国家电网能源专家：为实现“双碳”目标，我国能源系统的发展方向

2023年9月27日，在“2023北京微电子国际研讨会暨IC WORLD大会”期间，举办了一场关于双碳、可持续发展的研讨会——“集成电路下的绿水青山”。国家电网能源研究院原副院长、首席能源专家胡兆光教授分享了我国能源行业的发展现状与未来方向。

1 世界能源和制造业的走势

世界的能源结构是从高碳向低碳方向发展，从最初的薪柴到化石能源，然后是用于发电的一次能源，到了清洁能源（如图1）。

图1 能源规律：世界能源结构从高碳向低碳发展

制造业的规律是从手工到半自动化、机器，之后是全自动化，现在是智能化。

我国之所以提出“双碳”目标，与我国的资源禀赋、能源安全、气候变化等一系列国内外环境相关。这个战略选择决定了我们要做到如下几点。

①提高电气化水平，无论是交通、工业、居民生活还是农业等，都需要提高电气化水平，尽量用电，减少对油和气的需求。

②以电力为中心的新型电力系统是今后中国能源发展的方向。

③以煤炭为保供的压舱石。2020 年我国提出了双碳目标，但是双碳了以后还需要有一个过渡阶段，不能因此而放弃了其他能源。

④以新技术为支撑，尤其是人工智能（AI），今后具有很大的发展空间，例如用于控制系统。

一些经济学家认为：我国的能源转型可能会成为下一个新的经济增长点。因为这里面的产业链很长，发展空间巨大。

2 国内外电力情况

据bp（英国石油公司）2021年数据，全球的电力发电量2021年是28.46万亿kWh，中国是8.53万亿，占30%；美国4.41万亿，占15.48%；欧洲4 万亿，占14.16%（欧盟2.89 万亿，10.1%）；印度1.7 万亿；日本1.01万亿。

表1 2021年全球主要电力大国和地区的发电量与占比

EEPW记者又查到了2022 年全球发电量（数据来源：bp《2023 版世界能源统计年鉴》，2023 年6 月），如表2。

表2 2022年全球前十大国家的发电量

关于能源结构，胡兆光教授分析了2021年全球前几大电力大国和地区( 如表3)。从发电/ 电源结构上来看，有天然气、煤、核电、水电、可再生能源发电。这个发电比重里把天然气列出来，说明气电是非常灵活，可以和可再生能源有很好的协调，如果气电的比重高，可以让可再生能源的上网比例更高，弃风弃光的可能性更小，所以这是很重要的一块。从表3 可见，美国的气电占了38%，中国只有3%，欧盟是18.9%，全球平均是22%。

由于我国缺乏气电，我们靠什么来与可再生能源协调呢？只能靠煤电深度调峰。由于煤电的深度调峰，使我们的可再生能源发电的比例达到了13.5%，欧盟是25.2%，美国是14.2%。所以根据我们的自然的条件——天然气的水平低，缺少天然气的发电，靠煤电的深度调控，现在短时间可以，但是不可持续。

从可再生能源发电量来看（表3），2021 年我国发电11.5 万亿kWh，美国是6000 多，欧洲9400，欧盟是7300，印度1719，日本是1303。

表3 2021年各国的发电比重

数据来源：bp统计，2022年6月

从2022年我国的发电量和装机量，可以看到煤电、气电、水电等的比重（表4）。

表4 2022年我国发电和装机量

来源：国家能源局、发改委等网站 2023年2月

根据我国的经济发展，现在有很多专家在进行研究，预计2030年我国碳达峰，2060 年碳中和。

根据我们现在的发电量，2022 年煤电发电量有5.1万亿kWh，占比很高，最近像欧盟进口关税、绿电等政策，对我国的制造业带来很大的挑战。

预计2030年煤电的占比会减半。2022年煤电装机容量11.2亿kW，到2030 年约为11.4亿kW，今后更多的是风电和太阳能，而后两者的发展空间相当大。

如果假定2030 年我国的电力需求为10.5万亿kWh，需要发电装机37.34 亿kW，其中非化石能源占59.2%，新能源占44.5%。可见煤电占比已很小。

预计到2060 年，如果电力需求为15 万亿kWh，需要发电装机68.3 亿kW，其中非化石能源占94.4%，新能源占82.7%。

关于煤电的发展前景，从现在来看，更重要的取决于煤电CCS（碳捕获与埋存）、BECCS（负碳排放技术）技术。如果CCS技术可以很成熟，成本降得很低，煤电可以多一些。

3 我国电网的情况

我国电网已经实现全国联网，有17+21条（6 万公里）特高压线路，跨区输送能力强大，为1.58亿kW，输送电量5638 亿kWh。跨省区输电能力达到2.3亿千瓦，输送绿电的比例较高，达到43%。在应用案例方面，国家电网在青海成功实现“绿电五周”，连续第6年刷新全清洁能源供电世界纪录。

当然国家电网也存在一些问题，例如配电网相对较弱，配电网的停电时间在4.8~14个小时/ 年（注：根据城市的密度不同）；发达国家大致是21分钟~1小时/年。但是差距就是机遇、动力，国家电网正在努力找出差距所在，然后迎头赶上。

●   硬实力

国家电网的硬实力很强。硬实力涵盖电力技术、工程建设、装备制造、全国联网、太阳能、风电、运行维护、调度、电网安全等方面。我国弃风是3%，弃光是2%，走在世界前列。

我国的制造业——风电、太阳能很强。在工程建设方面，在火电机组、水电、核电等大机组、高压电网方面实力强大。

在电网安全方面，我国大停电很少，几乎没有。相比之下，国外经常听到会出现这样的问题。当然，如前所述，我国弃风弃光是靠煤电来调整，这是有问题的——是不可持续的。

所以在硬实力方面，我国很强，如果打分，我们是90分，国际最好的是70分。

● 软实力

软实力我们还是有问题的，包括配电网停电、微网、EMS（能源管理系统）、净零碳（Net-zero Carbon）小区等，还有电源结构（我国煤电比例较高），以及我国的电力市场计划还在不断地往前推进。我们与国际先进水平相比还是有些差距，如果国际是80分，我们只能打60分。

● 巧实力（Wiseware）

主要是看我们的数据- 知识- 智能体系、数据流量增值带来的创新，核心的算法、关键软件、AI工具等，包括电力大数据及数据的流通，这一点我们还是有较大差距的。如果国际是80分，我们只能打10分。这些差距也是我们的机遇、我们的动力，我们要往前追赶。

4 可再生能源的开发

从可再生能源的开发布局来看，西北基本上是风、光大基地的开发，通过高压送到指挥中心，西南主要是水、风、光、抽蓄流域的开发，东部中部是风光分布式的开发，城市房屋小区，农村县域光伏推进，以及净零碳小区。另外还有海上的风电。

我们的软实力还是与国际有所差距的，怎么追上去？一个范例是山东省，2023 年某段时间的电网负荷，正常的情况下，在高峰时段的电网负荷是上升的，但是出现了如图2的情况。这是因为山东有许多小区装了太阳能板，自发自用，不用电网的电了，所以高峰期反而下来了，尤其是太阳光最强烈的午间出现了低谷。未来随着河北/ 华东地区更多太阳能板进小区，一定会有越来越多的这种情况出现，所以光伏具有很大的发展空间和潜力。

图2

现在世界正从数字化进入到智能化时代。国家电网的电厂已经在做数字化了，也称为孪生电厂；电网也从实际的电网到了数字电网阶段。有了数字化，可以在上面做很多实验（如图3）。

图3

数字化转型需要智能制造，涉及众多的电力系统的设备及部件，上下游产业链很长，也是制造业的机遇。在智能化时代，新型电力系统需要AI，此时数据就是资源，算法就是生产力。

关于智能化的发展，二代AlphaGo Zero于2017年在《Nature》发表，堪称AI 划时代的重大突破，因为它不需要人类棋手比赛数据作为训练集，而是通过自对抗的方式自己训练出最佳模型，这意味着在算法上具有了自学习的功能。如果应用在电力系统，可以在最关键的部分用AI来进行计算。

所以国家电网公司做了很多事，现在经营了26个省、自治区、直辖市，供电范围占国土面积的88%，供电人口超过11亿（注：全国两大电网——国网和南网），20多年来，国家电网持续保持全球特大型电网最长安全记录，建成20多项特高压输电工程，成为世界上输电能力最强、新能源并网规模最大的电网。

国家电网调度了1.1万余台火电机组，合计约10.6亿千瓦；14.5万余台风机，光伏单元（逆变器）316.5万余台，合计约7.2亿千瓦。国家电网的安全稳定运行是在如此庞大的电网规模下做到的。所以它的硬技术就像之前所述，是很强的。现在除了数字化以后，在考虑智能化。

5 新的机遇

●   综合园区。我国的电网还差一点，综合园区运行的能源管理系统（EMS）的前景非常广阔。

●   用电设备的信息采集，能源管理系统（EMS）需要智能化。

●   储能的管理。

●   光伏。现在德国的光伏逆变器从超市买回来后一插就用。我们将来能不能做到？

●   变压器的检测与诊断等，包括预测。我们现在认为下一步预测很难，如果能预测提前1 分钟，就要靠AI的革命。如果AI调度能提前1分钟，就可以产生巨大的经济效益。

6 展望

新型电力系统是一个不断扩大的巨型系统，还有很大的发展空间，也有很多问题有待解决，需要不断突破和完善。

AI产品更具有竞争力，并且还需要开发一些特定的新产品。

所以我们要不断发现问题，解决问题，才能站在市场竞争的制高点。

智能制造企业将在能源电力行业大有作为。

数据就是资源，只有流通才能产生价值。

我们需要政策机制的不断完善，一些行业协会（例如中国电力发展促进会）是企业与企业、企业与政府之间的桥梁，为企业排忧解难，向政府建言献策。

（本文来源于《EEPW》2024.3）