有關(guān)新能源現(xiàn)狀及西部能源的分析

＊楊子恒 吳闖

（揚(yáng)州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 江蘇 225127）

隨著社會科技的發(fā)展，傳統(tǒng)能源已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代工業(yè)的需求，常年使用傳統(tǒng)能源，導(dǎo)致環(huán)境問題頻發(fā)。我國西部地區(qū)作為國家近幾年大力開發(fā)的資源產(chǎn)地，其光能、風(fēng)能等清潔能源十分充足，推進(jìn)著國內(nèi)新能源建設(shè)與發(fā)展。此外，我國各省各地區(qū)的基建投資對新能源的發(fā)展及西部能源開發(fā)也有著積極的促進(jìn)作用。

新能源自20世紀(jì)70年代開始投入現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)使用，并在20世紀(jì)90年代開始新能源被大規(guī)模使用，雖然現(xiàn)代工業(yè)已掌握相關(guān)技術(shù)，但就市場發(fā)展來看，新能源還無法做到真正主導(dǎo)市場。由于技術(shù)和材料限制，現(xiàn)代發(fā)電主要依靠煤炭，燃燒帶來的大量有毒物質(zhì)對環(huán)境危害極大且利用率低，僅15%左右，不僅如此，由于礦產(chǎn)資源儲量有限，加上煤炭資源需求增加，新能源開采增量變得困難。

近些年，各國實施風(fēng)力發(fā)電，風(fēng)電設(shè)備行業(yè)逐漸克服了“能量不穩(wěn)定”“轉(zhuǎn)換效率低”等問題，風(fēng)電技術(shù)已較為成熟。電力資源來源正被逐漸開拓，能源轉(zhuǎn)換效率也不斷提高，新能源技術(shù)取得重大進(jìn)步。我國風(fēng)能資源豐富，但是由于技術(shù)和設(shè)備限制，導(dǎo)致風(fēng)能產(chǎn)電比例較低。

以國家新能源發(fā)電優(yōu)先上網(wǎng)的導(dǎo)向為基礎(chǔ)，未來國家將重點開發(fā)風(fēng)能、太陽能、核能等領(lǐng)域。中國新能源發(fā)展任重而道遠(yuǎn)，低碳生活的號召需要新能源的發(fā)展，尤其是國家提出的2030實現(xiàn)“碳達(dá)峰”，2060年實現(xiàn)“碳中和”的目標(biāo)。未來，新能源將面臨多次改革，經(jīng)歷多個發(fā)展階段，最終實現(xiàn)新能源商業(yè)化，大規(guī)模替代化石能源，成為主導(dǎo)資源體。

1.光伏的發(fā)展

（1）光伏發(fā)電。工業(yè)時代以來，傳統(tǒng)化石能源消耗每年成指數(shù)型增長，而燃燒產(chǎn)生的大量有毒氣體，如氟利昂、二氧化硫等使各國霧霾加重，將會對人類生活與發(fā)展造成十分不利影響。同時，由于工業(yè)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)化石能源儲量急劇減少，這樣一來，傳統(tǒng)能源將嚴(yán)重阻礙社會可持續(xù)發(fā)展和進(jìn)步。為了有效緩解氣候的惡化、能源短缺等問題，世界各國開始著眼于新能源的開發(fā)和利用，而太陽能是現(xiàn)在人類所發(fā)現(xiàn)的最理想的新能源之一，其污染物質(zhì)量分?jǐn)?shù)低，能量儲備大。相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計表明太陽隨時發(fā)生著聚變反應(yīng)，其每秒鐘投射到地球的能量相當(dāng)于600萬噸煤充分燃燒。

（2）光伏發(fā)電量。2020年，全國光伏發(fā)電量約2004億千瓦時，同比增長約17.0%；全國光伏平均時長916h，同去年相比增長約6個百分點；平均利用時長較高的地區(qū)為東北地及華北地區(qū)，其中蒙西最多約1264h，黑龍江最少約1170h。

（3）光伏電站。新能源光伏電站建設(shè)，相較于傳統(tǒng)的化石能源電站，新能源光伏電站的建設(shè)是以太陽能高效轉(zhuǎn)化技術(shù)為依托，基于并網(wǎng)逆變器將清潔的光電輸送到電網(wǎng)中。光伏發(fā)電系統(tǒng)中包括太陽能電池和并網(wǎng)逆變器等部分，以收集太陽能資源合理配置利用，并使用并網(wǎng)逆變器集中管控，可以在特定環(huán)境下對太陽能資源有效開發(fā)和利用，滿足發(fā)電需要。

（4）光伏發(fā)電導(dǎo)向。隨著光伏發(fā)電的占比逐年遞增（如圖1），國家主管部門就光伏行業(yè)相繼出臺了多部文件，旨在短期及中長期內(nèi)推動我國光伏行業(yè)的高效發(fā)展。2020年3月，出臺的《關(guān)于2020年光伏發(fā)電上網(wǎng)電價政策相關(guān)事項》，對集中式光伏發(fā)電電價進(jìn)行定價指導(dǎo)“分別確定了I～I(xiàn)I類資源區(qū)新增集中式光伏電站的指導(dǎo)價格”。

圖1 2014—2020年中國太陽能發(fā)電量占電力行業(yè)總發(fā)電量的比例走勢圖

（5）發(fā)電趨勢。光伏是清潔可再生能源，到2025年，光伏預(yù)估發(fā)電量將達(dá)到14000億千瓦時。另外，從累計裝機(jī)量來看，預(yù)計2021年到2025年光伏累計裝機(jī)量的年平均增長率約為19.0%，預(yù)計到2025年光伏發(fā)電機(jī)累計裝機(jī)量將達(dá)到約580GW。2021年到2025年光伏年平均新增裝機(jī)為27GW，到2025年累計裝機(jī)將至378GW。

數(shù)據(jù)表明光伏發(fā)電將在21世紀(jì)中期占據(jù)世界能源消費(fèi)的主要地位之一，替代部分常規(guī)能源的同時，還將變成世界能源消費(fèi)供應(yīng)的主體能源。預(yù)計到2030年，新能源在總體能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中占比30%以上，而光伏發(fā)電總量在世界總電力供給中的占比也將達(dá)到10%以上；到2040年，新能源將占總能耗的50%以上，光伏發(fā)電量將占總能源發(fā)電量的20%以上；到21世紀(jì)末，新能源在總體能源結(jié)構(gòu)中將占到80%以上。

2.風(fēng)力發(fā)電

（1）風(fēng)力發(fā)電。風(fēng)能是一種清潔無污染的高效可再生能源，風(fēng)能很早就被人們熟知并利用，隨著新能源的開發(fā)，風(fēng)能也得到了更普遍的利用，風(fēng)力發(fā)電成為重要的能源來源之一。風(fēng)力發(fā)電是風(fēng)輪在風(fēng)力作用下旋轉(zhuǎn)，然后通過發(fā)電機(jī)將風(fēng)輪的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，最后由蓄能池將電量儲備從而實現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電。由于風(fēng)力發(fā)電轉(zhuǎn)化效率高、污染程度小、獲取來源廣，風(fēng)力發(fā)電的地位逐年提升。

（2）風(fēng)力發(fā)電量。中國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，2019年風(fēng)力發(fā)電量約為4050億千瓦時，隨著投資規(guī)模增大，各季度電量持續(xù)增長，2020年風(fēng)力發(fā)電量達(dá)到約4660億千瓦時，同比增長約15%，其中，西北地區(qū)占比約為24%。

（3）風(fēng)電裝機(jī)量的建設(shè)。隨著國家對清潔能源的重視，對新能源開發(fā)利用程度的加深，風(fēng)電產(chǎn)業(yè)得到大力地推動，風(fēng)電裝電容量得到顯著提升（如圖2），2020年風(fēng)電新增裝電容量達(dá)到新高，較2019年同比增長約178%。

圖2 2014—2020年中國風(fēng)力發(fā)電新增裝電容量統(tǒng)計

（4）風(fēng)電產(chǎn)業(yè)導(dǎo)向。風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，為了進(jìn)一步推動風(fēng)電新能源發(fā)展，促進(jìn)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展轉(zhuǎn)型，國家發(fā)展改革委、國家能源局印發(fā)《“十四五”現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》（以下簡稱《規(guī)劃》）?！兑?guī)劃》中指出，要著重解決西部風(fēng)力棄電問題，加大風(fēng)電產(chǎn)業(yè)投資，確保裝電容量及風(fēng)電產(chǎn)能穩(wěn)步提升。同時報告中指出，要依據(jù)國家性政策的指向性引導(dǎo)，提升發(fā)電品質(zhì)，擴(kuò)大風(fēng)電市場。

（5）風(fēng)電的前景。經(jīng)過二十余年風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，我國已積累了相當(dāng)豐富的發(fā)展和建造經(jīng)驗，但仍然面臨著許多問題，棄風(fēng)棄電率高、開發(fā)模式粗放、發(fā)電設(shè)備可靠性差、風(fēng)電核心技術(shù)水平低、風(fēng)電場運(yùn)維管理水平落后等問題對風(fēng)電產(chǎn)業(yè)仍是不小的挑戰(zhàn)。

十四五時期是新能源轉(zhuǎn)型升級的關(guān)鍵時期，也是風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的上升期。風(fēng)電產(chǎn)業(yè)要緊跟“十四五”規(guī)劃領(lǐng)導(dǎo)，結(jié)合新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展要求，著眼解決棄風(fēng)棄電問題，努力提高電量品質(zhì)，提升發(fā)電設(shè)備和相關(guān)管理水平，真正做到穩(wěn)中有升。預(yù)計到2025年，風(fēng)電將占社會總電量約17%，到2035年，風(fēng)電產(chǎn)業(yè)將實現(xiàn)“碳中和”基礎(chǔ)大方向。

3.中國西部能源

(1)西北地區(qū)能源的概況

中國西北地區(qū)以大漠戈壁為主，地廣人稀，儲物豐富，所儲天然氣和煤炭資源更是位居全國前列。由于地勢較高，晴天較多，太陽能發(fā)電量十分可觀。自西部大開發(fā)后，西部地區(qū)電力裝機(jī)數(shù)量逐年提升，裝機(jī)總?cè)萘坑?020年達(dá)到5549萬千瓦。同新基建的發(fā)展，風(fēng)力、光伏發(fā)電量與日俱增。其次，“疆電外送”“西氣東輸”的實施，逐漸確立了西北地區(qū)在全國能源布局中的戰(zhàn)略地位。

(2)西部電力建設(shè)存在的問題

①電網(wǎng)薄弱，電力不符合外送標(biāo)準(zhǔn)。隨著西部電力工業(yè)的迅速發(fā)展，電網(wǎng)和電源建設(shè)都有了巨大的飛躍。目前，西部750kV網(wǎng)架建設(shè)已經(jīng)初具規(guī)模，220kV網(wǎng)架也越來越完善，但與其他區(qū)域電力主網(wǎng)結(jié)構(gòu)相比還顯薄弱。

②基礎(chǔ)設(shè)施分布不均與加劇供電緊張。由于西部煤炭資源分布不均勻，加之水電開發(fā)相對滯后，與當(dāng)?shù)乜焖僭鲩L的用電需求無法達(dá)到平衡，城鎮(zhèn)化率與高速公路建設(shè)等還有待進(jìn)一步的發(fā)展。

③基礎(chǔ)設(shè)施導(dǎo)致電價矛盾。雖然我國西部具有豐富的煤炭儲備資源，但銷售電價卻處于西部省區(qū)的較高水平。數(shù)據(jù)表明，西部電網(wǎng)煤電上網(wǎng)標(biāo)價維持在0.25元/kW·h左右。2020年西部電網(wǎng)綜合輸配電價維持在0.207元/kW·h左右，但該標(biāo)準(zhǔn)僅比同年最高的海南略低，其主要原因是我國西部基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的投資增量不足引起的。

(3)發(fā)展西部能源的主要優(yōu)勢

首先，西部能源具有明顯的成本優(yōu)勢，受煤炭資源供需影響，西部電煤具有較強(qiáng)的價格優(yōu)勢，使其消費(fèi)量逐年增加（如圖3），無論是單位燃燒成本還是標(biāo)桿上網(wǎng)電價都處于全國最低水平。其次，煤炭資源豐富，由于鐵路外運(yùn)能力受限，西部豐富的煤炭資源多以區(qū)內(nèi)使用為主。此外，西部對煤炭市場有很強(qiáng)的價格控制能力。在這種情況下，國內(nèi)其他省份與國際煤價的快速上漲未能影響到西部煤電價格。最后，在市場供需要求下，西部電力基礎(chǔ)建設(shè)出現(xiàn)前所未有的良好局面，并以此增加了西電東送的步伐。

圖3 中國西部電力消費(fèi)增量

(4)西部光伏及風(fēng)能建設(shè)

目前，應(yīng)西部大開發(fā)和扶貧攻堅政策要求，光伏發(fā)電、風(fēng)能利用是西部扶貧和新能源發(fā)展的重要途徑。兩者發(fā)展迅速，市場需求量不斷提高，市場范圍不斷擴(kuò)大，發(fā)展前景廣闊。然而，放眼世界市場，我國光伏及風(fēng)力發(fā)電站裝機(jī)容量較低，利用效率也未達(dá)到理想水平，較德國等擁有先進(jìn)技術(shù)國家更是相差甚遠(yuǎn)。

為了更快達(dá)到國家發(fā)展目標(biāo)，西部地區(qū)尤其西北光伏、風(fēng)能基地應(yīng)加速相關(guān)電站建設(shè)，吸取國際經(jīng)驗，加強(qiáng)電站的維護(hù)與管理。這樣一來，光伏和風(fēng)能發(fā)電將再創(chuàng)新高。

(5)西部開展“西電外送”的分析

2020年上半年，天中直流輸電工程完成向外輸送電量約120千瓦時，促使西電外送電量同比增長125%，其中新能源電力占比超過10%。“十四五”規(guī)劃中提出，煤炭仍將在未來一段時間內(nèi)保持西部發(fā)電的主要原料的地位，同時，為保證科學(xué)可持續(xù)發(fā)展，實現(xiàn)“碳達(dá)峰”“碳中和”等階段性目標(biāo)，風(fēng)電與太陽能等清潔能源將是西北地區(qū)著重開發(fā)的項目。隨著“特高壓”“西點外送”的建設(shè)實施，“三基地一通道”地建設(shè)將是西部能源長期的奮斗目標(biāo)，如與中亞五國電網(wǎng)相連完成，優(yōu)勢互補(bǔ)下亦可推動絲綢之路的發(fā)展。

4.總結(jié)

在全球能源轉(zhuǎn)型的時代背景下，新能源開發(fā)關(guān)乎國家核心利益。較傳統(tǒng)能源而言，新能源的清潔性、利用率高、戰(zhàn)略前景廣等特點極為突出，既可以滿足人們?nèi)粘Ｉ顚δ茉吹男枨?，又符合了新時代中國特色社會主義發(fā)展要求。

當(dāng)今世界，石油資源短缺，油氣需求疲軟，國際油價持續(xù)低迷，開發(fā)新能源正是解決能源問題的有效途徑。新時代下，中國合理布局三大棋——特高壓、光伏、新能源。國家電網(wǎng)于中國各地建立特高壓電網(wǎng)電站，中國的輸電效率已達(dá)世界一流；中國基建、新基建建設(shè)逐步落實，各項基礎(chǔ)設(shè)施基本完善，光伏電站、風(fēng)力電站數(shù)量日益增多，光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電有望再破新高；中國交通網(wǎng)也已基本構(gòu)成，鐵路、公路網(wǎng)四通八達(dá)，能源運(yùn)輸已不在話下。

作為世界上最大的能源消費(fèi)國，如何經(jīng)濟(jì)、便捷、穩(wěn)定地開發(fā)利用新能源是未來一個重要課題，以“碳達(dá)峰”“碳中和”為背景，促進(jìn)新能源開發(fā)利用，加強(qiáng)中國能源外交，推動中國能源行業(yè)發(fā)展，為中國能源發(fā)展提供更好的平臺。

未來，新能源將會衍生更多產(chǎn)品及技術(shù)，帶來的好處將遍及全國。伴隨著國家“新基建”“碳達(dá)峰”“碳中和”等導(dǎo)向的實施，西部能源也將被更深層次的開發(fā)利用，使其在市場中占據(jù)重要地位。