电力结构的决定因素是国家的能源战略和与能源战略相适应的政策措施,如果没有能源战略和政策措施的引导,电力结构就会形成自流。现在对于电力结构选择的意见分歧,有许多问题值得探讨。
中国的电力结构与一次能源生产结构和一次能源消费结构有密切的关系,电力结构的优化与一次能源结构优化有着密切的关系。中国的一次能源消费结构以煤为主,电力消费结构也必然要以煤为主;以煤为主的能源结构和电力结构的能源效率必然要比以油气为主的国家要低。我们一方面要求能源以煤为主,要求立足国内;一方面又要求中国的能源效率、能源工业的废弃物的排放量达到以油气为主的发达国家的先进水平,这是不现实的。中国的能源工业和电力工业在2010年到2030年之间是最困难的时候,等到核电、新能源、可再生能源获得大量开发,替代了化石能源之后,中国的能源利用效率,中国的能源结构、电力结构都有可能达到尽善尽美的程度。我们应该记住,对未来世界的最大威胁,也是对人类本身最大的威胁,对我国能源和电力工业的最大威胁,是我们的无知;仅仅是无知也罢了,使我们陷入困境的可能还不是我们不了解的事情,而是我们自以为正确而实际上恰恰不是那样的事情。
一、煤电比重大好还是煤电比重小好
煤电比重的大小是一个长期讨论的问题,争论的焦点是煤电比重大好,还是煤电比重小好。1958年提出"水主火辅"的方针,要以大力发展水电来降低火电的比重,在20世纪70年代和80年代在装机容量中水电比重由1952年的9%提高到30%左右,煤电的比重由90%下降到70%左右。但是从20世纪80年代后期水电装机比重下降到24%左右,而煤电比重却上升到74%~75%。进入21世纪电力工业高速发展,由于煤电的建设周期比水电、核电短,无论是开工规模、建设规模和投产规模,煤电都有上升趋势,因此舆论认为中国电源结构趋向劣化。
煤电比重是否上升与电力工业的发展速度有关,改革开放以后电力工业发展速度加快,20世纪90年代煤电比重上升到74%~75%;在21世纪头20年中,电力发展速度较慢,比如到2020年电力装机容量为9.5亿千瓦,考虑水电、核电、天然气发电和可再生能源发电的增长,煤电有可能下降到60%;如果电力发展速度加快,2020年电力装机容量达到14.5亿千瓦,则煤电比重可能仍维持在74%~75%。
煤电比重的维持和增长,决定于国家的能源战略和政策。国家已经决定能源消费以煤炭为主体,以电力为中心;我们要继续坚持立足国内的基本方针;煤电比重的维持和增长是不可避免的。一是我国能源消费要以煤炭为主体,电力工业是能源转换工业,也必然要以煤炭为主体;二是电力工业是各行各业中最善于干净利用煤炭的企业,为了减少能源利用中造成的污染,电力工业应该把污染较少的石油、天然气让给其他用户使用,电力工业应尽可能多地使用煤炭;三是水电、核电和可再生能源的开发利用要有一个准备时期,要有较长的勘测、设计和建设周期,煤电应当承担起应急供电任务。应当说近期煤电比重上升是必要的。
煤电的快速发展,主要存在四个问题:一是如果电力工业快速发展,煤电保持很高的比重,2020年煤电的需煤量达到17亿~18亿吨,再加上钢铁,化工及其他用煤,有可能超过国内煤炭生产极限;二是煤电数量急剧增长,燃煤污染问题突出;三是燃煤电厂用水问题难以解决;四是燃煤电厂的能源利用效率比油电和气电低。在这四个问题中一、四两个问题难解决,第二个问题可以用加强环保措施来解决,第三个问题可以采用矿区电厂、负荷中心电厂和路口电厂相结合来解决,劣质煤、洗中煤在矿区建空冷电厂、优质煤可以运出来在海边建利用海水的电厂。
二、究竟是输煤好还是输电好,是建负荷中心电厂好还是建坑口电厂好
关于输煤输电国内外都作过许多研究,早已有明确的结论,劣质煤和洗中煤应当建坑口电厂,发热量较高的煤炭和优质动力煤应当输煤,总的说来应当输煤、输电并举。近十几年来,由于电力体制改革中批评省为实体,就地平衡;提出中部和西部大开发,为促进中西部煤炭资源所在地的经济发展,强调建设坑口电厂,变输煤为输电;由于铁道部门改革滞后,铁路运输不能满足煤炭运输要求,被迫以输电代替输煤。实践已经证明,以煤为能源主体的中国,输电完全代替输煤是不可能的,也是不经济的。一条大秦线每年可以输送煤炭2亿~2.5亿吨,输送了8千万千瓦到1亿千瓦电力所需的煤炭,如果以坑口电厂输电替代,需要多少输电线?多少输电走廊?多少输变电投资?我国能源资源的分布本来就不均衡,由于片面强调煤质差,煤炭运输制约,煤炭资源开发的产业链短,迁就煤炭生产地区的要求,实现煤电一体化,变输煤为输电,使得电力需求与能源资源地区不均衡的问题日益严重,矛盾日趋尖锐,在电力发展中,不仅存在总供给与总需求之间的矛盾,更有电源结构与地区结构的矛盾。
输煤与输电比较,除了输煤要修建交通设施,支付运煤的代价;输电要修建输电设施,支付输电的代价之外,输煤在东南沿海建设电厂有许多好处:当地建厂就地供电可以提高供电可靠性;与"三西"缺水地区建厂比较,可以节省空冷设备投资,避免夏季高峰负荷时的发电出力下降;在海边建厂可以利用海水作循环水、海水淡化作工业水,还可以利用海水脱硫、脱硝;必要时可利用电厂余热淡化海水、发展盐化工;可以充分利用电厂的灰渣,节省冲灰水和灰场用地等。至于燃煤电厂的污染是可以治理的,不管放在那里都要治理,集中搞大型煤电基地更加需要治理,至于二氧化碳排放问题,不管电厂放在坑口还是沿海,其影响都是相同的。
在输煤输电问题上,主要问题在于强调煤碳就地转化,延长煤炭产业链,建设坑口大型煤电基地,实现煤电一体化,变输煤为输电是否经济合理?这种发展方针是否应当继续坚持?
三、如何在加快天然气发电 和谨慎进行天然气发电中进行选择
许多专家认为,天然气是中国能源优质化、清洁化、多样化的主要标志,是确保经济增长向高质量迈进的重要因素,加快中国天然气工业的发展将对煤炭、石油有着重要的替代和补充作用。从中国当前天然气发展的条件来看,一种意见是:天然气发电对天然气的加快发展具有重要的支撑作用。只有加快发展天然气发电才能使天然气走上跳跃式发展道路。另一种意见认为:中国与世界上许多国家情况很不相同,中国天然气资源存在多种不可忽视的制约因素,天然气价格昂贵,煤炭资源丰富,电力市场改革刚刚起步,天然气工业也处于起步阶段,对于天然气发电的风险承受能力比其他国家弱,对于天然气发电应该慎重。中国天然气属于稀缺资源,天然气发电对煤电和水电缺乏竞争力,天然气用于替代各行各业的石油和煤炭,比发电在环境保护、经济性、安全稳定等方面具有更大的战略意义。
在中国天然气属于比石油还要稀缺的资源,目前在一次能源消费结构中只占2.7%,低于24%的世界平均水平和8.8%的亚洲平均水平,即使2020年天然气消费量达到2000亿立方米,也达不到占一次能源消费总量的10%。且中国自产天然气品质不理想,勘探、开发、稳产难度大,天然气田多远离经济发达的用气中心,天然气成本高、价格贵。从国外进口天然气价格也很高,世界天然气市场价格美国最低,欧盟稍高、东北亚最高。从历史资料来看,东北亚天然气按同等发热量与石油比较,许多年份还高于石油价格(见表1)。另外,对天然气使用领域意见分歧,天然气代油,当天然气价格低于石油时,具有环境效益和经济效益,天然气代油的另一途径是天然气合成柴油,也只有在价格低于石油时具有经济效益;天然气代煤,具有最大的环境效益,但不具备经济性;天然气在采暖、供热水等领域代电,具有节能效益;天然气在完成代替分散的采暖锅炉、工业锅炉和窑炉以前,不大可能用于纯发电,除非为了实现照付不议,临时用于天然气纯发电,等各行各业使用天然气的规模上去之后,纯天然气发电还得逐步退出使用天然气的领域;最近上海、浙江12台406万千瓦燃气联合循环机组供气不足和海南清澜电厂油改气后,因无天然气供应又改为燃油就是例子。
所以,中国天然气早期发展最好学习北美及欧洲国家,以民用和商用为主,要加快发展受网,落实有关政策,尽快用天然气取代民用和商业的分散用煤,当民用、商业和工业领域的用气普及之后,再有富裕的天然气,再考虑用于纯发电。如果民用、商业和工业领域嫌天然气价格高,不使用天然气,把天然气推给纯发电用气(即燃气蒸汽联合循环发电),而民用、商业却用电代气,将会严重损害天然气的环境效益和节能效益。
天然气消费对象以民用、商业和一般工业为主,不搞天然气纯发电,一般都担心不能满足照付不议要求,其实中国管道天然气的达产期很长,正好能够配合天然气用户的逐步增长。所以我国目前有条件仿照美国1978年颁布"发电厂和工业燃料使用法案",禁止公用电力公司使用天然气搞纯发电,鼓励企业和民间发展以天然气为燃料的冷热电联产和直接燃气空调。
四、水电建设问题在于快些还是再快些
中国有着丰富的水能资源,现在待开发的水能资源还很丰富。2004年年底水电装机容量已达到1.08亿千瓦,居世界第一位。国家发改委张国宝说:"我们希望水电在2010年达到1.65亿千瓦,届时将占整个发电装机的23.9%,希望2020年水电装机达到2.46亿千瓦,比例将达到25.9%。"上面所列举的水电比例是按2010年全国总装机容量达到6.9亿千瓦和2020年达到9.5亿千瓦算出来的,如果2010年和2020年实际达到的全国总装机容量超过9.5亿千瓦,例如达到11.5亿千瓦,那么2020年的水电比重就会下降到21.4%。但是一些专家认为,党中央、国务院提出"大力发展水电","西部大开发"、"西电东送",为什么中国水电比重还不能恢复到1973年到1985年曾达到30%以上的水平?他们希望2010年水电装机容量达到1.92亿千瓦(按全国总装机容量6.9亿千瓦计算,比重为27.8%),2020年水电装机容量达到3.5亿千瓦(按全国总装机容量9.5亿千瓦,比重为36.8%,如全国总装机容量达到11.5亿千瓦,比重还可以维持30%以上,达到30.4%)。世界各国电力工业发展过程中,电力总装机容量和水电装机容量10年常有翻一番左右,即年增长率在7.2%上下是常有的事。
我国水电开发中存在的问题大致可以归纳为:一是如何处理好水电开发中的生态环境问题。中国的水电开发由早期的单纯开发电力,走上了水能资源综合利用的道路,当前更要注意处理好水电开发与生态环境保护的关系,做好水电移民的权益保障,尽可能减少土地淹没损失。二是要妥善安排好水电站丰枯水对安全供电的影响。我国水电站普遍存在调节性能差的问题,南方地区的缺电问题往往与水电站枯水有关,因此在加快发展水电的同时,要注意解决水电枯水期和遇到特枯年的缺电问题。办法就是控制水电比重或增加电力系统的备用率,有人认为,为了保证冬季不致因水电站枯水造成大电网停电,必须保证在全网电源容量构成上水电比重不得超过40%,必须保证火电加核电厂占60%或更多,全国电源应有25%的备用。也有人提出水电比重不超过30%,这是一个值得注意的问题。三是要合理建设抽水蓄能电站。抽水蓄能电站是电力系统的一种调峰和备用电源,但并不是惟一的。抽水蓄能电站有优点也有弱点,要充分重视多种调峰方式的技术经济性分析论证,特别是要制止某些人不从电力系统整体经济性和安全性出发,提出每个省至少可以建一个抽水蓄能电站的主张,值得引起注意。四是近年来水电站装机容量越来越大,发电设备利用小时数越来越低。扩大水电站的装机容量可以从新的水能资源普查中看到,拿新普查与1980年的普查比较,水能理论蕴藏量没有什么增加,而技术可开发增加1.63亿千瓦,达到5.41亿千瓦,比原来3.78亿千瓦增加了43%;经济可开发增加1.42亿千瓦,达到4.02亿千瓦,比原来增加54.6%。西部水电开发实行"西电东送"不宜送尖峰,将来西部经济发展后,这些水电又要留在当地使用,当地水电比重这么大,多装了机器也无法利用,有可能造成损失。
五、核电以什么样的速度发展, 与油气的利用程度有关
中国的核电发展战略已由原先的"适度发展"转变为"加快发展"。这与最近几年国际油价持续走高,世界已进入高油价时代,核电又是当今世界上惟一技术成熟可以实现大规模减排温室气体的一种替代能源。中国一次能源消费中最突出的问题是天然气和核电所占的比重太低;在中国电源结构中,最突出的问题是油、气和核能发电的比重都很小。最近几年由于经济的蓬勃发展,特别是重化工业的发展,能源和电力消费的增长都很快,过去预测要到2050年发生的问题,现在可能要提前到2020年或2030年,到那时中国的主要能源煤炭和水电已开发到极限,需要补充新的能源,这主要应当从油、气和核能中来选择,从能源和电力来源多元化考虑,油、气、核能都不可偏废,特别要注意发展短缺得最厉害的天然气和核能。
现在对于加快核电的呼声一浪高过一浪,目前一般都说2020年核电装机容量达到4000万千瓦,而且认为尚余的15年中要新投产3100多万千瓦,难度是比较大的。核电的前景确实诱人,核电的大发展将直接或间接地带动中国电力工业勘测、设计、设备制造、施工及运行管理水平的提高。但是要大力发展核电,除了掌握核电技术之外,最重要的是要解决好核燃料的来源,因为中国自己已探明的核燃料资源尚不能满足大力发展核电的需要,因此在加快核电发展时首先要落实核燃料的来源;一是加快国内核资源的勘探,掌握更多的核燃料;二是从国外进口核燃料或者与国外合作开发核燃料;三是加快快中子增殖反应堆的研究,掌握和使用快中子反应堆,以节约核燃料。只有当我们真正掌握了足够的核燃料和快中子反应堆技术,我们才有了加快核电发展的主动权。
加快发展核电需要解决几个问题:一是要打破垄断,开放核电建设和运行市场,引入更多的市场主体参与核电发展;二是要加强核安全监督和管理,只有让核安全管理机构真正发挥作用,才能保证核电安全发供电,也只有在安全条件下才能加快核电发展;三要进一步做好核电设备国产化,要坚持以我为主,走国产化道路,批量化生产,才能降低核电站的造价,才能增强核电在竞争性电力市场中的竞争力;要特别重视加强快中子增殖反应堆的研究和开发;四要同步抓好核燃料的供应与核废料的后处理;五要做好核电规划,原来关于核电的发展方向是非常明确的,主要是在东南沿海缺乏能源资源的地方建设大型核电基地。
现在有专家提出要在中部或西部发展核电,理由是外国的核电也有在内地建设的。我们总不能事事处处搬外国的程式,中国正在大力开发西部水电,实行"西电东送",西部地区不用当地生产的廉价水电,而去建设成本相对高昂的核电?中部地区宁可让西部水电从自己的天空中掠过送往东南沿海,不用西部廉价水电,而去建设当地毫无优势可言的核电?为了减少远距离输电,是否可以把西部水电主供西部,有余再供中部,再有多余可向东南沿海送电,现阶段核电主要建在东南沿海地区,形成西部水电,北部煤电,东南沿海核电加煤电三足鼎立之势。等到西部水电和煤电不能再满足西部用电的时候,再考虑中西部地区修建核电站。