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全国多地限电,究竟怎么回事?

撰文 | 探臻微沙龙

01现状描述

近日,东北三省限电的消息引发了一阵舆论风波。这场比较突然的限电,产生了许多令人措手不及的后果。而这次事件只是全国近年来限电措施的一个缩影。公开报道显示,当前至少已有16个省份出台了力度不等的限电措施。如宁夏要求“高耗能企业停限产一个月”,江苏、广东、浙江等省份提出“开二停五”“限产90%”等措施。与这些省份主要集中在工业限电不同的是,东北地区限电涉及居民用电。突如其来的用电限制使得许多居民生活受到了不同程度的影响,从而引起了很大的舆论争议。本文整理提炼了几个方面的导致限电事件发生的原因,并在文章最后部分提出了若干点未来可能改善这一情况的发展方向。

02原因分析

2.1 煤资源短缺问题

中国整体的煤炭供给主要以本国自产为主,2019年中国产煤37.5亿吨,全年进口煤炭总量3.04亿吨。印尼、澳大利亚、俄罗斯、蒙古及越南,五国合计占我国煤炭进口总量的85%以上。

从本国供给端考虑,2020年山西,内蒙的煤炭企业的产能利用率大约在77%,低于2019年同一时期。从库存考虑,秦皇岛煤炭库存只有400万吨左右,低于往年同时期煤炭库存。目前大同、内蒙的动力煤和焦煤大约在1000元一吨,过去价格 400-500之间。

从进口煤考虑,由于受到疫情影响,国际海运价格暴涨,导致进口煤炭的成本大幅度上涨,进而导致价格上涨,进口量缩减。

从需求端考虑,由于东北冬天需要依靠煤炭库存来进行供暖使用,导致现阶段可用于发电的煤炭总量更为有限,以上因素导致了煤炭供给相比以往更为吃紧。

2.2 市场化的煤价和计划的电价的矛盾

火力发电厂燃用的煤通常称为动力煤,其分类方法主要是依据煤的干燥无灰基挥发分进行分类。就动力煤类别来说,主要有褐煤、长焰煤、不粘结煤、贫煤;气煤以及少量的无烟煤。从商品煤来说,主要有洗混煤、洗中煤、粉煤、末煤等。用于发电的动力煤是市场化的,即价格主要受到供需形式影响。而煤电厂发电销售的电价则是计划经济主导的阶梯电价。这使得动力煤市场化价格一路走高和电力非市场化价格基本维持不变导致火力发电部分企业亏损加剧,火力发电企业被迫减少发电导致其他行业、企业和居民发生断电现象。

从成本效益角度来看,2018年以来,火力发电部分企业一直是亏损经营,即电力价格低于生产成本,结果导致企业发电越多经营亏损越大。在这种情况下,火力发电企业会长期依赖于政府补贴来生存,保证正常的经营和运转。从供需关系角度来看,当前一方面我国进口煤下降,包括来自澳大利亚和蒙古的进口煤减少,另一方面疫情以来全球大宗商品价格一路走高,导致动力煤使用成本急剧上升,这样使得电力生产成本急剧增加,且电力市场是无法像煤市场一样进行市场化涨价,直接结果就是导致企业亏损加剧,政府难以继续提供相应巨额补贴帮助企业维持正常经营。因此,部分火力发电企业迫不得已需要通过减少发电来减少经营亏损,从而导致其他企业和行业发生断电现象。

2.3 能耗双控目标的约束

从一方面来看,这次大规模的拉闸限电与地区“双控目标”的实现脱不开关系。“能耗双控”,是指既控制能源消耗强度(也称单位GDP能耗,能源在创造经济产值时的利用效率),也控制能源的消费总量。

在2015年提出“能耗双控”后,各地区在过去一直有条不紊的履行。但此次,一方面由于疫情后经济恢复带来的复工复产与对外出口量的大幅增加,另一方面由于部分地区在2030年碳达峰的预期下,错误地将“碳达峰”前的近十年里结尾了“攀高峰”的时间窗口,抢着上高耗能、高排放的“两高项目”,想提前占有能耗增量的“地盘”。因此造成今年上半年多地能耗不降反升,9个省区能耗强度和消费总量均被国家发改委给出一级预警。

在这种压力下,各地区紧急整改,一些地区采取了强力手段,对产业园区和产业强制性限产停工、拉闸限电。因此,这种“一刀切”的限制方式同样也造成了此次现象的发生。

图1 现阶段中国各省市节能目标规划

2.4 新型电力供给组成的约束

除了传统的火力发电之外,国家正在大力推广太阳能、风能、核能等新能源,保证发电且减少碳排放。东北地区黑龙江省风能资源较丰富,风力发电得到了蓬勃的发展,同时由于“双碳目标”的要求,光伏发电也在不断推进。然而,利用自然资源发电有很多的局限性。如光伏发电,太阳能发电的效率较低,一般只有20% 左右。有效的发电依赖于晴朗、阳光充足的天气。阴雨连绵的秋季给光伏发电造成了一定的阻碍。同时,由于目前电能存储技术发展的不完善,发出来的电能只能立即使用。而适宜发电的时间和用电高峰期不一定重合,这就可能导致深夜用电低谷时风力发电得到的电能不能得到及时利用而浪费,而傍晚用电高峰期发电不足供不应求。区别于“即用即发”的火力发电方式,可再生能源发电的不稳定特点导致电力供给和需求的分布产生了高度不匹配。

03讨论与展望

3.1 优化发电和配电方式

从发电与输配电的角度,对于长远的“碳中和、碳达峰”目标和眼前的减小火电煤耗占比以解决限电的问题,我们可以有如下几个解决方案:

(1)发展以新能源为主体的新型电力系统,通过柔性直流电网接入风力、光伏、生物质能、潮汐能等新能源发电,实现高比例新能源并网,从根源上减少火力发电占比;

(2)发展储能技术发展,提高新能源利用率,提升电网对新能源的消纳能力,减小弃风、弃光;

(3)提升电网调度灵活性,强化全网统一调度,充分发挥大电网平台优势,挖掘电网的用户侧需求响应能力,实现削峰填谷。

3.2 新型供能方式

理论上的发电方式不仅仅只限于火水风光等,核电和其他新型能源发电也是潜在的电力来源。然而目前发电量占比5%的核电看起来有很大的发展空间,但实际上,核电的发展同样受到很多因素的限制。其中最主要的是核电站安全性,这一方面导致核电厂的审批会很慢,特别是内陆地区的核电站一直难以立项;另一方面,额外的安全系统会导致核电厂经济性下降。此外,核电由于自身限制,几乎没有调峰的空间,不可能代替火电的位置。因此,核电在可预期的未来,应该会保持稳健增长但不可能迅猛发展。而其他可再生能源如地热能、潮汐能等,它们占比更小,短时间内更难成为主流。中长期来看,可再生能源发电的来源还将是以太阳能或风能为主。

作者简介

孙鑫:车辆与运载学院2018级博士,研究方向为新能源汽车与金属资源管理。

江世航:工物系2020级博士研究生,研究方向为反应堆数值模拟。

石清元:电机系2021级博士研究生,研究方向为功率半导体器件。

孟祥泽:化工系2021级硕士研究生,研究方向为高分子材料的老化。

张乾志:核研院2021级博士研究生,研究方向为能源系统分析。

高榕泽:化工系2021级博士研究生,研究方向为高强水凝胶。

李子威:建设管理系18级博士研究生,研究方向为城市防灾减灾。

王均东:物理系2019级博士研究生,研究方向为量子模拟和量子计算。

本文经授权转载自微信公众号“探臻科技评论”,原标题为《为什么拉闸限电,是能源供应链出了问题》,编辑:李润、宋盛禹;审核:张可人。