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我国中长期发电能力及电力需求发展研究预测
2013-03-01

我国中长期发电能力及电力需求发展研究预测

  电力工业是国民经济的支柱产业,是服务于千家万户的公用事业。改革开放以来,我国电力工业快速发展,较好的保障了全社会的用电需求,有力的支撑了经济社会的快速发展。未来我国将在2020年左右全面实现小康社会,到本世纪中叶基本实现现代化,实现中华民族的伟大复兴。因此,研究我国未来发电能力及电力需求的发展趋势,掌握电力需求变化情况,适时调整电力供应,对促进我国电力工业可持续发展,保持国民经济健康持续发展具有重要意义。

    一、我国经济与电力发展情况

  改革开放以来,我国国民经济持续高速发展,经济总量不断跃上新台阶。从1980年至2012年,我国GDP年均增长约10.0%2012年全国GDP总量达到519322亿元,同比增长7.8%,是1980年的20.9倍,1990年的8.6倍,完成了比2000年翻一番的既定目标。目前我国国内生产总值已经跃居全世界第二。

  伴随着经济的高速发展,我国的电力需求也迅速增长。2012年我国全社会用电量达到了49591亿千瓦时,同比增长5.5%。从1980年至2012年,我国全社会用电量增长16.8倍,年均增长9.2%

  截至2012年底,我国发电装机容量达到114491万千瓦,同比增长7.8%。其中,常规水电22859万千瓦,占总容量的20.0%;抽水蓄能2031万千瓦,占总容量的1.8%;煤电75811万千瓦,占总容量的66.2%;气电3827万千瓦,占总容量的3.3%;核电1257万千瓦,占总容量的1.1%;风电6083万千瓦,占总容量的5.3%;太阳能328万千瓦,占总容量的0.3%

  2012年,我国人均用电量达到3662千瓦时/人,人均GDP6078美元/人(当年价)。以美国经济学家钱纳里的经济发展阶段标准判断,目前我国正处于工业化的高级阶段。

  观察世界主要发达国家经历工业化中、高级阶段的历程,从人均用电量1800千瓦时/人增长至4000千瓦时/人,美国、日本、德国、英国在上世纪中叶分别用10年~13年。而我国自2005年人均用电量达到1900千瓦时/人后,仅用7年时间,就于2012年达到了3662千瓦时/人。用电增速及GDP增速均高于世界主要发达国家。我国的经济社会发展速度令世界为之侧目,后发优势非常明显。

  二、我国中长期电力供应预测

  (一)煤电发展能力

  煤炭是我国的主体能源,占一次能源消费总量的70%左右。2012年我国煤电装机规模已达7.58亿千瓦,占总装机的66.2%;煤电发电量3.68万亿千瓦时,占总发电量的73.9%。我国丰富的煤炭资源禀赋决定了我国将在较长时间段内保持以煤电为主的电源结构。未来我国煤电发展必须走绿色环保的可持续发展道路。煤电的发展能力主要考虑气候变化、环境保护、煤炭产能三个因素影响。

  1、气候变化

  大气中二氧化碳排放量增加是造成地球气候变暖的重要原因。2011年,我国二氧化碳排放量为89亿吨,排名世界第一,占全球排放总量的26%。二氧化碳排放过快增长使我国的低碳发展面临巨大的压力。电力行业是碳排放的重要领域,我国燃煤发电碳排放占全国碳排放总量的将近一半。经测算,未来我国二氧化碳年排放总量将在2030年间达到107-120亿吨左右的峰值,其后随着经济技术进步,二氧化碳排放总量将逐步下降至2050年的约94-110亿吨。按此计算,2030年燃煤发电量可达到7-8万亿千瓦时,折合煤电装机规模14-16亿千瓦;2050年为7.3-8.4万亿千瓦时,折合煤电装机规模15-17亿千瓦。

  2、环境保护

  燃煤发电产生的二氧化硫是主要的大气污染物。2011年,全国二氧化硫排放总量2218万吨,电力行业排放量占45%。预计未来二氧化硫排放总量将呈现稳步下降趋势。经测算,未来我国二氧化硫年排放量控制在20301500万吨、20501000万吨。按此计算,2030年、2050年燃煤发电量可分别达到9.1-10.1万亿千瓦时、12.5-13.9万亿千瓦时。

  3、煤炭产能

  2011年我国原煤产量35.2亿吨,同期煤炭净进口1.68亿吨。未来我国煤炭生产将按照控制东部、稳定中部、开发西部的原则进一步增加产能,预计远景我国煤炭产能将达到48-51亿吨,再计及2-3亿吨的净进口规模,预测远景我国煤炭产能约为50-54亿吨。按照电煤比例60%-70%情况测算,2030年燃煤发电量可达到6.3-7.3万亿千瓦时,2050年燃煤发电量可达到6.9-8.1万亿千瓦时。

  因此,综合考虑气候变化、环境保护、煤炭产能三个因素,推荐2030年燃煤发电量上限按6.2-7万亿千瓦时、煤电装机按12.5-14亿千瓦考虑;2050年燃煤发电量上限按7-7.5万亿千瓦时、煤电装机按14-15亿千瓦考虑。

  (二)天然气发展能力

  天然气是一种优质、高效、清洁的低碳能源,利用天然气发电是优化和调整我国电源结构、促进节能减排的重要发展方向。2012年我国气电装机3827万千瓦,仅占总装机的3%。我国常规天然气资源贫乏,但页岩气等非常规天然气储量丰富,开发潜力巨大。未来随着勘探技术的进步以及页岩气开发条件的成熟,我国天然气产量将不断增长。到2030年前后,我国天然气产量将有望达到3000亿立方米、2050年天然气产量将达到3500亿立方米。再计及2000-2500亿立方米的进口规模,预计远景我国天然气供应能力将达到5500-6000亿立方米。按此计算,2030年天然气供应可支撑发电量约为0.42万亿千瓦时,装机约1亿千瓦;2050年可支撑发电量约为0.52-0.57万亿千瓦时,装机约1.2-1.3亿千瓦。

  (三)核电发展能力

  发展核电是解决我国未来电力供应的重要途径。我国核电起步较晚,现有规模仅1257万千瓦,受日本福岛核电事故的影响,保证核电安全、优化核电规模和布局是我国核电发展的重要问题。

  随着乏燃料发电等技术的发展,铀资源已不再构成我国核电发展的最主要制约因素。而为了保证核电安全,核电厂址对地震地质、水文气象、环境保护、人口密度等众多因素的要求更为严格,厂址资源将是我国核电发展的最主要影响因素。根据已进行的选址工作,现有厂址资源可支撑核电装机1.6亿千瓦以上;通过进一步选址勘察,可满足3-4亿千瓦的装机规模。

  (四)水电发展能力

  我国水电资源丰富,水电在我国能源资源格局中占有重要地位。积极开发水电是保障我国能源供应、促进低碳减排的重要手段。我国水力资源理论蕴藏量年电量为60829亿千瓦时,平均功率为69440万千瓦;技术可开发装机容量54164万千瓦,年发电量24740亿千瓦时;经济可开发装机容量40179万千瓦,年发电量17534亿千瓦时。至2012年底,我国水电装机容量约为24890万千瓦,东部水电已开发完毕,中部水电开发程度也已将近八成。远景年,水电资源是制约我国水电发展的最主要因素,水电发展上限可按5亿千瓦考虑。

  (五)风电发展能力

  我国陆地50米高度处3级及以上风能资源潜在开发量为23.8亿千瓦,主要分布在新疆、内蒙古和甘肃走廊、东北、西北、华北和青藏高原等地区;近海5-25m水深范围内风能资源潜在开发量为2亿千瓦,主要分布在东南沿海及附近岛屿。

  我国风电已进入大规模发展阶段,截至2012年底,我国风电并网装机规模达6083万千瓦,居世界第一。风资源的大规模集中开发带来电力系统消纳问题,尤其是我国风资源丰富地区的地理位置相对偏远,消纳问题更加突出。因此,电网消纳能力是制约风电发展的最主要因素。结合我国当前运行实际,以风电发电量占全部发电量的10%作为消纳条件,饱和年可消纳风电装机规模约为7亿千瓦。

  (六)太阳能发展能力

  我国陆地表面年太阳辐射能约相当于17000亿吨标煤。太阳能的分布有高原大于平原、内陆大于沿海、干燥区大于湿润区等特点。

  太阳能发电发展受消纳能力限制,预计饱和年可消纳规模在2亿千瓦左右。

  (七)中长期发电规模及结构

  综合考虑各种发电装机类型,2020年我国电力装机将达到18亿千瓦左右,其中煤电、气电等化石能源装机约占2/3,水电、核电、风电等非化石能源装机约占1/32030年电力装机将达到25-28亿千瓦,化石能源装机约占50%-60%、非化石能源装机约占40%-50%

  到2050年,我国发电量的饱和规模将达到13.1-14.3万亿千瓦时左右。化石能源发电量占57%左右,较2011年下降了25个百分点;非化石能源发电量占43%左右。人均发电量达到9034-9862千瓦时,与韩国、台湾水平相当,约为美国水平的70%。对应的装机饱和规模约为32-34亿千瓦,其中化石能源装机规模占47%左右,较2011年下降了25个百分点;非化石能源装机规模占53%左右。人均装机2.3千瓦/人,与日本当前水平相当,约为美国的70%,高于英法德等欧洲国家。

  三、我国中长期电力需求发展趋势

  (一)我国中长期电力需求影响因素分析

  影响我国中长期电力需求发展的因素有很多,但从国家宏观角度,在一个较长的时间段内考察相关因素,以下四个方面需要重点关注。

  1、保持经济持续发展,避免中等收入陷阱

  坚持以经济建设为中心是我国一项基本国策。改革开放以来,我国制定了一系列国民经济发展战略目标。十八大提出全面建成小康社会的新要求,即2020年实现国内生产总值和城乡居民人均收入比2010年翻一番。因此,保持经济持续发展,努力实现上述战略目标,是未来较长一段时间内我国经济社会发展的中心任务。

  我国改革开放30年,经济保持了持续高速增长。2011年我国人均GDP已达到5584美元/人(当年价),已经进入中等收入偏上国家的行列。在取得巨大成就的同时,我国将面临中等收入陷阱的考验。

  所谓中等收入陷阱”,是指当一个国家的人均收入达到中等水平后,不能顺利实现经济发展方式的转变,经济增长动力不足,最终出现经济停滞的状态。巴西、阿根廷、墨西哥、智利、马来西亚等国家是陷入中等收入陷阱的典型代表。而日本和亚洲四小龙则成功跨越中等收入陷阱,人均国内生产总值在上世纪8090年代成功突破1万美元。

  世界主要发达国家的经济发展历史经验表明,工业化城镇化是各国经济发展的重要动力,各国经济均经历了一个相对快速的发展阶段;其后随着经济规模的不断扩大,各国经济增速呈逐年下降趋势。

  目前,我国正处于工业化高级阶段,工业化和城镇化还有较大发展空间。未来,我国将按照既定经济发展战略目标,逐步完成工业化与城镇化建设,努力跨越中等收入陷阱,全面实现小康社会。

  参考国内相关科研单位与专家意见,预计我国未来GDP增速为:2011-2020年年均7.5%左右,2021-2030年年均5.5%左右,2031-2040年年均4.0%左右,2041-2050年年均3%左右。我国GDP总量,到2020年时将达到约83万亿元(2010年价,下同),2030年时将达到约140亿元,2050年时将达到约280亿元。

  根据规划,2020年时我国人口将达到14.5万亿人,2030年时我国人口将达到15万亿人的峰值,预计到2050年时我国人口将缓慢回落至14.5万亿人左右。因此,到2050年时我国人均GDP将可达到30000美元左右,相当于美国上世纪90年代水平。

  2、加快产业结构调整,防止产业空心化

  世界主要发达国家三次产业比重的变化趋势表明,世界各国在工业化阶段,工业一直是国民经济发展的主导部门,第二产业的增加值与比重均是上升的;当发达国家在完成工业化之后逐步向后工业化阶段过渡时,高技术产业和服务业日益成为国民经济发展的主导部门,第二产业的比重开始下降,而第三产业的增加值和比重均呈上升趋势。与此同时,第一产业在国内生产总值的比重,一般均呈下降趋势。

  产业空心化是指以制造业为中心的物质生产和资本,大量且迅速的转移到国外,使物质生产在国民经济中的地位明显下降,造成国内物质生产与非物质生产之间的比例关系严重失衡。美国和日本是产业空心化比较典型的国家。2010年美国和日本的第三产业比重分别达到了82%69%

  我国的产业结构中,传统产业占主导地位,高技术产业比重较低。目前我国已处于工业化高级阶段,未来我国将向发达经济阶段迈进,产业结构调整与升级势在必行,这是转变经济增长方式,实践科学发展观的必然要求。预计未来我国一产及二产比重将逐步下降,三产比重将逐步上升。另一方面,我国仍是一个人口众多的发展中国家,且地区发展差异较大。我国还有较长的工业化道路要走。即使将来发展了,从满足内需的角度看,制造业仍将是我国一个支柱性产业,不能完全转移到国外。因此,未来第二产业仍将保持较高的比重。

  综合考虑上述两方面因素,预计未来我国三大产业GDP比重将由现在的二三一逐步向三二一方向转变。未来第三产业比重将逐步增加,预计到2050年,我国第三产业比重将提高到60%左右,二产比重将下降到33%左右,一产比重进一步下降至3%左右。

  3、努力实现共同富裕,缩小东中西部差距

  我国按照地域与经济发展程度不同大致可以分为东部、中部、西部和东北部四大部分。四部分地区经济发展差异较大。缩小东中西部差距,是实现共同富裕的根本手段,是实现科学发展、社会和谐的内在要求,是我们坚定不移的奋斗目标。。

  东部地区是我国经济最为发达地区,但资源较为缺乏,中部地区是我国的人口大区、经济腹地和重要市场,西部地区经济相对落后,但资源丰富,东北部是我国传统的老工业基地。

  为促进各地区协调发展,中央提出:东部地区要发展并率先实现全面小康和现代化;中部地区要实施中部崛起战略。西部地区要实施西部大开发计划,实现东西部地区协调发展。东北地区等老工业基地要加快调整和改造,国家支持以资源开采为主的城市发展接续产业。

  实现共同富裕,缩小地区差距,从电力需求的角度来看,即中西部地区的人均用电量水平基本赶上甚至超过东部地区。

  上世纪80年代时,我国东北部地区人均用电量水平最高,其后随着地区经济发展,东部人均用电量快速增加,到2010年时,东部地区人均用电量达到4137千瓦时/人,中西部地区人均用电量达到2200-2900千瓦时/人左右。

  按照国家经济发展战略目标,到2020年左右,东部地区将率先实现现代化,电力需求增速将逐步放缓,预计东部地区人均用电量增速将从现在的10.8%下降至20204.0%左右,并在2040年后进一步放缓至1%以下。最终东部地区的人均用电量水平将达到世界主要发达国家8000-10000千瓦时/人的水平。

  从上世纪80年代改革开放开始算起,东部地区的现代化过程大概历时30-40年时间。今后中西部地区将利用后发优势,实施中部崛起西部大开发战略再利用30-40年时间,基本赶上东部地区,最终实现东中西部地区共同富裕。预计中西部地区的人均用电量增速在2020年前仍然保持6%-7%,在2030年左右下降至4%左右,在2040年至2050年间增速进一步放缓至2%-1%。届时,中西部地区人均用电量将达到8000-10000千瓦时/人,基本赶上东部地区。

  4、重视资源环境约束,走可持续发展道路

  (1)我国陆地国土空间辽阔,但适宜开发的面积少。

  我国陆地国土空间面积广大,居世界第三位,但约60%的陆地国土空间为山地和高原。再扣除必须保证的18亿亩耕地后,大约总共可以集中建设使用的土地不超过260万平方公里。

  按照日本、韩国等发达国家负荷密度粗略框算,我国未来的饱和需电量水平约在10-20万亿千瓦时内。

  (2)我国能源和矿产资源丰富,但总体上相对短缺。

  我国能源和矿产资源比较丰富,品种齐全,但人均占有量大大低于世界平均水平,难以满足现代化建设需要。能源和矿产资源与主要消费地呈逆向分布。能源结构以煤为主,优质化石能源资源严重不足。

  (3)我国水资源总量丰富,但空间分布不均。

  我国水资源总量为2.8万亿立方米,居世界第六位,但人均水资源量仅为世界人均占有量的28%。水资源空间分布不均,水资源分布与土地资源、经济布局不相匹配。南方地区水资源量占全国的81%,北方地区仅占19%。水体污染、水生态环境恶化问题突出。

  (4)我国资源开发强度大,环境问题凸显。

  我国某些地区粗放式、无节制的过度开发,导致水资源短缺、能源不足等问题突出。环境污染严重,大气与地表水环境质量总体状况较差,部分地区主要污染物排放量超过环境容量。

  (二)我国中长期电力需求发展趋势

  1、电力需求增速及需电量

  综合考虑上述各种影响我国中长期电力需求的因素,体现一定包容性,给出我国中长期电力需求增速的高、中、低推荐方案。 见表。

  根据预测,2020年以前,我国仍然处于工业化高级阶段向初级发达经济阶段转型的过程中,电力需求将继续保持较快速度增长,年均增速不会低于6%,到2020年全国需电量将达到7-8万亿千瓦时左右;2021-2030年,我国将从发达经济阶段的初级阶段向高级阶段过渡,电力需求年均增速将放缓到3.5%左右,到2030年全国需电量将达到10-11万亿千瓦时左右;2031-2050年,我国经济社会将处于高级发达经济阶段,我国步入中等发达国家行列,电力需求年均增速进一步放缓至1.0%左右,到2050年全国需电量将达到12-15万亿千瓦时。

  2、我国电力需求拐点

  根据发达国家经验,当电力需求增长低至3%以下时,基本可认为电力需求拐点出现。因此,根据前述预测,我国的电力需求拐点大致在2030年左右出现,届时我国东部地区已基本完成城镇化与工业化建设,电力需求增速已下降至2%以下;中西部地区也已快速发展20余年,人均用电量水平基本接近东部地区。全国电力需求水平低至3%以下,届时全国需电量水平大致在11-12万亿千瓦时。

  此时,我国的人均用电量大致在7000-8000千瓦时/人左右,类比世界经济发达国家,大致相当于法国、德国、日本本世纪初水平,相当于美国上世纪70-80年代水平。上述发达国家在上世纪70-90年代均已基本完成工业化,进入后工业化时期,这与我国2030年左右预测的情景基本相符。

  3.我国未来饱和负荷水平

  根据发达国家经验,当电力需求增长低至1%左右时,基本可认为电力需求已趋于饱和。根据前述预测,在20402050年左右,我国电力需求增速将放缓至1%左右,电力需求将趋于饱和,我国的饱和电力需求水平大致在13-15万亿千瓦时左右。

  4、我国电力弹性系数发展趋势

  我国电力弹性系数1981-2000年为0.82000-2010年为1.14十一五1.05。我国目前正处于工业化阶段,电力弹性系数较高,与世界主要国家电力弹性系数发展情况相似。

  考察世界主要国家电力弹性系数发展情况,其电力弹性系数虽有波动,但从较长时间周期来看,均随经济发展呈下降趋势。考虑到工业在我国经济增长中的主导地位,同时兼顾产业结构调整等因素,判断我国未来电力弹性系数将逐步下降, 电力弹性系数2011-2020年可按0.80考虑,2021-2030年下降至0.62左右,2031-2040年下降至0.34,到2050年下降至0.29左右,相当于美国、日本本世纪初水平,达到国际发达国家平均水平。

  5、我国人均用电量发展趋势

  1980-2012年三十年间,我国人均用电量年均增长8.2%。其中1980-2000年我国人均用电量年均增长6.4%,自2000年以后我国人均用电量急速上升,从2000年的1062千瓦时上升到2012年的3670千瓦时,年均增长10.9%

  在推荐的中方案下,到2020年全国人均需电量将达到5172千瓦时/人,2011-2020年年均增速5.1%,其中东部地区人均用电量增速比中西部地区低2个百分点左右;2030年全国人均需电量将达到7000千瓦时/人,2021-2030年年均增速3.1%,其中东部地区人均用电量增速比中西部地区低1.5个百分点左右;2040年全国人均需电量将达到8108千瓦时/人,2031-2040年年均增速1.5%,其中东部地区人均用电量增速比中西部地区低1个百分点左右;2050年全国人均需电量将最终达到9034千瓦时/人,2041-2050年年均增速1.1%,此时东部地区人均用电量增速与中西部地区基本持平。对比世界主要国家人均用电量发展历史,到2050年时,我国的人均用电量稍高于日本、韩国目前水平,达到美国上世纪80年代水平。

  6、我国分地区电力需求发展趋势

  改革开放三十年以来,我国东部与西部地区用电量在全国所占比重不断上升,东部从198039%最高上升至201250.7%,西部从20%上升至23.2%;中部及东北部地区用电量在全国所占比重下降,中部地区从23%下降至19.3%,东北部地区从19%下降至6.8%

  未来,我国东中西部地区用电量的差距将逐步缩小。其中,东部地区用电量比重将由现况的50%逐步下降至2020年的45%2030年的42%,至2050年降至39%;西部地区用电量比重将由现况的23%逐步上升至2020年的25%2030年的26%,至2050年上升至27%;中部地区用电量比重将由现况的19%逐步上升至2020年的22%2030年的24%,至2050年上升至26%;东北部地区用电量比重基本保持8%不变。

  7、我国电力需求结构发展趋势

  改革开放以来,我国一产用电比重逐年降低;二产用电比重在2000年前有所下降,2000年以后又有所回升,但总体比重下降;三产和居民生活用电比重逐年上升。

  类比世界主要国家用电结构发展历史,预测未来我国的一产用电比重将由现在的2.2%逐渐降低到远景年的1%左右。三产用电比重将由现在的10.9%逐步上升至远景年的33%左右。

  我国人口众多,国内市场需求潜力较大,且我国现阶段还处于工业化高级阶段。德国等发达国家的发展历程启示我们,未来制造业等第二产业仍将是我国工业化与城镇化的支柱产业,是满足广大国内市场的有力保证。因此预测我国二产用电比重将由现在75.0%逐步下降至远景年的40%-45%

  居民生活用电是用电结构中的重要组成部分。在发达国家,居民生活用电比重一般都较高,大致占总用电量的15%30%左右。人均居民生活用电量大致在10003000千瓦时/人年。因此,预测未来我国居民生活用电比重将由现在的12.0%逐步上升至20%以上,人均居民生活用电量将达到2000千瓦时/人。基本达到世界发达国家居民生活用电水平。

  未来我国产值电耗水平也将逐步下降。综合产值电耗将由目前的105千瓦时/千元逐步下降至202091千瓦时/千元、至203074千瓦时/千元,至2050年下降至约47千瓦时/千元。相应的,三大产业的产值也均有下降。其中二产产值电耗将由现况的168千瓦时/千元大幅下降至59千瓦时/元,一产及三产的产值电耗将由现况的24千瓦时/千元与26千瓦时/千元逐步下降至18千瓦时/千元与24千瓦时/千元。

  未来我国中长期发电能力及电力需求发展趋势影响因素很多,精确预测较为困难。本文的分析判断仅为一家之言,未来需要密切跟踪经济发展及电力形势变化,因时因势对预测结果进行滚动调整。

  信息来源:中国能源报

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