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文 | 汤芳 张宁 代红才
国网能源研究院
随着能源生产和消费革命持续推进，生产侧清洁化和消费侧电气化成为当前我国能源体系重要的趋势和特点。2019年，国家电网公司提出了到2050年实现“两个50%”的重要判断，即“2050年我国能源清洁化率（非化石能源占一次能源的比重）达到50%和终端电气化率（电能占终端能源消费的比重）达到50%”，引发社会广泛关注。“两个50%”是能源生产和消费由量变转为质变的关键点，准确理解和把握“两个50%”的内涵，对推动能源革命取得突破性进展具有重要意义。
达到“两个50%”是能源生产和消费革命取得突破的重要标志
我国经济正由高速发展转向高质量发展，“结构”的优化调整是当前发展方式转变的重要内涵。在能源领域，能源供给侧和需求侧的“结构”调整，也是能源生产和消费革命的关键所在。
能源生产方面。供给结构由化石能源占主导转向由风、光、生物质等非化石能源为主导，是能源生产革命的大方向。纵观能源史，人类对一次能源的开发经历了薪柴时代、煤炭时代、油气时代，当前正在向可再生能源时代迈进。可再生能源在一次能源中占主导，是人类实现可持续发展的必然路径，是人与自然和谐共生的更优选择。
当前，我国风、光等清洁能源集中式和分布式开发并举，在替代煤、油、气等化石能源方面成效显著，能源清洁化率2018年已经达到14.3%，未来仍将保持快速增长。当能源清洁化率达到50%时，非化石能源就已成为一次能源供应主体，是我国能源生产革命实现突破的重要标志，我国可再生能源时代将正式到来。
能源消费方面。需求结构由能源“直接运用”转向以电为中心的能源“转化运用”，是能源消费革命的重要体现。自古人类学会用火取暖照明、烧烤食物开始，从一次能源中“直接”获取热和光，是人类用能的主要方式。
第一次工业革命期间蒸汽机的发明，使得一次能源能够以“蒸汽”为媒介，“转化”为机械能加以运用。但是，蒸汽的生产、传输和转化效率有限，使得能源“转化运用”的场景局限在铁路、纺织、机械制造等工业部门。直至电的发现和电力技术的发展，人类可以将一次能源大规模、高效率地转化为电能进行运用，第二次工业革命也因此到来。
电能生产的高效性、传输的便捷性、终端的多样性、使用的清洁性等诸多优势，使得电能走进千家万户，电器成为人人必备。随着智能电网、泛在电力物联网等快速发展，电力技术正与信息技术深度融合，能源消费进一步朝向以电为中心。
我国电能占终端能源消费比重（终端电气化）2018年已达到25.5%。终端电气化率超过50%将是我国能源消费革命取得突破的重要标志，用能方式将实现以“转化运用”为主导的历史性转折。
为深入研究能源清洁化率和终端电气化率两个指标的发展趋势，根据自主构建的中国经济-能源-环境一体化模型，对“两个50%”进行系统的量化研究分析。
图1 中国经济-能源-环境模型
能源清洁化率在2050年达到50%
一次能源需求总量近期缓慢增长，有望“止步”于59亿吨标准煤。一次能源需求增长正逐步放缓，2025年达到55亿~56亿吨标准煤，之后进入增长饱和阶段，2030年开始进入峰值平台期，基本保持在58亿~60亿吨标准煤范围。
图2 我国一次能源需求预测（按发电煤耗法计算）
能源清洁化率2050年将达到50%以上，2025年前水能仍是 主要的非化石能源品种，2030年后风能将成为 主要的非化石能源品种，2040年后将成为第二大非化石能源品种。
能源清洁化率增长快速，2025年、2035年、2050年分别增至22%、37%、61%。水能受资源开发潜力约束，2040年后发电量保持稳定，占一次能源需求的比重略有下降，2020-2050年期间保持8%~9%。核能发电量同样在2040年后保持相对稳定，2050年占一次能源需求8%。风能占一次能源需求的比重分别为6%、12%、23%，太阳能占一次能源需求的比重分别为3%、8%、16%。
图3 我国一次能源需求中的非化石能源结构
非化石能源来源广泛，技术成熟，未来增长速度加快。能源清洁化率有望于2045年即达到50%，分析其快速提升的原因：一是非化石能源品种多元、来源广泛，除了核、水、风、光等能源之外，生物质能、地热能、空气能、潮汐能等多种能源亦具有较好的开发前景；二是新能源开发利用技术经济性快速提升，光伏是2010-2018年成本下降 快的可再生能源，度电成本降幅超过77%，整体产业开始由政策驱动下的补贴周期转向市场驱动下的平价周期；三是我国经济发展和环境保护倒逼能源清洁低碳转型，这在相当程度上促进了非化石能源的大规模开发利用，近年国家和地方产业政策不断出台，大力驱动了光伏、风电等产业发展，产业链已较为成熟，处于国际先进水平。
相比之下，化石能源需求量已进入平台期，2025年后将快速下降。化石能源需求量在2025年前后达到峰值，峰值为43亿吨标准煤。煤炭需求量仍处于峰值平台期，占一次能源需求的比重持续下降。2020-2025年煤炭需求量约为27亿~28亿吨标准煤，占一次能源需求的比重在2025年降至50%，比2017年下降近10个百分点；2025年后加速下降，2035年降至34%~36%，2050年降至15%~19%。
石油需求量在2030年前后达峰，之后缓慢下降。2017年，石油占一次能源需求的比重为18%，这一比重未来将缓慢下降，2050年降至10%。天然气需求量及其占一次能源需求的比重上升明显。天然气需求量在2040年达到峰值，约为6500亿米3；2050年下降至5800亿米3，占一次能源需求的14%。
终端电气化率在2050年达到50%
终端能源需求总量在2025年前保持低速增长，2030年后进入峰值平台期。终端能源需求在2025年前保持1.2%~2.5%的增长率，2025年达到38亿吨标准煤；2030年达到消费峰值，峰值水平为39亿吨标准煤；2035年前后进入负增长阶段。
电能逐步占据终端用能的核心地位，，工业部门电气化“步伐稳”，建筑部门电气化“潜力大”,交通部门电气化“速度快”。随着工业、建筑、交通等各领域的电气化、自动化、智能化发展，以及清洁电力供应在经济和环境方面的优势逐步显现，全社会电气化水平明显提高。电能在2025年前可超过煤炭成为 主要的终端用能品种。终端电气化率在2025年提升至32%，2035年、2050年分别增至40%、52%。
工业部门是传统用电大户，电能占比将从2017年26%逐步提高到2035年43%，2050年继续攀升至52%。
建筑部门是目前电气化水平 高的部门，未来提升潜力也 大，电能占比将从2017年37%提高到2035年54%，2050年进一步提升到65%。
交通部门是电气化增长速度 快的部门，我国鼓励电动汽车产业发展，禁售燃油车呼声越来越高，加之电动汽车结合自动驾驶、车联网等技术应用加快渗透，城市短途客货运电气化潜力将逐步释放，推动交通电气化率从2017年近3%提升到2035年13%，2050年将达到35%。
图4 各终端部门电气化水平
工业部门随着电供能设备技术经济性提升和高质量工艺产品需求增加，电气化水平不断提升。一方面，传统高耗能行业电能替代仍然具有较大空间。例如黑色金属行业，随着废钢资源利用的增加，高功率电弧炉的使用比例逐年攀升，同时轧钢工艺所使用的轧钢机等设备也消耗大量电能，2050年电能占比有望达46%。
另一方面，高新技术产业和高端制造业电气化水平普遍较高。数字化发展带来工业制造转型升级，高新技术产业和高端制造业快速发展，全自动化生产、精细化管控等需求旺盛，工业机械臂、5g传输通道、智能管控平台、数据中心等逐步成为智能制造的核心环节，均需要电力驱动。
图5 工业部门四大高耗能行业2050年电能占比
建筑部门为了满足人民美好生活需要，电气化水平将持续提升。例如，在制冷领域，住宅以户用空调为主，公共建筑随着电制冷能效提升，普遍采用电力驱动的大型冷水机组，2050年电能占比达91%；在采暖领域，考虑大气污染防治要求和供暖技术经济性，集中式热力（热电联供）、天然气采暖、电采暖等多种方式将长期共存，2050年电能占比达46%，北方“26+2”地区空气源热泵、蓄热式电采暖推行力度较大，技术经济性正在稳步提升；南方地区冬季采暖季短，蓄热式电暖器、电热膜、碳晶板等小型取暖设备具有较好推广市场。
图6 建筑部门六大用能场景2050年电能占比
交通部门重点在铁路和公路客运领域快速提升电气化率。公路领域2050年电能占比可达41%，其中，公路客运电气化潜力 大，除少量长途客运场景外，电动汽车基本可满足公路客运用能需求。铁路领域由于高铁的大力推行，已实现较高水平的电气化，2050年电能占比约87%。
图7 交通部门四大领域2050年电能占比
以“电气化加速”为着力点深入推进能源革命
持续推进能源革命，需要找好“着力点”。在达到“两个50%”过程中，“电”处于能源供给和消费革命的关键位置。一方面，风、光、生物质等清洁能源主要转化成电能加以利用，供给侧清洁能源发电量不断增加，成本逐年下探，客观上会在消费侧激发电力替代潜力。另一方面，由于电能的诸多优势，特别是当前电力与信息的深度融合，使得很多领域开始“电气化加速”。电力需求的持续攀升与环保低碳的刚性约束之间的矛盾，必然需要以电力生产的清洁化加以解决。
整体来看，“电气化加速”不仅能够有效促进我国能源向“能效高、结构优、安全有保障”的高质量目标发展，还可以支撑我国“新经济”的快速发展，是推进能源革命的重要抓手。
提升能效水平。提升能效水平是能源发展的永恒主题，是实现我国能源高质量发展的必然要求。电能在终端利用水平较高，可以便捷高效地转化为内能、光能、机械能等基本能量。
同时，电力系统智能化水平高于煤、油、气等化石能源，更高比例的电能利用将促进更先进的技术和管理手段应用，促进节能从当前的技术节能向管理节能和系统节能转型升级。经测算，在中长期尺度下，电气化率每提升1个百分点，有望减少终端能源消费约0.5亿吨标准煤，带动能源消费强度降低4%左右。
促进低碳转型。低碳化是新一轮能源变革发展的必然趋势，是实现我国能源高质量发展的重要内涵。80%以上的清洁能源需要转换为电能得以利用，或以电力为配置载体进一步转换为热能、氢能等能源形式。预计在2035年后，电气化率每提升1个百分点，有望减少能源燃烧二氧化碳排放量约3亿吨左右。
保障能源安全。能源安全是事关国家经济社会发展和人民根本利益的全局性、战略性问题，是实现我国能源高质量发展的应有之义。在我国能源对外依存度持续攀升的背景下，加强终端能源消费的电气化率，并发挥我国能源资源禀赋优势，利用可再生能源和清洁煤炭满足终端电力需求，将有效提升能源安全水平。根据模型测算，若电气化率提升1个百分点，有望降低能源对外依存度0.5~1个百分点。
支撑新经济发展。以数字经济、智能经济、共享经济和体验经济为代表的“新经济”，是助力我国经济高质量发展的“新生代”力量，也是社会发展现代化与智能化的驱动引擎。
在“新经济”发展过程中，电能是信息采集、传输、处理、存储的能量来源。在信息采集和传输环节，5g等前沿技术将需要电能作为重要支撑；在信息处理和存储环节，数据中心将消耗大量电量，2017年我国数据中心总耗电量达到1200~1300千瓦时[1]，占总用电量的2%左右。可以预期，未来“新经济”的发展将需要更大规模、更优质、更可靠的电能予以支撑，电能将占据“新经济”领域主体能源的地位。
（以上仅代表个人观点，不代表机构观点）
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