电力现状和发展趋势
引言
人类可持续发展战略主要涉及人口、资源、环境、经济发展和社会发展五个领域。其中，资源是可持续发展的起点和条件，人口是总体可持续发展的关键，环境是可持续发展的终点和目标，经济发展和社会发展是可持续发展的途径和调节器。这五个方面在可持续发展中的基本关系，可如下图1所示：
图1 人口、资源、环境、经济、社会发展在可持续发展中的位置和关系
然而近一个世纪以来，因为因为经济的增长，人口的急速增加，人类的活动也越来越频繁，人类的可持续发展越来越面临着各种各样的挑战。下图2为我国人口增长预测图。
图2 2019-2050年中国人口则增长预测
从图2可知，未来10-20年中国的人口还会有一定幅度的增长，人口与资源矛盾越来越突出，解决人口与资源之间的矛盾愈加紧迫。
随着中国经济的快速发展，中国能源生产已经无法满足日益增加的能源消费需求。2019年中国对煤炭、石油和天然气的消费量均居世界前列，对煤炭的消费量更是达到了世界煤炭消费总量的近一半水平，而同期中国能源生产总量却远低于能源消费总量，中国石油和天然气对外依存度分别达60%和30%以上。另外，根据当今中国一次性能源开采力度分析，煤炭可开采年数不足50年，石油、天然气可开采年数不到100年。可见，按目前的能源消费速度，三大化石能源开采的压力将越来越大。因此，开发新能源和提高能源利用率是解决问题最主要的途径之一。
人类频繁的活动以及对资源的过度开采也带来了一系列环境问题。全球气候变暖是当前人类社会所面临的最大挑战之一。从1880年到2019年的100多年时间里，全球地表平均温度
始终处于增长趋势，到了上个世纪80年代，增温幅度更为显著。1983年到2019年是过去1400年来最热的30年。根据联合国全球气候变化科学评估报告，气候变化所导致的总代价将引起全球GDP损失约5%；而世界银行前首席经济学家斯特恩在著名的《斯特恩报告》中更指出，在考虑更广泛的风险和影响的情况下，估计损失将上升到GDP的20%或者更多。
在引起全球气候变暖的诸多因素中，人类活动所排放的温室气体不断增加是最主要原因。在温室气体引致的全球气候变暖效应中，CO2的作用高达77%，因此，减少CO2的排放，是一个亟待解决的问题，对于控制温室效应、减缓全球变暖至关重要。联合国与世界各国政府相继行动起来，通过立法或政府规划的方式各自制定了相应的CO2减排目标，通过调整经济结构，提高能源效率等途径提高经济发展的可持续能力，并大力探索新途径，为CO2减排做好技术储备。
表1 2019年世界主要国家CO2排放总量
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从表1可以看出，我国是全球CO2 排放量最大的国家。要实现我国提出2020年单位国内生产总值的CO2排放比2019年下降40%-45%的目标，实施低碳经济战略，是我国发展经济的必由之路。从我国CO2 的排放结构上看，由于我国的能源结构以煤为主，当前CO2的排放主要来自于能源部门，尤其电力行业占总排放量的主体。因此，面对低碳经济的发展模式，电力行业势必将成为CO2 减排的主力军。
当前中国的大气污染形势已十分严峻，在传统的煤烟型污染尚未得到解决的情况下， 以PM2.5、臭氧层空洞和酸雨为特征的区域性复合型大气污染日趋严峻，突出表现在：全国特别是火电行业SO2和烟尘排放量下降，但NOx排放未得到有效控制；酸雨也未能得到控制，由硫酸型酸雨逐渐向硫氮混合型酸雨转变；高浓度细颗粒物污染日益严重，在中东部区域屡屡发生持续多日的区域性重污染灰霾天气。
综上所述，在未来很长一段时间内，我国将面临着人口不断增长、一次性化石能源日益减少、传统能源不仅很大程度上依赖于进口而且对环境造成很大影响的问题。鉴于我国每年消耗的能源将近一半用于发电，对于电力行业，未来大的发展方向是对三大传统化石能源的发电产业进行节能和减排，以及大力开发水电、核电、风电等清洁能源以缓解能源消费压力和环境污染问题。
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1 电力产业的现状
改革开放之来，电力工业体制不断改革，在实行多家办电、积极合理利用外资和多渠道资金，运用多种电价和鼓励竞争等有效政策的激励下，电力工业发展迅速，在发展规模、建设速度和技术水平上不断刷新纪录、跨上新的台阶。装机先后超过法国、英国、加拿大、德国、俄罗斯和日本，从2019年底开始排世界第2位，2019年超过美国后稳居世界第一。截至2019年底，全国发电装机容量达到15.3亿千瓦，其中火电、水电、核电、风电、光伏的占有率分别为65.9%、20.9％、1.7％；风力、太阳能等新能源占比分别为8.5%、2.7%。全年用电量达到5.69万亿千瓦时，发电装机容量和发电量均居世界第一位。但由于“十二五”我国经济增长的放缓和工业的转型升级逐步淘汰落后产能，发电量年增长率已经滑落到5%以内，电力的发展重心已经放到调整电源结构和技术升级上。 1.1 电力建设快速发展
火电方面，关停了一大批耗能高、污染严重的小机组，火电高参数、大容量机组比重大幅增加，燃气蒸汽联合循环发电技术引进取得成果，9F级重型燃气蒸汽联合循环机组投入运行，到2019年燃气轮机总装机量达6637万千瓦。截止2019年年底，火电总装机量达到9.9亿千瓦，稳居世界第一。
电源结构不断调整和技术升级受到重视。水电开发力度加大，以三峡电站为代表的水电稳步发展，总装机容量从1980年代的约1000万千瓦，跃增至2019年的3.19亿千瓦，稳居世界第一。核电建设取得进展，经过20多年的努力，建成以秦山、大亚湾/岭澳、田湾为代表的三个核电基地，截止2019年末，投入商业运行的核电机组共30台，总装机容量达到2608万千瓦。风电光伏等可再生能源发展迅猛，我国早在2019年底，风电累计装机便达到4182.7万千瓦，首次超过美国跃居世界第一。2019年，全国风电产业继续保持强劲增长势头，全年风电新增装机容量3297万千瓦，新增装机容量再创历史新高，累计并网装机容量达到1.29亿千瓦，这一数值也占到全球风电装机容量的四分之一。截止2019年底，我国光伏发电累计装机容量达4318万千瓦，超越德国，成为全球光伏发电装机容量最大的国家。生物质发电最近十年才开始发展，截至2019年底，我国生物质发电并网装机总容量为1423万千瓦，位居世界第二位，仅次于美国。“十二五”期间，我国水电、风电、太阳能发电装机规模分别增长1.4倍、4倍和168倍，直接带动非化石能源消费比重提高了2.6个百分点。
电网建设不断加强。随着电源容量的日益增长，我国电网规模不断扩大，电网建设得到了不断加强，特别是近十五年来，电网建设得到了迅速发展，输变电容量逐年增加。截止2019年底，中国220kV及以上输电线路长度达到57.2万km(相比美国2019年约有200kV以上线路30万km，中国接近美国2倍)，变电容量达到30.27亿kVA，中国电网规模已稳居世界第一位。
2019年以来实施的城乡电网建设与改造，特别是农村电网“两改一同价”成效显著，不仅改善了8亿农民的用电状况，解决了近3000多万无电农村人口的用电问题，而且加强了网架结构，缓解了城市配网高低电压之间联系薄弱的问题，促进了城乡经济发展和生活水平的提高。西电东送和全国联网发展迅速。我国能源资源和电力负荷分布的不均衡性，西部
煤炭、水电、风电资源丰富，决定了“西电东送”是我国的必然选择。如今基本实现了全国联网，初步实现了跨区域资源的优化配置，区域电网间的电力电量交换更加频繁，交易类型出现了中长期、短期、超短期、可中断交易等多种模式，呈现多样化的良好局面，由于跨区跨省电力交易比较活跃，部分联网输电通道长期保持大功率送电。西电东送、全国联网工程对调剂电力余缺、缓解电力供应紧张和促进资源优化配置起到重要作用。 1.2 电力环保取得显著成绩
6 w% M: \\/@0 o5 N' 污染物排放得到控制。火电行业末端治理设施基本普及，目前99%以上的火电机组建设
了高效除尘器控制烟尘排放，安装脱硫设施的煤电机组由5.8亿千瓦增加到8.9亿千瓦，安装率由83%增加到99%以上；安装脱硝设施的煤电机组由0.8亿千瓦增加到8.3亿千瓦，安装率由12%增加到92%。洁净煤燃烧技术的研究、开发和技术引进取得不错进展，已经掌握了低氮燃烧技术。水电、核电和电网的环境保护得到高度重视。
资源节约和综合利用水平不断提高。截至2019年底，全国30万千瓦及以上火电机组比例达到77.7%，60万千瓦及以上占比达到41.5%，单机容量100万千瓦的超超临界火电机组69台，居世界首位。2019～2019年，全国关停小机组容量约1亿千瓦。供电标准煤耗从1978年的471克/度下降到2019年的315克/度。 1.3 电力科学技术水平有较大提高
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电力装备技术水平和发达国家的差距不断缩小。火电主力机型从50、60、70年代的5
万、10万、20万千瓦，发展到80年代利用引进技术生产30和60万千瓦，进入新世纪以来60万千瓦超临界、100万千瓦超超临界机组引进技术已经国产化；水电具备了100万千瓦机组的制造能力；核电方面，自主研发的 “华龙一号” 先进百万千瓦级压水堆核电技术已经出口发达国家。风机和光伏设备基本能国产化，光热设备国产化率可达90%以上。在特高压直流输电技术方面，中国已全面掌握了各电压等级直流输电系统成套设计技术，创新了特高压直流设备材料制造技术，电网已具备1000kv特高压长距离输电，交、直流输电系统控制保护设备的技术水平已居于世界领先行列。 1.4 电力供需平稳，缓慢增长
上世纪70年代起，我国基本处于长期严重缺电的局面，电力供应短缺是制约经济发展的主要瓶颈。随着电力工业快速发展，2019年开始实现了电力供需的基本平衡，部分地区供大于求。进入新世纪，随着我国实施西部大开发战略，实行积极财政政策和扩大内需的经济方针，国民经济持续发展，电力需求增长也屡创新高。最近几年经济处于平稳增长阶段，工业转型压力大，不断淘汰落后产能，电力需求没有了以往的紧张局面。全国电力供需进一步宽松，部分地区富余。目前经济发展重心偏向第三产业，电力需求随着工业增长缓慢而趋于平稳增长。
1.5 结构性矛盾突出，技术升级任重道远
电源结构有待优化。一是煤电比重很高，目前比重在70%左右，水电开发趋缓，风电光伏等清洁能源发电发展迅速，但装机总容量仍然所占比例较小；电源调峰能力不足，主要依
靠燃煤火电机组降负荷运行，调峰经济性较差。
电力生产主要技术指标与国际水平还有一定差距。火电机组参数等级不够先进，我国的发电技术已经达到超超临界水平，新建百万湿冷机组供电煤耗可以达到280g/KWh时水平，但仍然存在大量超临界机组甚至亚临界现役机组严重低于先进水平。清洁煤发电技术进展较慢，大型超(超)临界机组、大型燃气轮机、大型抽水蓄能设备及高压直流输电设备等本地化水平还比较低，自主开发和设计制造能力不强，不能满足电力工业产业升级和技术进步的需要。电网建设跟不上新能源的发展，削峰填谷能力弱，弃水弃风弃光现象严重，储能技术亟待突破，智能电网发展滞后。
2 电力产业链分析
2.1我国电力产业链基本概况
发电我国的电力市场与国外有所差异，产业链基本由国企控制，而且我国能源储备现状决定了70%左右的发电量靠火力发电，造成高污染高能耗的现状。下图3为我国发电能源结构。
（a）2019年我国能源发电装机结构 （b）2019年我国能源发电量结构
图3 2019年我国发电能源结构
我国的能源消费结构决定了相当长时间内我国发电仍以煤炭为主，水电、核电、和新能源为辅。大力发展清洁能源是为了减少污染以及减轻对化石能源的依赖。从下图我国用电分布可知，大部分发电用于工业，其中钢铁化工等高能耗行业又占据工业用电相当大的一部分，所以我国的电力消费走势很大程度上决定于工业发展情况，尤其是几大高耗能产业。
图4 全部用电部门耗电饼状图 图5 电力下游行业耗电分布
我国的电力体制改革始于上世纪80-90年代，比较重要的两个时间点为2019年和2019年，2019年国务院发布了《电力体制改革方案》，实现厂网分离;2019年国务院再发《关于进一步深化电力体制改革的若干意见》，促进电力市场化改革，进一步推动发电售电市场化。下图为中国电力市场产业链示意图。
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