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当前,绿色低碳、节能环保已成为全球能源发展趋势。电能具有清洁、高效、安全、便捷等优势,实施电能替代对于推动能源消费革命、促进能源清洁化发展具有重要意义。
近年来,电能替代在工业、建筑、交通等领域稳步推进,电能在终端用能结构中占比持续提升。经过几年的发展,易替代的领域已经基本实现电能替代,电能替代进入深水区。在我国加速实现“碳中和”的背景下,亟须升级现有电能替代技术、研发新技术,为拓展电能替代的广度和深度提供驱动力。
电能替代从试点示范到多领域开花
2014年,习近平总书记在中央财经领导小组第六次会议上提出“四个革命、一个合作”能源安全新战略。2016年,国家发展改革委、国家能源局等八部委联合印发《关于推进电能替代的指导意见》,明确提出提高电能占终端能源消费比重,促进电能占终端能源消费比重达到约27%。
近年来,两大电网企业贯彻落实“四个革命、一个合作”能源安全新战略,大力推进电能替代。国家电网公司引领终端能源消费新模式,推动工农业生产、交通运输、居民生活等各个领域实施电能替代,累计实施替代项目29万个,完成替代电量8476千瓦时,推动电能占终端能源消费比重提高2.8个百分点。南方电网公司编制印发《南方电网公司“十三五”电能替代发展规划》,因地制宜推广各类电能替代技术。
经过多年发展,电能替代从无到有、规模从小到大,推进方式则从最初的试点示范发展到现在的多领域替代,社会认知从政企倡导到社会广泛认同,实现了跨越式发展,为助力大气污染防治和节能减排作出积极贡献。
碳中和目标带动电能替代向精细化发展
从全球范围来看,电能占终端能源消费的比重呈逐年上升的趋势。美国、日本、法国、德国等发达国家的电能占终端能源消费比重平均比20世纪70年代初提高了10个百分点,印度、巴西等发展中国家的电气化水平也显著提升,全球电气化水平呈单调递增趋势。目前,全球约五分之一的终端用能是电能,电能是仅次于石油的第二大能源消费品种。
在我国,近年来,以电为中心的现代能源体系特征愈发明显。
从能源生产侧来看,《中国电力行业年度发展报告2020》数据显示,2019年全国新增发电装机容量10500万千瓦,其中新增并网风电和太阳能发电装机容量分别为2572万千瓦和2652万千瓦,合计新增占全国新增发电装机容量的49.75%,电力生产结构持续优化。
从能源消费侧来看,随着终端用能电气化技术的迅速发展,特别是冶金、陶瓷、供暖等行业技术不断向绿色、智能、数字化方向发展,电能对终端化石能源的替代不断深化。2018年,我国电能占终端能源消费比重达到25.5%,比世界平均水平(19.2%)高6.3个百分点,高于德、英、美、俄等发达国家,但低于日、法、韩。虽然整体水平已与发达国家处于同一区间,但我国各行业、各地区之间电气化发展水平极不均衡。商业、工业、居民生活等领域和东北、西北等地区电气化还有较大发展空间。
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研究表明:减少供应侧化石能源占比、在能源消费侧提高电能占终端能源消费的比重是有效减少碳排放、实现碳中和目标的重要措施。与此同时,“大云物移智”技术与能源服务的广泛结合也将带动电能替代向精细化方向发展,引起电能替代手段及方式变革。
研发应用新技术,为推广电能替代提供支撑
当前,我国经济总量、能源消费总量已居世界前列,但能源强度是经合组织国家的2.7倍、世界平均水平的1.5倍。研究表明,电气化水平提升1个百分点,能源对外依存度有望降低0.5~1个百分点;电能占终端能源消费的比重每提高1个百分点,能源强度可下降3.7%。在我国的能源消费结构中,工业、建筑和交通领域能耗总和约占能耗总量的95%。“十四五”期间,我国终端电能消费拓展将主要集中于工业、建筑和交通领域。
工业领域是当前替代电量的主要来源。随着产业结构优化升级,工业电气化技术将向绿色、智能方向发展。未来应重点关注高效电转蒸汽、大规模电制氢、电供蒸汽等技术,研发核心技术装备并推广应用,持续深挖工业领域替代潜力。
在建筑领域,供冷供暖领域电能替代潜力可期。未来应重点发展高效电制冷/热、高密度低成本蓄冷/热、储能等技术,提升现有技术装备能效水平,降低建设运营成本,进一步提升建筑领域电气化水平。
交通领域的电能替代整体处于快速发展阶段。未来应聚焦汽车、船舶电气化方向,重点开展新能源汽车充电桩、新能源船舶等关键技术研究,提出典型设计方案。长远来看,需加强长寿命、低成本、智能化、高可靠性的海、陆、空电气化交通工具研究,全面推动我国交通领域电气化,为电能替代提供“新引擎”。
同时,应加强电能替代技术与人工智能、边缘计算、5G等技术的融合应用,不断提升终端电能消费设备数字化、智能化水平,助力电能在终端用能结构中的占比持续提升。
(作者单位:中国电力科学研究院有限公司)
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