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能源互联网 如何面对危机与挑战

2015-10-12

  全球能源的发展现状

  全球能源发展经历了从薪柴时代到煤炭时代,再到油气时代、电气时代的演变过程。目前,世界能源供应以化石能源为主,有力支撑了经济社会的快速发展。适应未来能源发展需要,水能、风能、太阳能等清洁能源正在加快开发和利用,在保障世界能源供应、促进能源清洁发展中,将发挥越来越重要的作用。

  长期以来,世界能源消费总量持续增长,能源结构不断调整。特别是近20年,世界能源发生了深刻变革,总体上形成煤炭、石油、天然气三分天下,清洁能源快速发展的新格局。

  1、能源资源

  全球能源资源主要有煤炭、石油、天然气等化石能源和水能、风能、太阳能、海洋能等清洁能源。全球化石能源资源虽然储量大,但随着工业革命以来数百年的大规模开发利用,正面临资源枯竭、污染排放严重等现实问题;清洁能源不仅总量丰富,而且低碳环保、可以再生,未来开发潜力巨大。

  截至2013年,全球煤炭、石油、天然气剩余探明可采储量分别为8915亿吨、2382亿吨和186万亿米,折合标准煤共计1.2万亿吨。按照目前世界平均开采强度,全球煤炭、石油和天然气分别可开采113年、53年和55年。全球水能、风能、太阳能等清洁能源资源非常丰富。据估算,全球清洁能源资源每年的理论可开发量超过150000万亿千瓦时,按照发电煤耗300克标准煤/(千瓦时)计算,约合45万亿吨标准煤,相当于全球化石能源剩余探明可采储量的38倍。

  2、能源消费

  全球能源消费呈现总量和人均能源消费量持续“双增”态势。受世界人口增长、工业化、城镇化等诸多因素拉动,全球一次能源年消费总量从53.8亿吨标准煤增长到181.9亿吨标准煤,近50年时间增长了2.4倍,年均增长2.6%。亚太地区逐渐成为世界能源消费总量最大、增速最快的地区。

  世界能源消费结构长期以化石能源为主,但其所占比重正在逐步下降,电能占终端能源消费比重逐步提高。随着电气化水平提高,越来越多的煤炭、天然气等化石能源被转化成电能,化石能源在世界终端能源消费结构中的比重持续下降。1973~2012年,煤炭、石油在世界终端能源消费中的比重分别下降了3.6个、7.5个百分点,而电能所占比重从9.4%增长到18.1%,仅次于石油占比,位居第二位。

  3、能源生产

  世界能源生产总量稳步上升,化石能源逐步增加,清洁能源发展迅猛。工业化以来,化石能源支撑着世界经济的发展,在化石能源生产中,石油目前占据着最重要的地位,其次是煤炭和天然气。

  进入21世纪,风能、太阳能等清洁能源发展迅猛。2000~2013年,全球风电、太阳能发电装机容量分别由1793万千瓦、125万千瓦增长到3.2亿千瓦、1.4亿千瓦,分别增长了17倍和111倍,年均增长率分别达到24.8%和43.7%。但由于基数小,风能、太阳能等非水可再生能源比重仍然较低,占全球一次能源供应总量的2.2%。

  4、能源贸易

  全球能源贸易以化石能源为主,总量稳步增加。化石能源生产和消费分布的不均衡,需要能源资源在世界范围内优化配置。随着海运、铁路、油气管网等能源运输网络的逐步建立与完善,跨国跨洲能源贸易流量逐渐增大。

  受电网输电能力等因素限制,电力主要以国内和区域内平衡为主,跨国跨洲电力贸易规模较小,按热值当量计算,仅为全球化石能源贸易量的1.3%。目前,石油是全球贸易量最大的能源品种。

  总之,全球能源生产与消费结构目前仍以化石能源为主,清洁能源和电力比重增长较快;由于能源分布不均衡,能源供需分离程度不断加深,全球能源贸易规模不断扩大。

  全球能源发展面临哪些挑战?

  长期以来,化石能源支撑了工业文明发展,同时也带来了环境污染、气候变化等影响人类生存发展的现实难题,建立在化石能源基础上的能源生产和消费方式亟待转变。同时,世界风能、太阳能等清洁能源发电总体处于加快发展阶段,在技术创新、设备研制、工程应用及系统安全性、经济性上仍面临较大挑战。

  1、能源供应面临挑战

  在全球经济发展的带动下,世界能源消费总量从1965年的53.8亿吨标准煤增加到2013年的181.9亿吨标准煤,增长2.4倍。未来,世界能源消费量仍将保持增长态势。

  化石能源储量有限,具有不可再生性,大规模开发利用必将导致资源加速枯竭。目前,容易开采的石油正迅速减少并逐渐集中到极少数国家,容易挖掘的煤炭也只剩下几十年的开采期。

  从布局看,世界能源资源与能源消费呈逆向分布,能源开发越来越向少数国家和地区集中。部分资源匮乏国家能源对外依存度不断提高,能源供应链脆弱,安全问题突出。

  能源供应成本是影响能源发展的重要经济因素,目前化石能源与清洁能源供应成本总体呈现出“一升一降”的趋势。化石能源开采成本逐渐增长。清洁能源开发成本逐步下降,但仍处于高位。未来需要进一步提高清洁能源的经济性,使其具备市场竞争能力,才能真正实现清洁能源对化石能源的大规模替代。

  2、能源环境面临挑战

  化石能源燃烧是全球温室气体排放的主要来源。能源活动在当前及今后较长时期依然是影响温室气体排放的决定性因素。温室气体排放带来的温室效应,对人类生存发展构成以下四大威胁,包括陆地面积缩减、大量物种灭绝、威胁食物供应、危害人类健康。

  化石能源燃烧排放大量的烟尘等污染物,导致灰霾频发,严重危害人类的身体健康。自工业革命以来,以氮氧化物、碳氢化合物及二次污染物形成的细粒子污染为特征的复合型污染在大多数发达国家和部分发展中国家已经出现,导致大气能见度日趋下降,灰霾天数增加,人类健康受到威胁。大量化石能源在开采、运输、使用的各环节对水质、土壤、大气等自然生态环境造成严重的污染和破坏。

  3、能源配置面临挑战

  全球化石能源配置具有总量大、环节多、输送距离远等特征。现有海运、铁路、公路等传统化石能源运输方式通常链条长、效率低,需要几种运输方式相互衔接才能完成整个能源运输过程,在能源输送过程中易受外界因素影响。

  世界能源向清洁化发展,电能远距离、大范围配置的重要性将越来越凸显,但现有电力配置能力明显不足。为应对全球能源总量供应及能源环境的挑战,大力发展清洁能源势在必行,世界能源结构正在经历从化石能源为主向清洁能源为主转变。随之而来的,世界能源配置需求也将从目前的化石能源为主逐步转变为清洁能源为主。适应清洁能源大规模开发的需要,应加快构建全球电力高效配置平台。随着清洁能源的大规模开发,必将形成以电力为主导的能源配置格局,亟待建立以清洁能源为主导、以电为中心、更高电压等级、更大输电容量、更远距离的全球能源配置网络平台,以满足清洁能源的大规模、远距离配置的需要。

  4、能源效率面临挑战

  当前,无论是化石能源,还是清洁能源,其开发、配置、利用效率仍不够高,有很大的提升空间。

  开发环节存在资源开发利用率低、能源转换效率低的问题。化石能源配置环节多,配置效率不高。化石能源除了部分直接作为终端能源使用外,还有相当部分煤炭、天然气,甚至燃油用于发电。这部分化石能源要经过多个环节输送至电厂,中间环节多,由此造成的能源损耗大。使用环节,能源利用效率低,电能占终端能源消费比重低。提高电能在终端能源消费中的比重,可以增加经济产出,提高全社会整体能效。

  如何推进全球能源互联网

  构建全球能源互联网,关键要加强特高压和智能电网技术创新,建立全球能源合作机制,共同推进各国泛在智能电网、各洲互联电网和跨洲特高压骨干网架建设,加快构建全球互联的坚强智能电网。综合考虑全球能源分布、清洁能源发展、能源供需、能源输送等因素,未来全球能源互联网发展可以划分为洲内互联、跨洲互联和全球互联三个发展阶段。

  第一阶段:洲内互联

  到2020年,推动形成共识;到2030年,根据技术经济比较优势,启动大型清洁能源基地建设,加强洲内国家之间电网的互联。

  各大洲加快开发清洁能源,通过各大洲内的互联电网实现清洁能源输送和消纳。如东北亚电网互联、北美电网互联、欧洲统一电网互联、拉美电网互联、非洲中南部电网互联等。跨国互联电网快速发展,在满足清洁能源消纳范围不断扩大需求的同时,实现各国不同季节、不同时段、不同类型电力资源的互补和互济,提高能源系统效率和经济性。各国加强国内坚强网架的建设和全国互联,以更好地融入洲内联网,更加有效地接纳洲内配置的清洁能源。

  第二阶段:跨洲互联

  2030~2040年,发展重点是在继续加强各洲主要国家电网互联的基础上,按照先易后难的次序,推动“一极一道”等大型能源基地开发和跨洲联网取得重要进展。

  洲内互联电网的网架不断完善,随着北极地区风电、赤道地区太阳能发电等全球重点清洁能源基地的大规模开发,跨洲远距离输电和跨洲电网互联成为全球能源互联网发展的主导方向。跨洲间的多类型电力资源互补、利用时差的跨洲电力互济效益更加显著,全球能源互联网初具规模。

  这一阶段要着重推进北极地区电力外送通道、赤道地区电力外送通道,以及亚欧洲际输电通道、亚洲与北美洲联网通道、欧洲与非洲联网通道、亚洲南部与非洲联网通道、北美洲与南美洲联网通道等的建设,建立全球能源互联网的合作推进和协调机构,初步形成全球能源互联网的合作机制。

  第三阶段:全球互联

  2040~2050年,按照重点突破、全面推进的思路,加快全球能源互联网建设,逐步形成全球互联格局,推动实现“两个替代”目标。

  随着全球太阳能、风能等清洁能源基地全面开发建成,清洁能源发电替代化石能源并占据主导地位,化石能源开发、输送和消费规模明显下降,基本实现各洲、各国电网互联互通,全球能源互联网全面建成,成为全球清洁能源优化配置平台。

  全球能源互联网的组织机制和运行机制完善,全球调控中心建立并与各洲调度中心、各国调控中心形成分区分层控制的调控体系。全球化的电力市场建立,跨国跨洲电力市场交易电量占电力总消费的比例大幅提高。


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