數(shù)據(jù)分析｜中美兩國電力工業(yè)發(fā)展對比

數(shù)據(jù)分析｜中美兩國電力工業(yè)發(fā)展對比前言：近期看到一些關于中美能源和電力發(fā)展對比的文章，作者包括能源電力專家和能源主管部門的老領導，引起了一些討論，也引起了我的興趣，于是找了一些數(shù)據(jù)，做了一些圖表，可供行業(yè)專家們參考。中國的發(fā)電裝機容量自2011年超過美國后，成為全球電力裝機最大的國家。毋庸置疑，美國作為全球經濟和科技最發(fā)達的國家，其電力工業(yè)的發(fā)展先于中國很多年。經過中國近十余年來的追趕，在總裝機容量和發(fā)電量上均超越了美國，位居全球第一。在裝機結構上，兩國有其固有差異，但裝機結構的變化趨勢，值得對比分析，這對我國電力工業(yè)發(fā)展有一定的借鑒意義。當然，對比本身不是目的，通過對比看到問題促進發(fā)展，發(fā)展才是目的。一中、美兩國發(fā)電總裝機容量和發(fā)電量的發(fā)展比、較首先，中美兩國電力總裝機容量發(fā)展對比。手頭可查到的連續(xù)的美國發(fā)電裝機容量數(shù)據(jù)為1990以后的數(shù)據(jù)，下圖展示了1990～2017年的裝機容量發(fā)展：我們可以看到，美國的發(fā)電裝機到1990年已經發(fā)展到了很穩(wěn)定的階段。除了2002～2003年這4年發(fā)展較快之外(2002年增長6.7%為最增長率)，其余年份，基本處于穩(wěn)定狀態(tài)，自2008年突破10億千瓦，截至2017年(10.85億)仍未能突破11億千瓦。1接著看發(fā)電量的發(fā)展，數(shù)據(jù)較全，下圖展示了美國自1950年開始的發(fā)電量增長。美國本土未受到二戰(zhàn)破壞，自1950年以來，發(fā)電量持續(xù)增長。一直到1970年，折合年均復合增長率都大于6.5%(注：本文的折合年均復合增長率，是對多年度數(shù)據(jù)的一種處理，如兩個數(shù)據(jù)跨N年，則計算這N年的年均復合增長率。后面數(shù)據(jù)如再跨M年，則再另行計算這后M年的復合增長率。下文同)。總體來說，在過去的70年里，美國的發(fā)電量增速是下降的，近十年來部分年份是負增長的。從2005年站上4萬億千瓦時以后，基本不再增長，2010年達到歷史峰值4.125萬億千瓦時，2017年為4.015萬億千瓦時。接下來看中國的電力裝機發(fā)展。按照電力界比較普遍的說法，建國后我國電力工業(yè)的發(fā)展可以劃分為三個階段：第一階段為1949-1978年，嚴格的計劃經濟控制時期，電力工業(yè)垂直壟斷。這一階段作為新中國電力發(fā)展的初期階段，起點基數(shù)低，但增速并不慢，年均復合增長率達到了年均12.5%，從1949年的185萬千瓦，發(fā)展到1978年的5712萬千瓦。第二階段為1979-2002年，允許外資、民間資本進入，電價管制有所松動，電力裝機呈現(xiàn)7.8%的復合增長率，從1979年的6300萬千瓦，發(fā)展到2002年的3.56億千瓦。第三階段為2003-2016年，2002年開始電力體制改革，廠網分離，以五大發(fā)電集團為代表的發(fā)電側競爭，電力裝機復合增速提升至11.7%，從2003年的3.9億千瓦發(fā)展2到2016年的16.5億千瓦。2016年以來，新一輪電改啟動，未來的發(fā)展如何，拭目以待。下面分三張圖分別展示三個階段的發(fā)展。3我們可以看到，自改革開放以來，我國電力工業(yè)發(fā)展只有兩個短暫的“低谷”，也即改革開放初期的1980～1984年，增長率低于6%，還有就是2000～2002年受當時“三年不上火電”的政策影響，增長率低于7%。其余年份增長率均高于7%。2008年以后，發(fā)展比較平穩(wěn)，基本穩(wěn)定在8～10%左右。要對比中美兩國的電力發(fā)展，因發(fā)電量數(shù)據(jù)比裝機容量數(shù)據(jù)更完整和更連貫，我們將中美兩國自1950年以后的發(fā)電量數(shù)據(jù)放在一張圖上對比，如下：4(注：因數(shù)據(jù)缺失，中國1950年數(shù)據(jù)實際采用1952年數(shù)據(jù)，1955年數(shù)據(jù)實際采用1957年數(shù)據(jù)，1960年數(shù)據(jù)實際采用1962年數(shù)據(jù)。)從對比圖中一眼就可以看出，中國基數(shù)低，但增速一直大于美國，到2010年，中國發(fā)電量超過美國(裝機容量是2011年才超過美國的)。美國的發(fā)電量自2005年以后基本走平，甚至緩慢下降，而中國的發(fā)電量依舊處于高速增長中，2010～2017年的年均復合增長率為6%。而同期的發(fā)電裝機年均復合增長率為9.1%，發(fā)電裝機大于發(fā)電量增長率，這也解釋了為何近年來發(fā)電設備利用小時數(shù)的下降。截至2017年底，中國的電力裝機總容量是17.77億千瓦，發(fā)電量6.417萬億千瓦時;美國是10.84億千瓦，發(fā)電量4.015萬億千瓦時。很直觀的可以得出一組數(shù)據(jù)：美國的每千瓦裝機每年發(fā)電量3704度，中國每千瓦裝機每年發(fā)電量是3611度。換言之，中國的發(fā)電裝機總平均年利用小時數(shù)比美國低100小數(shù)左右。美國2017年的GDP是19.39萬億美元，2005年GDP是13.09萬億，12年來增長了近50%，年均復合增長率3.3%，但是發(fā)電量卻基本沒變化。這說明，經濟發(fā)展到一定程度，用電量增長和經濟增長是會發(fā)生背離的，換言之，經濟增長不再依靠能源消費的推動了。這對預測我國未來用電需求很有參考意義。我國5近年用電量的增長有慢于GDP增長的趨勢，但是什么時候用電量走平?目前無法預測，未來需持續(xù)觀察GDP和用電量之間的發(fā)展趨勢。二、從發(fā)電裝機結構及其變化趨勢來看我們來分析兩國的裝機結構變化趨勢，包括新增裝機結構變化。首先看美國的發(fā)電裝機結構變化。這里直接借用楊啟仁博士(就職于美國杜克大學)的一個圖表，展示美國歷年新增電力裝機容量(不是裝機容量的凈變化值，僅考慮新增機組，未考慮退役機組)。圖中可以看出，在1985年以前，美國每年新增的發(fā)電機組容量中，一直都是以燃煤的火電機組站為主力，增長高峰期在1965～1985年這20年內。但是在1985年以後，美國燃煤發(fā)電的發(fā)展急遽委縮，從此以後幾乎一蹶不振。而天然氣發(fā)電開始崛起，到了2000年之後，天然氣發(fā)電在新增的發(fā)電裝機容量里占據(jù)了壓倒性的多數(shù)，而2005年以後風力發(fā)電開始迅速成長，開始成為主流的發(fā)電技術之一。2011年開始，太陽能發(fā)電開始出現(xiàn)顯著性的成長。燃煤發(fā)電雖然在2007年到2013年間有小幅度的復蘇，但是在也無法回到1985年以前的那樣的市場份額。(參見楊啟仁，2015，《美國電力產業(yè)結構轉變歷史經驗與中國啟示》)6同時，我們也看到，美國的水電開發(fā)也基本發(fā)生在1985年以前，1990年以后，基本就沒有新增容量了。核電新增主要發(fā)生在1970年到1990年前后，此后也基本沒有新增機組了。下圖展示了美國2006年以后每年的不同能源種類的發(fā)電裝機容量的凈變化量。我們可以看到，美國這10年內主要的新增類型是天然氣發(fā)電和風電，以及2012年以后的太陽能發(fā)電。2011年以后，燃油發(fā)電和燃煤發(fā)電的退役量明顯增加，凈容量開始逐年減少，騰出來的容量成了天然氣和風電、太陽能的凈增量。值得一提的是，新增的太陽能發(fā)電中，分散式小規(guī)模光伏發(fā)電裝機自2014年以后增長顯著(2014年為7GW，2015年為10GW，2016年為13GW，2017年達到了16GW)。從發(fā)電量和裝機容量的變化，我們可以這么說，美國過去12年里，發(fā)電量不增長，裝機容量的緩慢增長僅僅是因為裝機結構的變化帶來的，也即年均利用小時數(shù)相對低的風電和太陽能裝機替代了利用小時數(shù)更多的燃煤和燃油發(fā)電。我們來看中國過去10年的發(fā)電裝機結構變化。7(注：2008年煤電和氣電新增裝機數(shù)據(jù)沒查到，根據(jù)2008-2009兩年發(fā)電裝機整體數(shù)據(jù)分析，大體應和2009年差不多，故采用2009年數(shù)據(jù))我們可以看到，盡管煤電仍舊是新增發(fā)電的主力，但是增幅的下降趨勢還是很明確的(除2015年例外)。水電的新增也有放慢的趨勢，核電和天然氣發(fā)電占比過小，有一定增長，但是不穩(wěn)定。新增趨勢最明顯的是風電和太陽能，風電自2005年以來開始快速增長。太陽能自2013年以來也開始快速增長，2017年的新增裝機超過了煤電的新增量，達到了驚人的5341萬千瓦。截至2017年，中美兩國的發(fā)電裝機結構如下圖：(注：數(shù)據(jù)中水電含抽水蓄能)8下面來詳細對比一下中美兩國的風電和太陽能發(fā)電的發(fā)展歷程。美國風電發(fā)展比中國起步早，在1997年，美國的風電裝機已達到161萬千瓦，而中國是2005年才達到126萬千瓦，起步晚了差不多近10年。但是中國在2005年以后，得益于《可再生能源法》的頒布和一些列政策支持，風電開始高歌猛進，2006-2009這4年每年增速均超過100%。2010年就在總裝機容量上超越美國，成為全球風電裝機最大的國家，到2017年以總裝機1.7億千瓦遙遙領先美國的8754萬千瓦，是美國的近2倍。具體見下面圖。美國的風電發(fā)展歷程如下圖：中國的風電發(fā)展歷程見下圖：9美國太陽能發(fā)電起步早，1999年已有389MW裝機，但是前期發(fā)展緩慢，到2006年依舊只有411MW，基本徘徊不前。真正開始快速增長是在2010年以后，2011年裝機突破1524MW，2017年達到4289萬千瓦。中國的太陽能發(fā)電起步晚，2009年才只有25MW裝機，也可以說起步比美國晚了差不多10年。但是2010-2011年分別以720%和934%的驚人的“中國速度”增長，2011年即突破200萬千瓦，超過美國，從此后遙遙領先于美國，到2017年裝機已達到1.29億千瓦，是美國的3倍，穩(wěn)居全球第一。具體見下面圖。美國太陽能發(fā)電發(fā)展歷程如下圖：中國太陽能發(fā)電發(fā)展歷程如下圖：10我們要注意到，我國的1.29億千瓦太陽能發(fā)電中幾乎全部是光伏(我國2015年底推出大約100萬千瓦的首批光熱示范項目，目前還沒有規(guī)模投產)，而美國的3470萬千瓦中，已有175萬千瓦是光熱發(fā)電。所以，目前美國在光熱發(fā)電還是領先于中國的，但是，幾乎可以肯定地，等我國首批光熱發(fā)電示范項目陸續(xù)投產后，光熱發(fā)電裝機未來幾年內我國很快會超過美國。兩國對比，我們看到，風電和太陽能這兩類新興的可再生能源發(fā)電，中國起步比美國晚了差不多10年，但是發(fā)展速度更快，從而迅速地在總裝機容量上超越了美國，成為世界第一。這體現(xiàn)了中國的后發(fā)優(yōu)勢。但是，我們要注意到，中國的棄風棄光比美國要嚴重，一個未必嚴謹?shù)詈唵沃庇^的方法，就是拿“風電+太陽能”發(fā)電的發(fā)電量占比(占全部發(fā)電量的比例)和裝機容量占比(占全部裝機總容量的比例)進行比較。如果裝機容量占比遠大于發(fā)電量占比，我們可以認為風電和太陽能發(fā)電的利用小時數(shù)偏低了，也就是說棄風棄光比較厲害。下面看圖說話。11

先看美國的：再看中國的：很直觀地看到，中美兩國的“風+光”發(fā)電裝機占比和發(fā)電量占比兩根曲線都有一個差距——“喇叭口”，只是美國的“喇叭口”近年來比較穩(wěn)定，沒有擴大的趨勢，而中國的“喇叭口”是越來越大。2017年美國的“風+光”發(fā)電裝機容量占比中國小4.9個點，但發(fā)電量占比卻比中國大1.8個點。當然，這和美國的電網調峰能力更強有一定關系，但我們還是不要給棄風棄光找理由了，而是要看到事實本身。三、綜合分析中美兩國的發(fā)展歷程，探討中國能源和電力未來發(fā)展第一個問題，中國發(fā)電裝機或發(fā)電量何時趨穩(wěn)不再增長?美國的發(fā)電量自2005年以后基本就走平了，裝機規(guī)模也只是緩慢增加(2005-2017年只有0.9%的復合增長率)。中國的發(fā)電量和發(fā)電裝機規(guī)?？隙ú豢赡芤恢痹鲩L下去。其實，12誰也說不清楚中國什么時候發(fā)電量不再增長了，但也許有一個重要的標志，就是某種主要的發(fā)電類型開始出現(xiàn)容量凈減少的時候。截至目前中國所有的發(fā)電類型都是在凈增加。單純去猜測這個問題，意義不大，但在做長遠的能源規(guī)劃時，不能忽視這個問題。第二個問題，在風電和太陽能(主要是光伏)等間歇性可再生能源發(fā)電大量增加的情況下，中國電網的調峰手段有哪些?美國因為有巨大的天然氣發(fā)電做基礎，2016年總裝機容量中天然氣發(fā)電占比41.5%(發(fā)電量占比34%)，加上2%的抽水蓄能裝機，本身具有強大的調峰能力，所以調峰對美國的挑戰(zhàn)不大。但是中國電網的調峰挑戰(zhàn)是很大的，中國2017年天然氣發(fā)電裝機占比僅有4.3%，發(fā)電量占比3.2%，抽水蓄能裝機占比只有1.6%，隨著風電和太陽能發(fā)電的繼續(xù)發(fā)展，具有調峰能力的裝機占比需要明顯增加。增加天然氣發(fā)電調峰機組是必要的，但按照中國的資源稟賦，不能單純依靠這條路。當然也可以增加整個電網發(fā)電裝機的冗余度，但不必要的冗余是對社會財富的浪費，比如地處甘肅的河西走廊風資源豐富，需要配套長輸線路才能將風電輸出到東部消納，這種情況如果就地同步配套煤電作為容量冗余，直接導致當?shù)孛弘娺^剩，長遠來說并不利于風電的疏導。顯然，從調峰這個角度來看，中國顯然比美國更需要發(fā)展儲能。第三個問題，拔高一步，從能源全局來看，我們還有哪些事情可以做?電力是二次能源之一種，從能源全局來