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其中,2050年,50%的一次能源消费将是非化石能源,预计2030年后石油消费会逐年递减,而天然气消费将逐年增加,但石油和和天然气之和占能源消耗比重较为稳定,大体维持在30%左右,因此在2050年一次能源消费对煤炭的需求将会在20%左右。
2、能源转型与电力能源结构演化
非化石能源在一次能源消费中占比是我国能源转型的核心指标。电力属于二次能源,其来源与一次能源消费密切相关。2015年我国非化石能源电量为1.5万亿kW•h,采用供电煤耗法计算,取当年火电平均供电标准煤耗315g/(kW•h),折合一次能源4.725亿tce(吨标准煤),占全年一次能源消费总量43亿tce的11%;与全国当年非化石能源消费占一次能源消费的比例12%相差1个百分点。2016年我国非化石能源电量为1.7万亿kW•h,当年火电平均供电标准煤耗312g/(kW•h),折合一次能源5.304亿tce,占全年一次能源消费总量43.6亿tce的12.3%;与全国当年非化石能源消费占一次能源消费的比例13.3%也是相差一个百分点。可见,通过接近90%的非化石能源转化为电能,使一次能源消费中非化石能源的消费主要来自电力,有力推动了我国非化石能源生产和消费的发展,为国家能源战略转型提供了最大的助力。因此,大幅提高非化石能源电力占比,形成非化石能源为主的电源结构,是实现能源转型的主要支撑,也是电力系统转型、建设新一代电力系统的重要标志。
基于国家能源发展战略目标的中长期能源电力发展估算模型如图2所示。模型基于2020—2050年各水平年全国一次能源消费总量、非化石能源在一次能源消费中占比等国家能源转型的战略目标,以及预测的全国人口数量、人均年用电量,水电及核电开发总量等经济社会发展目标,各类发电设备的年运行小时、火电单位供电煤耗等技术参数的演化数据,计算各水平年水能、核能、太阳能、风能、生物质能等非化石能源发电以及煤炭、天然气等化石能源发电的装机容量和年电量发展需求。
根据该模型对我国2020年至2050年发电装机容量和发电量进行估算。其中,2020年按一次能源消费总量50亿tce、非化石能源占比15%、总发电量为7万亿kW•h考虑,可得煤电装机占56%,发电量占62%,可见到2020年我国煤电依然是基础性的能源;2030年按一次能源消费总量是58亿tce、非化石能源占比22%考虑,可得非化石能源发电装机占比57.82%,年发电量占比49.23%,此时非化石能源电力将成为我国的主要电力能源。相关结果见图3所示。
2035和2050年按照非化石能源占比分别为27.5%和50%考虑,在一次能源消费总量于2030— 2035年达到峰值58亿tce后趋于稳定并略为下降的预期下,设定2050年为55亿tce(见图1)。估算结果表明,到2035年非化石能源电力装机占比65.11%,年发电量占比55.72%。到2050年非化石能源电力装机占比84.23%,年发电量占比78.16%,其中非水可再生能源(风能、太阳能、生物质能等)的电力装机占比71.75%,年发电量占比53.35%,可再生能源已成为我国电力的主力能源,如图4所示。其中2050年我国发电装机和发电量估算方案设定数据如表1所示。
根据上述模型的估算结果,可以得到2010年至2050年我国电力年发电量结构变化趋势,如图5所示。
图5所示结果为设定非化石能源消费总量全部转化为一次电力(水电、核电、非水可再生能源发电)的情景。若在保持其他条件不变的情况下,考虑非化石能源总量转化为电力的比例由100%到70%之间变化,则我国2050年非化石能源总量转化为电的比例与装机预估容量情况如图6所示。
根据上述初步预测,消纳不断增加的可再生能源将会是我国新一代电力系统的主要建设目标。由于可再生能源在装机形式、系统运行,以及能源消费等方面较之传统化石能源都有不同的特点,因此势必会使电网的基本结构、调控运行,以及安全防护等方面发生新的深刻变化。
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