对我国能源革命的思考-清华大学江亿-2018.3-27页_2mb

对我国能源革命的思考总结

核心内容

本文由江亿教授撰写，主要探讨我国能源发展所面临的挑战与未来转型路径。文章指出，我国能源结构以煤炭为主，石油和天然气对外依存度较高，同时面临大气污染、能源安全和气候变化等问题。为了实现可持续发展，必须推进“能源革命”，发展可再生能源和核能，以应对当前能源结构带来的多重压力。

主要问题与挑战

能源安全

• 资源结构：我国“富煤、缺气、少油”，石油进口占比60%，天然气进口占比35%。
• 对外依存度上限：能源安全是国家发展的基本保障，对外依存度应有明确上限。

大气污染与雾霾治理

• 主要污染物：构成雾霾的主要污染物是氮氧化物（NOx），来源包括尾气、燃煤和燃气。
• NOx排放差异：燃气排放NOx约为燃煤的60%~70%，但燃气热电联产电厂由于热电比低，其NOx排放与燃煤电厂相当。
• 煤改气的局限性：全面使用天然气并非发达国家实现大气清洁的关键措施，北京作为世界第二大天然气消费城市，其用气量远超其他大城市。

气候变化与碳排放

• 全球减排目标：为实现地球平均温度上升不超过2K，2050年全球二氧化碳排放总量不得超过150亿吨。
• 我国现状：2015年起我国碳排放总量已超过100亿吨，2050年需控制在35亿吨以内。
• 天然气的局限性：即使全部能源改为天然气，碳排放仍为70亿吨，因此必须彻底改变能源结构，发展可再生能源和核能。

我国能源现状（2016年）

• 一次能源消费总量：43.6亿吨标准煤（tce）。

• 能源消费结构：

  • 按照发电煤耗法折算，电力占比超过40%。
  • 电力消费总量为6万亿度，其中水电、风电、光电占1.55万亿度，核电占0.21万亿度。
  • 零碳电力占比约30%。

• 石油消费：8.1亿tce，占总量19%，其中67%依赖进口。

• 天然气消费：2083亿m³，占6%，净进口量714亿m³，占34%。

  • 自产传统天然气1214亿m³，非传统天然气（页岩气、煤层气）155亿m³。
  • 2017年出现气荒，主要因采暖需求增加。

国际油气市场状况

• 原油贸易：2015-2016年全球原油贸易量为2117.8百万吨，中国进口382.6百万吨，占全球贸易量的18.5%。
• 天然气贸易：
  • 2015-2016年全球天然气贸易量为10800亿m³，中国进口量为700亿m³，占全球贸易量的6.5%。
  • 中国天然气消费仅占全球贸易量的7%，未来若天然气消费达到6000亿m³，需进口4000亿m³，占全球贸易量的40%。
  • 天然气国际贸易总量波动较小，但价格波动大。

能源结构变迁趋势

发达国家

• 1900年煤炭占比近100%，二战后逐步转向油气。
• 1950-1975年煤炭占比从90%降至30%，油气占比达50%。
• 自2014年起，油气比例下降，可再生能源比例上升。
• 规划2030-2050年可再生能源及核能占比超过80%。

中国

• 煤炭占比63%，自2013年起不再增长。
• 未来需用10-20年实现煤炭、油气、可再生能源与核能的三分天下，进一步削减化石能源。
• 是否可跳过油气时代，直接向低碳可再生能源转型仍需探讨。

能源消费结构与未来走向

• 当前消费结构：制造业占67%，建筑占20%，交通占13%。
• 发达国家对比：制造业35%，建筑35%，交通30%。
• 高耗能行业：钢铁、建材、有色、化工占制造业用能70%，其中发电+钢铁+建材消耗80%燃煤。
• 未来趋势：随着城镇化放缓和经济模式转变，用燃料将减少，用电量将上升。
• 电力的重要性：可再生能源和核能的最佳输出方式是电力，因此需大力发展电力系统。

我国可建成可再生能源为主的能源结构

• 电力需求：未来电力需求预计达9万亿kWh，目前为6万亿度。
• 可再生能源潜力：
  • 水电：2万亿kWh，目前1.2万亿。
  • 风电：1万亿kWh，目前3000亿。
  • 光电：0.5万亿kWh，目前700亿。
  • 核电：1万亿kWh，目前2500亿。
• 非电燃料：17亿吨标煤，其中工业占13亿，交通3亿，建筑1亿。
• 生物质能：8.5亿吨标煤，是未来非电燃料的最佳选择，不应发展生物质发电。
• 二氧化碳排放：通过发展可再生能源和核能，可将碳排放控制在36亿吨，基本满足2K温升目标。

对当前工作的建议

• 电力系统结构：

  • 建立大容量输电网，实现西电东输、北电南调。
  • 西部、北部燃煤燃气电厂用于风电、光电调峰，实现长距离输电。
  • 东部发展海上风电，自行解决负荷侧峰谷差。

• 负荷侧调节：

  • 推广电动汽车充电、直流建筑、分布式蓄电等需求侧响应方式。
  • 鼓励电动热泵供暖，其规模应达到25%。

• 北方供暖方式：

  • 不发展天然气供暖，更不能发展天然气热电联产。
  • 停止发展燃气热电联产和热电冷三联供，因其效率低、增加电网波动、浪费燃气。
  • 燃煤热电联产是主要的电源和热源。
  • 开发利用工业余热，实现高效热电联产和热电协同。
  • 推广电动热泵，尤其在空气源热泵技术成熟后。
  • 北方核电热电联产可有效缓解供暖需求。
  • 低温核供热堆适合严寒地区。
  • 天然气锅炉作为末端调峰和应急备用热源。

结论

• 能源革命路径：
  • 城市：应发展燃煤热电联产（包括核电）、工业余热、电动热泵，避免发展燃气热电联产。
  • 农村：以生物质能为主，空气源热泵作为补充。
  • 全面推广可再生能源和核能，以实现低碳、清洁和能源安全的多重目标。
  • 慎发展天然气，应将其用于调峰而非供暖。
  • 热泵供暖应优先发展，不应发展电锅炉或电直接发热方式。