中美兩國電力工業(yè)發(fā)展對比

彭鴻義

中國的發(fā)電裝機(jī)容量自2011年超過美國后，成為全球電力裝機(jī)最大的國家。在裝機(jī)結(jié)構(gòu)上，兩國有其固有差異，但裝機(jī)結(jié)構(gòu)的變化趨勢對比分析對中國電力工業(yè)發(fā)展有一定的借鑒意義。

一、中美兩國發(fā)電總裝機(jī)容量和發(fā)電量的發(fā)展、比較

中美兩國電力總裝機(jī)容量發(fā)展對比。下圖展示了1990～2017年的裝機(jī)容量發(fā)展。

美國的發(fā)電裝機(jī)到1990年已經(jīng)發(fā)展到了很穩(wěn)定的階段。除了2002～2003年這4年發(fā)展較快之外(2002年增長6.7%為最高增長率)，其余年份基本處于穩(wěn)定狀態(tài)，自2008年突破10億千瓦，截至2017年(10.85億)仍未能突破11億千瓦。

下圖展示了美國自1950年開始的發(fā)電量增長。

美國本土未受到二戰(zhàn)破壞，自1950年以來發(fā)電量持續(xù)增長。一直到1970年，折合年均復(fù)合增長率都大于6.5%(本文的折合年均復(fù)合增長率，是對多年度數(shù)據(jù)的一種處理，如兩個(gè)數(shù)據(jù)跨N年，則計(jì)算這N年的年均復(fù)合增長率。后面數(shù)據(jù)如再跨M年，則再另行計(jì)算這后M年的復(fù)合增長率)。總體來說，在過去的70年里美國發(fā)電量增速是下降的，近十年來部分年份是負(fù)增長的。從2005年站上4萬億千瓦時(shí)以后基本不再增長，2010年達(dá)到歷史峰值4.125萬億千瓦時(shí)，2017年為4.015萬億千瓦時(shí)。

按照電力界比較普遍的說法，建國后中國電力工業(yè)的發(fā)展可以劃分為三個(gè)階段：第一階段為1949～1978 年，嚴(yán)格的計(jì)劃經(jīng)濟(jì)控制時(shí)期，電力工業(yè)垂直壟斷。這一階段作為新中國電力發(fā)展的初期階段，起點(diǎn)基數(shù)低，但增速并不慢，年均復(fù)合增長率達(dá)到年均12.5%，從1949年的185萬千瓦發(fā)展到1978年的5712萬千瓦；第二階段為1979～2002 年，允許外資、民間資本進(jìn)入，電價(jià)管制有所松動(dòng)，電力裝機(jī)呈現(xiàn)7.8%的復(fù)合增長率，從1979年的6300萬千瓦發(fā)展到2002年的3.56億千瓦；第三階段為2003～2016年，2002年開始電力體制改革，廠網(wǎng)分離，以五大發(fā)電集團(tuán)為代表的發(fā)電側(cè)競爭，電力裝機(jī)復(fù)合增速提升至11.7%，從2003年的3.9億千瓦發(fā)展到2016年的16.5億千瓦。2016年以來新一輪電改啟動(dòng)，未來的發(fā)展如何，拭目以待。下面分三張圖分別展示三個(gè)階段的發(fā)展。

自改革開放以來，中國電力工業(yè)發(fā)展只有兩個(gè)短暫的“低谷”：改革開放初期的1980～1984年，增長率低于6%；2000～2002年受當(dāng)時(shí)“三年不上火電”政策影響，增長率低于7%。其余年份增長率均高于7%。2008年以后發(fā)展比較平穩(wěn)，基本穩(wěn)定在8～10%左右。

注:因數(shù)據(jù)缺失,中國1950年數(shù)據(jù)實(shí)際采用1952年數(shù)據(jù),1955年數(shù)據(jù)實(shí)際采用1957年數(shù)據(jù),1960年數(shù)據(jù)實(shí)際采用1962年數(shù)據(jù)。

從對比圖中可以看出，中國基數(shù)低、但增速一直大于美國，到2010年中國發(fā)電量超過美國(裝機(jī)容量是2011年才超過美國的)。美國的發(fā)電量自2005年以后基本走平，甚至緩慢下降，而中國的發(fā)電量依舊處于高速增長中，2010～2017年的年均復(fù)合增長率為6%。而同期的發(fā)電裝機(jī)年均復(fù)合增長率為9.1%，發(fā)電裝機(jī)大于發(fā)電量增長率，這也解釋了為何近年來發(fā)電設(shè)備利用小時(shí)數(shù)的下降。

截至2017年底，中國電力裝機(jī)總?cè)萘渴?7.77億千瓦，發(fā)電量6.417萬億千瓦時(shí)；美國是10.84億千瓦，發(fā)電量4.015萬億千瓦時(shí)。很直觀的可以得出一組數(shù)據(jù)：美國的每千瓦裝機(jī)每年發(fā)電量3704度，中國每千瓦裝機(jī)每年發(fā)電量是3611度。中國的發(fā)電裝機(jī)總平均年利用小時(shí)數(shù)比美國低100小數(shù)左右。

美國2017年的GDP是19.39萬億美元，2005年GDP是13.09萬億，12年來增長了近50%，年均復(fù)合增長率3.3%，但是發(fā)電量卻基本沒變化。這說明經(jīng)濟(jì)發(fā)展到一定程度，用電量增長和經(jīng)濟(jì)增長是會(huì)發(fā)生背離的，換言之經(jīng)濟(jì)增長不再依靠能源消費(fèi)的推動(dòng)了。這對預(yù)測中國未來用電需求很有參考意義。中國近年用電量的增長有慢于GDP增長的趨勢，但是什么時(shí)候用電量走平目前無法預(yù)測，未來需持續(xù)觀察GDP和用電量之間的發(fā)展趨勢。

二、從發(fā)電裝機(jī)結(jié)構(gòu)及其變化趨勢來看

分析兩國的裝機(jī)結(jié)構(gòu)變化趨勢，包括新增裝機(jī)結(jié)構(gòu)變化。

美國的發(fā)電裝機(jī)結(jié)構(gòu)變化。下圖展示美國歷年新增電力裝機(jī)容量(不是裝機(jī)容量的凈變化值，僅考慮新增機(jī)組，未考慮退役機(jī)組)。

圖中可以看出，在1985年以前美國每年新增的發(fā)電機(jī)組容量中，一直都是以燃煤的火電機(jī)組站為主力，增長高峰期在1965～1985年這20年內(nèi)。1985年以后美國燃煤發(fā)電發(fā)展急遽委縮，從此以后幾乎一蹶不振；天然氣發(fā)電開始崛起，2000年之后天然氣發(fā)電在新增發(fā)電裝機(jī)容量里占據(jù)了壓倒性的多數(shù)；2005年以后風(fēng)力發(fā)電開始迅速成長，開始成為主流的發(fā)電技術(shù)之一；2011年開始太陽能發(fā)電開始出現(xiàn)顯著的成長。燃煤發(fā)電雖然在2007～2013年間有小幅度的復(fù)蘇，但再也無法回到1985年以前那樣的市場份額。

同時(shí)，美國水電開發(fā)也基本發(fā)生在1985年以前，1990年以后基本就沒有新增容量了。核電新增主要發(fā)生在1970～1990年前后，此后也基本沒有新增機(jī)組了。

可以看到，美國這10年內(nèi)主要的新增類型是天然氣發(fā)電和風(fēng)電，以及2012年以后的太陽能發(fā)電。2011年以后，燃油發(fā)電和燃煤發(fā)電的退役量明顯增加，凈容量開始逐年減少，騰出來的容量成了天然氣和風(fēng)電、太陽能的凈增量。值得一提的是，新增的太陽能發(fā)電中，分散式小規(guī)模光伏發(fā)電裝機(jī)自2014年以后增長顯著(2014年為7GW，2015年為10GW，2016年為13GW，2017年達(dá)到了16GW)。

從發(fā)電量和裝機(jī)容量的變化，可以說美國過去12年里發(fā)電量不增長，裝機(jī)容量的緩慢增長僅僅是因?yàn)檠b機(jī)結(jié)構(gòu)的變化帶來的，也即年均利用小時(shí)數(shù)相對低的風(fēng)電和太陽能裝機(jī)替代了利用小時(shí)數(shù)更多的燃煤和燃油發(fā)電。

注: 2008年煤電和氣電新增裝機(jī)數(shù)據(jù)沒查到,采用2009年數(shù)據(jù)。

中國過去10年發(fā)電裝機(jī)結(jié)構(gòu)變化可以看到，盡管煤電仍舊是新增發(fā)電的主力，但增幅下降趨勢明確(除2015年例外)。水電的新增也有放慢的趨勢，核電和天然氣發(fā)電占比過小，有一定增長但不穩(wěn)定。新增趨勢最明顯的是風(fēng)電和太陽能，風(fēng)電自2005年以來開始快速增長。太陽能自2013年以來也開始快速增長，2017年的新增裝機(jī)超過了煤電的新增量，達(dá)到了驚人的5341萬千瓦。

截至2017年，中美兩國的發(fā)電裝機(jī)結(jié)構(gòu)如下圖：

注:數(shù)據(jù)中水電含抽水蓄能

下面來詳細(xì)對比一下中美兩國的風(fēng)電和太陽能發(fā)電的發(fā)展歷程。

美國風(fēng)電發(fā)展比中國起步早，1997年美國的風(fēng)電裝機(jī)已達(dá)到161萬千瓦，而中國是2005年才達(dá)到126萬千瓦，起步晚了差不多近10年。但是中國在2005年以后，得益于《可再生能源法》的頒布和一些列政策支持，風(fēng)電開始高歌猛進(jìn)，2006～2009年增速均超過100%。2010年就在總裝機(jī)容量上超越美國，成為全球風(fēng)電裝機(jī)最大的國家，到2017年以總裝機(jī)1.7億千瓦遙遙領(lǐng)先美國的8754萬千瓦，是美國的近2倍。

美國太陽能發(fā)電起步早，1999年已有389MW裝機(jī)，但是前期發(fā)展緩慢，到2006年依舊只有411MW，基本徘徊不前。真正開始快速增長是在2010年以后，2011年裝機(jī)突破1524MW，2017年達(dá)到4289萬千瓦。

中國的太陽能發(fā)電起步晚，2009年才只有25MW裝機(jī)，也可以說起步比美國晚了差不多10年。但是2010～2011年分別以720%和934%的驚人“中國速度”增長，2011年即突破200萬千瓦超過美國，從此后遙遙領(lǐng)先于美國，到2017年裝機(jī)已達(dá)到1.29億千瓦，是美國的3倍，穩(wěn)居全球第一。

中國的1.29億千瓦太陽能發(fā)電中幾乎全部是光伏(中國2015年底推出大約100萬千瓦的首批光熱示范項(xiàng)目，目前還沒有規(guī)模投產(chǎn))，而美國的3470萬千瓦中，已有175萬千瓦是光熱發(fā)電。所以，目前美國在光熱發(fā)電還是領(lǐng)先于中國的，但幾乎可以肯定中國首批光熱發(fā)電示范項(xiàng)目陸續(xù)投產(chǎn)后，光熱發(fā)電裝機(jī)未來幾年內(nèi)中國很快會(huì)超過美國。

增加天然氣發(fā)電調(diào)峰機(jī)組是必要的，但按照中國的資源稟賦，不能單純依靠這條路。當(dāng)然也可以增加整個(gè)電網(wǎng)發(fā)電裝機(jī)的冗余度，但不必要的冗余是對社會(huì)財(cái)富的浪費(fèi)，從調(diào)峰這個(gè)角度來看，中國顯然比美國更需要發(fā)展儲(chǔ)能。

兩國對比，風(fēng)電和太陽能這兩類新興的可再生能源發(fā)電，中國起步比美國晚了差不多10年，但是發(fā)展速度更快，從而迅速地在總裝機(jī)容量上超越了美國，成為世界第一。這體現(xiàn)了中國的后發(fā)優(yōu)勢。

但是，中國的棄風(fēng)、棄光比美國要嚴(yán)重，一個(gè)未必嚴(yán)謹(jǐn)?shù)詈唵沃庇^的方法，就是拿“風(fēng)電+太陽能”發(fā)電的發(fā)電量占比(占全部發(fā)電量的比例)和裝機(jī)容量占比(占全部裝機(jī)總?cè)萘康谋壤?進(jìn)行比較。如果裝機(jī)容量占比遠(yuǎn)大于發(fā)電量占比，可以認(rèn)為風(fēng)電和太陽能發(fā)電的利用小時(shí)數(shù)偏低了，也就是說棄風(fēng)、棄光比較厲害。

直觀看到，中美兩國的“風(fēng)+光”發(fā)電裝機(jī)占比和發(fā)電量占比兩根曲線都有一個(gè)差距——“喇叭口”，只是美國的“喇叭口”近年來比較穩(wěn)定，沒有擴(kuò)大的趨勢，而中國的“喇叭口”是越來越大。2017年美國的“風(fēng)+光”發(fā)電裝機(jī)容量占比中國小4.9%，但發(fā)電量占比卻比中國大1.8%。當(dāng)然，這和美國的電網(wǎng)調(diào)峰能力更強(qiáng)有一定關(guān)系，但我們還是不要給棄風(fēng)棄光找理由了，而是要看到事實(shí)本身。

三、綜合分析中美兩國的發(fā)展歷程，探討中國能源和電力未來發(fā)展

第一，中國發(fā)電裝機(jī)或發(fā)電量何時(shí)趨穩(wěn)不再增長?美國的發(fā)電量自2005年以后基本就走平了，裝機(jī)規(guī)模也只是緩慢增加(2005～2017年只有0.9%的復(fù)合增長率)。中國的發(fā)電量和發(fā)電裝機(jī)規(guī)模肯定不可能一直增長下去。其實(shí)，誰也說不清楚中國什么時(shí)候發(fā)電量不再增長了，但也許有一個(gè)重要的標(biāo)志，就是某種主要的發(fā)電類型開始出現(xiàn)容量凈減少的時(shí)候。截至目前中國所有的發(fā)電類型都是在凈增加。單純?nèi)ゲ聹y這個(gè)問題，意義不大，但在做長遠(yuǎn)的能源規(guī)劃時(shí)，不能忽視這個(gè)問題。

第二，在風(fēng)電和太陽能(主要是光伏)等間歇性可再生能源發(fā)電大量增加的情況下，中國電網(wǎng)的調(diào)峰手段有哪些?美國因?yàn)橛芯薮蟮奶烊粴獍l(fā)電做基礎(chǔ)，2016年總裝機(jī)容量中天然氣發(fā)電占比41.5%、發(fā)電量占比34%，加上2%的抽水蓄能裝機(jī)，本身具有強(qiáng)大的調(diào)峰能力，所以調(diào)峰對美國的挑戰(zhàn)不大。但是中國電網(wǎng)的調(diào)峰挑戰(zhàn)是很大的，中國2017年天然氣發(fā)電裝機(jī)占比僅有4.3%、發(fā)電量占比3.2%，抽水蓄能裝機(jī)占比只有1.6%，隨著風(fēng)電和太陽能發(fā)電的繼續(xù)發(fā)展，具有調(diào)峰能力的裝機(jī)占比需要明顯增加。增加天然氣發(fā)電調(diào)峰機(jī)組是必要的，但按照中國的資源稟賦，不能單純依靠這條路。當(dāng)然也可以增加整個(gè)電網(wǎng)發(fā)電裝機(jī)的冗余度，但不必要的冗余是對社會(huì)財(cái)富的浪費(fèi)，比如地處甘肅的河西走廊風(fēng)資源豐富，需要配套長輸線路才能將風(fēng)電輸出到東部消納，這種情況如果就地同步配套煤電作為容量冗余，直接導(dǎo)致當(dāng)?shù)孛弘娺^剩，長遠(yuǎn)來說并不利于風(fēng)電的疏導(dǎo)。顯然，從調(diào)峰這個(gè)角度來看，中國顯然比美國更需要發(fā)展儲(chǔ)能。

第三，中國還有哪些事情可以做?電力是二次能源之一種，從能源全局來看，多種能源“豎井”需要打破，也許有些問題就不再是問題了。比如努力提高天然氣發(fā)電占比，這不僅是發(fā)電、更是天然氣供應(yīng)的事情，不能顧此失彼，氣荒出現(xiàn)次數(shù)多了只能說明能源管理水平不夠。更不能讓少數(shù)油氣壟斷企業(yè)趁機(jī)哄抬價(jià)格，造成國際市場上因?yàn)椤爸袊枨蟆倍岣呱嫌蝺r(jià)格，其實(shí)國際市場天然氣供應(yīng)是偏寬松的。比如分布式能源電力接入配電網(wǎng)就近消納及市場化交易問題，國家推了這么久，到操作層面就是被電網(wǎng)卡住。這方面要向美國學(xué)習(xí)，美國將輸電環(huán)節(jié)作為自然壟斷性獨(dú)立出來進(jìn)行管制，促進(jìn)發(fā)電側(cè)和售電側(cè)的競爭，新一輪電改是要做這個(gè)改革。

清潔供暖和“煤改氣”。農(nóng)村的居民分散性決定了天然氣供暖在效率和效益上都會(huì)面臨實(shí)際問題，熱網(wǎng)和氣網(wǎng)很難覆蓋廣大農(nóng)村，但電網(wǎng)是可以全覆蓋的。從全國來看，也許甘肅、內(nèi)蒙在棄風(fēng)的同時(shí)，河北、河南正在為清潔供暖發(fā)愁，怎么樣才能用棄掉的風(fēng)電去熱老百姓的炕頭呢?比如用戶需求側(cè)的用能管理是個(gè)非常迫切需要解決的問題，歷來在樓宇、居民集中供暖上是粗放式管理，即按房屋面積收取能源使用費(fèi)用，辦公室、家中無人時(shí)供暖依舊，這個(gè)對能源使用的浪費(fèi)數(shù)量是相當(dāng)驚人的，如果在現(xiàn)有熱計(jì)量的基礎(chǔ)上通過科技創(chuàng)新融合互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)進(jìn)行升級，采用精準(zhǔn)熱計(jì)價(jià)的辦法，在有效保證提供用戶最低保暖溫度時(shí)，讓用戶按需求自行管理用熱能量，在當(dāng)前社會(huì)經(jīng)濟(jì)和技術(shù)水平下，完全可以做到的，可為整個(gè)社會(huì)節(jié)省大量的能源消耗。