā)計劃，建立以能源企業(yè)為主體、市場為導(dǎo)向、產(chǎn)學(xué)研深度融合的綠色技術(shù)創(chuàng)新體系，持續(xù)加大科技成果轉(zhuǎn)化應(yīng)用力度。
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