中国电力工业变革与发展的战略选择.docx
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中国电力工业变革与发展的战略选择
中国电力工业变革与发展的战略选择
肖鹏
引言：
低碳导向的能源变革
2008年是电力行业深刻反思之年。
在改革开放30年的历史性时刻，我们经历了冰雪灾害、汶川地震等特大自然灾害、金融危机以及由此引发的全球性经济衰退等一系列重大事件，这促使我们站在一个新的历史高度，从人的终极关怀出发，进行更加深刻、更加本质的思考。
终极思考是一种哲学思考，其出发点和落脚点都是为人类寻找安身立命之所和永续发展之路。
一个有趣的现象是，当工程师从社会责任的高度反思工具理性和价值理性的关系，追问“为什么发展，发展为了谁？
”的问题时[注1]，经济学家则从建立后危机时代世界经济新体系的视角，思考如何在新的约束条件下平衡各种变量间的关系，追究危机和衰退到底是“周期性波动”还是“结构性震荡”问题[注2]。
非常耐人寻味的是，二者思考的结果，均指向了“结构性问题”。
而解决结构性问题，必须在全社会重建核心价值观，确立新的约束条件，并在此约束条件下重新平衡各种变量关系，重新配置相关要素资源，实现结构性转型。
事实上，当前中国经济可持续发展所面临的重大困境，正是高碳型的产业结构和相应的粗放型经济增长模式问题。
不合理的产业结构和消费结构，形成了“高投入、高消耗、高排放、低效率”的粗放型经济增长模式，这种结构性矛盾正是制约我国经济可持续发展第一位的、重大而紧迫的问题。
限于篇幅，本文不能对此展开讨论，而仅就低碳经济条件下电力工业变革与发展本身和系统内的问题进行分析研究。
近代西方发达国家的工业化和现代化过程，在走过一段以“天人相分”为基本理念的道路之后，已经对其造成的资源与生态破坏的恶果进行了深刻反省。
近年来兴起的“低碳经济”概念，正是在全球气候变化这一背景下，首先发端于西方，进而对世界产生了深远的影响。
所谓低碳经济，就是以低能耗、低污染为基础的经济，即在低碳排放条件下实现经济的持续增长。
2007年9月，胡锦涛主席在APEC会议上指出：
“气候变化从根本上说是发展问题，只有在可持续发展的前提下才能妥善解决……应该建立适应可持续发展要求的生产方式和消费方式，优化能源结构，推进产业升级，发展低碳经济，努力建设资源节约型、环境友好型社会，从根本上应对气候变化的挑战。
”
能源行业是经济发展的基础和碳排放第一大户，因此，必须大力提高能源利用效率，开发利用新能源，优化能源结构，推进产业升级，这是低碳经济的核心所在。
为此，必须抓住机遇，大力推进能源变革。
作为能源行业的主力军，电力企业应当以科学发展观为指导，顺应能源变革的历史潮流，主动在战略方向上进行变革与调整，走出一条科学发展之路，在能源变革中担当大任。
我国电力发展战略调整的紧迫性
改革开放三十年，我国电力事业的快速发展为GDP年均增长9.8%提供了有力支撑。
2008年，我国电力装机容量达到7.93亿千瓦，全社会用电量34268亿千瓦时，均仅次于美国居世界第二位。
在我国电力事业快速发展的同时，一些深层次的矛盾与问题日益积累和加深，使电力工业的可持续发展面临诸多困境。
困境一：
一次能源资源面临枯竭，相关要素资源严重短缺。
近年来，我国电力装机急速增加，需求预测一再被突破。
例如，根据国家发改委能源研究所周大地主编的《2020中国可持续能源情景》（2003年版）预测，2020年电力装机容量最多为8.20亿千瓦；但仅仅6年后，我国2009年电力装机容量预计将达到8.6亿千瓦，已经超出预计的2020年装机数。
根据中国2050年达到目前中等发达国家水平的经济发展目标，中科院可持续发展战略研究组设计了未来中国发展的“基准”、“低碳”和“强化低碳”三种情景[注3]，利用模型定量分析了2005年-2050年不同情景下的能源需求和二氧化碳排放情况，2050年的一次能源需求、电力需求以及碳排放预测如表1、表2、表3。
表1：
2050年一次能源需求量（百万吨标煤）
情景煤油天然气水电核电风能太阳能发电生物质能发电醇类汽油生物柴油合计
基准2924.61835.5668.0396.9595.4102.5-86.338.99.26657.4
低碳1984.41025.0745.5422.0795.5168.819.767.543.514.05250.0
强化低碳1714.71031.9709.9420.0761.2238.936.76323.4145013.7
表2：
2050年发电装机容量（万千瓦）
情景煤电油电天然气发电水电核电风电太阳能发电生物质能发电合计
基准126103325924140343042793316036-4345236118
低碳7949911162192048057387512870439075358227312
强化低碳6032110422045347853388364062177205000221845
表3：
化石燃料燃烧二氧化碳排放量（单位：
百万吨碳）
年份基准情景低碳情景强化低碳情景
2005140914091409
2010213419431943
2020277922622194
2030317923452228
2040352523482014
2050346524061395
注：
碳与二氧化碳的数量折算关系为：
1吨碳相当于3.67吨二氧化碳。
麦肯锡公司发布的《中国的绿色革命》研究报告也对中国2030年的能源需求和温室气体排放进行了测算，其测算结果与中科院可持续发展战略研究组的测算结果对比如表4。
麦肯锡预测的减排情景下2030年装机容量高于而发电量低于中科院的预测，主要原因可能在于二者预测的电力结构不同（表5），麦肯锡预测的风电和太阳能发电容量均远远高于中科院，煤电较低，而风能和太阳能的等效利用时间均远远小于煤电，因而要增加装机容量。
对新能源利用程度的不同体现在减排潜力上（新能源利用是减排的重要措施之一，其它减排措施还包括提高能效、增加森林面积等诸多方面），麦肯锡预计的减排潜力为67亿吨CO2e（二氧化碳当量），其中电力行业的直接减排潜力为28亿吨；中科院预计的减排潜力为44亿吨CO2e（强化低碳情景与基准情景相比）。
表4：
2030年我国电力装机和温室气体排放预测
项目麦肯锡[1]
中科院可持续发展战略研究组
基准情景减排情景基准情景低碳情景强化低碳情景
电力装机（亿千瓦）20.2121.2218.2716.9716.60
发电量（亿千瓦时）92550810501086289522690464
CO2e（亿吨）14578146107.57102.21
表5：
2030年我国发电装机结构预测（单位：
亿千瓦）
煤电天然气发电水电核电风电太阳能发电生物质发电油电合计
麦肯锡（减排情景）5.51.444.371.823.83.80.4821.21
中科院
（强化低碳情景）
6.251.104.461.532.650.10.390.1216.60
根据上述中科院三种情景的预测数据，2005-2050年能源需求总量惊人。
按照平均数计算，石油在基准、低碳和强化低碳情景下，2005-2050年总耗量分别达到365亿吨、235亿吨和236亿吨（按照1公斤原油折合1.43公斤标准煤计算），远远超出我国目前约21亿吨的石油探明可开采储量（表6）。
以平均数计算，煤炭在基准情景、低碳情景和强化低碳情景下，2005-2050年总消耗量分别为1259亿吨、936亿吨和865亿吨标准煤，换算成原煤分别为1763亿吨、1310亿吨和1211亿吨（按照1公斤原煤折合0.7143公斤标准煤计算），也就是说，目前我国探明可开采的约1145亿吨煤炭储量远不能满足国内需求（表6）。
从代际公平来看，这无疑是寅吃卯粮。
表6：
我国主要化石能源资源储量
石油煤炭天然气
探明可开采储量21亿吨1145亿吨1.88万亿米3
占全球比重1.3%13.5%1.1%
我国可开采年限11.34527.2
全球可开采年限41.613360.3
资料来源：
BP世界能源统计2008，为截至2007年数据。
核电和水电虽然是清洁能源，但也面临着资源有限性的问题。
核燃料铀的储量不容乐观，根据2007年世界铀资源红皮书，全球已探明的开采成本低于130美元/公斤的铀资源总量为546.9万吨，按2006年全球天然铀消耗6.65万吨计算，可用82年。
我国现在探明的天然铀储量只能供4000万千瓦装机运行50～60年，实际产量也严重不足，未来大规模发展核电所需的铀燃料只能主要依赖进口。
2008年，世界上共有438座核电站运行，44个在建（新开工项目大多在中国），计划新建的核电站超过200座。
随着核电热在全球再度兴起，对铀资源的争夺必将日趋激烈。
目前世界上主要的铀矿资源已经被法国阿海珐等巨头控制，我国海外找矿的难度日益增加。
尤当反省的是，当代人仅用几十年的核电所产生的核废料，后代人将在长达100-10000年的时间里面对其存放的难题，这无疑是留给子孙后代的有害遗产。
一些发达国家处置核废料的费用高达数十亿乃至数百亿美元，但这只是一个永远不会结束的处置管理计划的开始。
水电方面，根据2006年最新的资源普查，我国大陆水力理论蕴藏量6.94亿千瓦，经济可开发量4.02亿千瓦，而且怒江、澜沧江等大江大河的水能资源是否适合开发尚有争议。
因此，低碳情景和强化低碳情景下2050年水电装机4.8亿千瓦还存在较大的不确定性。
面对常规能源的短缺和为期不远的枯竭，我们不禁要问：
在不久的将来，中国发展所需的能源从何而来？
中国能源工业乃至整个国家经济、社会永续发展的出路何在？
这是当代人必须思考而且亟待解决的尤为重大和紧迫的问题！
必须指出，中国固然可以考虑在全球范围内获取能源资源，事实上，2008年我国石油进口依存度已接近52%，且仍可能进一步加大。
但毋庸置疑的是，中国这样一个能耗大国，能源供应必须立足于国内自给为主，国外进口为辅。
首先，化石能源资源在全球范围内都是不可再生的稀缺资源；其次，资源政治需要强大的经济与军事实力作后盾，且这种军事实力绝不仅仅是防御性的；最后，假设我国具备了这种实力，是否能够摒弃“和平崛起”的理念，重走超级大国在全球攫取资源的老路呢？
事实已经证明，此路难以走通。
电力行业除了消耗大量的一次能源之外，还需要占用、耗费大量的土地、淡水以及铜、铝、钢等材料，这些资源也都正在变得越来越稀缺。
例如，2008年我国电力行业消耗的铜占全国总耗量的近43%，消耗的电解铝占全国总耗量的14%。
2008年6月，中国环境与发展国际合作委员会和世界自然基金会（WWF）共同发布的《中国生态足迹[注6]报告》指出，中国消耗的资源已经超过了其自身生态系统所能提供资源的2倍以上，并超过了全球资源承载力的15%。
困境二：
资源消耗过大，环境严重恶化，面临巨大的温室气体减排压力。
我国电源结构不合理，直接导致了一次能源特别是煤炭资源消耗过大，高碳排放和环境状况恶化。
截至2008年底，我国火电装机占总装机容量的75.9%（主要是燃煤机组），发电量比例更是高达81%。
煤炭的大量开采严重消耗了本已十分紧缺的煤炭资源、土地资源和水资源，大量的煤炭燃烧则加剧了污染物的高排放。
在各类一次能源中，单位热量含碳量从高到低依次是：
木材（110）、煤炭（97）、石油（73）、天然气（56），我国以煤为主的能源结构，导致了二氧化碳等污染物排放水平居高不下。
2006年，电力行业排放的二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物、烟尘分别占到全国总排放量的40%、53%、50%和42%左右。
目前，我国二氧化硫排放量居世界首位，温室气体（包括二氧化碳、甲烷、氧化亚氮等）排放总量也即将超过美国排世界第一位。
有关研究表明，我国环境污染带来的经济和生态破坏损失大约相当于当年GDP的7%-20%。
科学观测表明，地球大气中二氧化碳的浓度已从工业革命前的280ppm（280毫升/立方米）上升到了2008年的386ppm（图1），远远超过了过去65万年自然因素引起的变化范围。
全球平均气温也在近百年内升高了0.74℃，特别是近30年来升温明显（图2）。
研究表明，人类活动对全球气候变暖的影响超过90%。
很多科学家将400-450ppm设为大气中二氧化碳的浓度上限（也有乐观者认为是550ppm，有悲观者认为是350ppm），以避免“不可逆转的灾难性后果”。
近年来，世界地缘政治更加凸显出资源政治的特点，而气候变化也已经从自然科学问题，逐渐上升为全球关注的重大发展问题和政治问题。
虽然目前我国人均温室气体排放远低于发达国家，但总量巨大。
根据《京都议定书》，中国作为发展中国家在2012年以前不必承诺减排义务，但后《京都议定书》时代的国际合作机制谈判正处于关键时期。
今年12月将在哥本哈根召开联合国气候变化大会，届时各方将就2012年后如何应对气候变化问题达成新的协议。
中国目前在世界经济、政治中的地位与影响与日俱增，而能否在保持经济较快发展的同时有效减排温室气体，承担应有的责任，正越来越成为备受国际社会关注的焦点，并将承受越来越大的国际压力。
图1：
150年间大气中二氧化碳浓度变化
资料来源：
江泽民《中国能源问题研究》
图2：
近百年全球气温变化
资料来源：
江泽民《中国能源问题研究》
中美两国居全球温室气体排放前两位，其应对气候变化的态度与措施格外引人瞩目。
美国2010财政年度预算案提出，到2020年和2050年，美国的温室气体排放量分别比2005年减少14%和83%，污染排放许可将在奥巴马首个任期结束的前一年，即2012年开始出售。
2005年美国二氧化碳排放57.8亿吨，如果减排目标能够实现，美国2050年二氧化碳排放量将只有9.8亿吨。
而根据表3，2050年中国二氧化碳排放量在基准情景下为127.2亿吨，低碳情景下88.3亿吨，强化低碳情景下51.2亿吨。
即便在强化低碳情景下，中国的人均碳排放也将比美国高出近50%[注5]。
届时，后京都议定书时代的中国将无可避免地面临巨大的减排压力。
电力行业作为我国温室气体的主要排放大户，必须承担起相应的减排责任。
困境三：
电力工业传统技术路线面临挑战。
纵观一部人类能源消耗的历史，从火的发现使用一直到工业革命前的100多万年间，人类都是生活在绿色、生态、与大自然和谐相处的环境中，人类祖先依靠可再生能源已经生存了数百万年。
但仅仅诞生在200多年前的工业革命迅速改变了这一切。
伴随着人类能源消耗的大幅增加，生态环境也随之在这个拐点上陡然急剧恶化，乃至全球气温上升，大气层出现臭氧洞，人类自身的生存环境出现重大危机。
工业革命的伟大成就，是通过不断的技术进步把人类改造物质世界的能力几乎发挥到了极致——沿着更大、更快、更高、更强的技术路线——一直走到了核裂变、核聚变。
从电力工业来看，其基础原理和技术一直沿用工业革命以来的架构，没有出现革命性的突破。
发电机、变压器参数越来越高、体积越来越大、重量越来越重，连风力发电机也已达到数百吨；输电线路、电缆直径越来越粗、电压越来越高、容量越来越大、距离越来越长。
当一条又一条、越来越多的截面达上万平方米（宽、高各为几十至上百米）、长度逾千公里的巨大高压电磁走廊在大地上纵横捭阖、呼啸而过的时候，我们不能不忧心忡忡地感到困惑：
电力工业沿着这条技术路线还将走多远？
！
由此带来的严重的资源、环境、运输以及安全等方面的困境，究竟如何得到根本解决？
事实上，我们今天已经生活在一个由金属基础构造向非金属基础构造变迁的时代，而且这些基础构造的趋势是重量逐渐减轻，占用空间逐渐减小。
随着电子领域金属电极真空管被硅基半导体取代，通信领域铜导体被玻基光纤取代，制造、建筑领域的钢铁材料越来越广泛地被碳纤维取代，可以预见，在电力领域陶基高温超导材料将有可能取代铜、铝、钢材，成为电缆、电动机、发电机、变压器等设备的主要材料，从而使得电力设备的体积、重量以及损耗都将超乎想象地大大减小。
与此同时，分布式能源（包括常规能源如燃气轮机发电和新能源分布式发电）越来越广泛的应用，也将从根本上改变传统的集中式发电和大规模传输的模式，从而对常规电网的结构、智能化程度、运行与调度方式等等带来巨大的挑战。
事实证明，电力工业的变革不可避免，变革刻不容缓。
当前正在经历的世界金融危机，为能源变革提供了重要契机。
历史经验表明，全球经济危机往往催生重大科技创新突破和科技革命。
人类的智慧发展到今天，应当更有远见卓识来选择新的变革方向，而选择的依据必然是人类可持续发展的客观现实需要。
因此，能源领域的变革将最有可能为新一轮技术革命带来突破。
同时，能源变革还将有效拉动新材料、加工制造、IT等相关产业的发展，成为应对当前金融危机，带动经济走出低迷、实现增长的新引擎。
目前中国与世界主要国家在新能源、高温超导等相关领域尚未形成较大差距，有些方面还处于领先地位，如果我们能够及时把握战略机遇，加大创新力度，率先取得突破，必将能为我国在今后低碳经济下的发展奠定重要基础，从而在21世纪全球竞争中赢得巨大优势。
在把握能源变革机遇方面，美国总统奥巴马的结构性能源新政对我们颇有启示。
应当看到，新能源技术与碳排放交易是发达国家抢占未来低碳经济制高点的重要战略组合。
如果发达国家在新能源利用、碳减排技术上取得绝对优势，同时在全球推行碳排放交易，并成为新规则的制定者，那么包括中国在内的发展中国家未来的发展将受到严重制约：
要么购买碳排放量，要么购买新能源或碳减排技术。
中国无论如何选择，都将受制于人，从而在国际分工中继续扮演低端与廉价的角色。
令人忧虑的是，面对上述困境，我国电力工业至今还缺乏对未来发展方向和技术路线的战略定位以及整体性规划设计。
而如果继续沿着惯性轨迹发展下去，由于电源结构和能耗水平等制约，其资源和环境状况均将难以为继。
况且，目前的电力等能源价格机制也不能反映资源稀缺性程度、环境外部性成本和市场供求关系。
应当说，我们在战略上尚未做好应对困境的准备。
战略规划上的落后是根本性的落后，是输在起跑线上的落后。
未来二十年是我国极为重要的战略机遇期，作为最重要二次能源的电力工业，必须尽快做出科学的战略选择。
笔者认为，我国电力乃至能源发展的唯一选择就是走低碳经济之路，一方面最大限度地提高能源特别是不可再生能源的终端利用效率，另一方面大力开发利用新能源，寻找满足我国能源需求的终极解决途径。
为此，必须从能源安全和国家利益的高度出发，尽快明确我国整个能源体系低碳导向的战略方向，制定切实可行的规划，大力推进能源变革。
当前尤须把拉动经济增长与能源变革有机结合起来。
电力行业作为能源行业的重要领域，应当以科学发展观为指导，从国家和民族利益的高度出发，刻不容缓地主动推进能源变革，促进电力工业并带动整个国民经济实现科学发展。
对此我们必须有清醒的认识，并纳入国家规划予以保证，为后化石能源时代的到来未雨绸缪，及早谋划。
电源发展的战略选择：
新能源与分布式电源
1、开发利用新能源
应当指出，我国以煤为主的能源资源禀赋，决定了我国以煤为主的电源结构还将持续相当一段时期，而且电网结构也应与此相适应，例如，我国能源资源与负荷中心分布不均衡的特点，决定了西电东送的资源配置格局将会长期存在。
但是，从现在开始，必须按照低碳经济的要求，对煤电采取优化发展的策略，一方面严格贯彻国家“上大压小”方针，关停小火电，代之以采用超临界、超超临界以及洁净煤发电（如IGCC）等先进技术的大型高效机组，或因地制宜发展热电联产，在发电侧大力提高能效并降低污染物排放；另一方面，必须在电源结构上做出新的战略选择，即在新增装机中尽可能控制煤电装机。
按照麦肯锡公司和中科院可持续发展战略研究组的估算，2030年我国煤电装机在减排情景和强化低碳情景下分别为5.5亿千瓦和6.25亿千瓦（表5），这是我国资源与环境状况所决定的硬约束。
但是，截至2008年底，我国煤电装机已经达到了6亿千瓦。
所以，从发展低碳经济考虑，必须建立新的约束条件，使得今后20年我国煤电装机总量尽量稳定在6亿千瓦左右的水平或略高一点，而主要对煤电机组的结构进行大力调整，在新增电力装机中更多采用太阳能、风能、水电、核电等可再生能源。
与此同时，在电源总量稳定和结构调整的情况下，应当从战略规划的高度逐步对长距离、大规模、高参数输电线路加以必要的控制。
如前所述，全球石油、天然气、铀的储量只够开采40-80年，煤炭虽然可以开采130多年，但过多使用会加剧恶化生态环境。
所以，石油、天然气、煤炭以及核能等资源都具有过渡性质，不是人类赖以持续生存发展的终极能源。
现在看来，人类的终极能源可能是太阳能及其衍生的风能、水能，不仅取之不尽，用之不竭，而且仅排放极少的二氧化碳（图3），是发展低碳经济、实现永续发展的唯一选择。
太阳能
水能
地热能
风能
核能（PWR）
核能（BWR）
液化天然气（联合循环）
液化天然气（蒸汽）
燃油
燃煤
CO2排放量（克-CO2/千瓦时）
（资料来源：
OHM，2004年11月）
燃料设施和运行
图3：
各种发电技术二氧化碳排放量对比
（1）太阳能
我国太阳能资源非常丰富。
太阳能年辐射量超过60亿焦耳/平方米，每年地表接收的太阳能相当于17000亿吨标准煤的能量，具有良好的太阳能利用条件。
可以根据太阳能资源分布条件，采取小规模分散式或大规模集中式两种不同的利用方式。
太阳能分布式利用的前景广阔。
目前我国大约有40亿平方米的建筑物屋顶面积，另有约10亿平方米的南立面可以利用，如果有20%安装太阳能电池，按每平方米太阳能电池发电能力100瓦计算，则可以安装1亿千瓦。
按照中国城市化发展进程，2050年之前新建房屋面积预计不低于现有面积，如果50%的面积安装使用太阳能屋顶，则又可以安装2-3亿千瓦。
目前，我国城镇居民对“太阳能屋顶”的认识程度不高，因此必须由政府加大政策力度大力推行，而且考虑到该方式直接向客户供电等因素，可以由电网企业实施。
例如，笔者在荷兰考察过的ENECOENERGIE能源公司1MW太阳能小区，其屋顶太阳能一体化建筑构件全部由该能源公司投资并拥有产权，同时负责运行维护。
由于统一规划建设，最大限度保持了小区的美观，并有助于节约成本。
最近，美国加利福尼亚州政府通过了一项大规模的太阳能开发项目，于未来５年内在加州150处商业大厦的屋顶上安装太阳能光伏电池，投资额将达8.75亿美元。
该项目就是由电网企业南加州爱迪生公司负责实施的。
此外，爱迪生公司还将在加州其它商业大厦的屋顶上安装太阳能设备。
太阳能发电的集中式利用，目前的应用主要是在沙漠、荒滩等地区建立大规模太阳能发电站。
如1984年12月，美国在莫赫夫沙漠地区建成了第一个大型太阳能发电站，发电功率达1.38万千瓦，随后又相继建成了７套太阳能发电系统，总发电功率达20万千瓦。
据了解，我国已经筹划在甘肃敦煌、西藏拉萨（或阿里）、内蒙古、甘肃、新疆以及云南石林等地选择荒漠、戈壁、荒滩等空闲土地，建设大型太阳能电站示范项目。
笔者作一大胆测算：
如果每平方米太阳能电池组件发电能力为100瓦，太阳能电池面积按总占用土地面积的一半计算，则20平方公里土地面积内布置
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