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北極星售電網訊:隨著能源生產和消費革命持續推進，生產側清潔化和消費側電氣化成為當前我國能源體系重要的趨勢和特點。2019年，國家電網公司提出了到2050年實現“兩個50%”的重要判斷，即“2050年我國能源清潔化率（非化石能源佔一次能源的比重）達到50%和終端電氣化率（電能佔終端能源消費的比重）達到50%”，引發社會廣泛關注。“兩個50%”是能源生產和消費由量變轉為質變的關鍵點，準確理解和把握“兩個50%”的內涵，對推動能源革命取得突破性進展具有重要意義。
達到“兩個50%”是能源生產和消費革命取得突破的重要標誌
我國經濟正由高速發展轉向高質量發展，“結構”的優化調整是當前發展方式轉變的重要內涵。在能源領域，能源供給側和需求側的“結構”調整，也是能源生產和消費革命的關鍵所在。
能源生產方面。供給結構由化石能源佔主導轉向由風、光、生物質等非化石能源為主導，是能源生產革命的大方向。縱觀能源史，人類對一次能源的開發經歷了薪柴時代、煤炭時代、油氣時代，當前正在向可再生能源時代邁進。可再生能源在一次能源中佔主導，是人類實現可持續發展的必然路徑，是人與自然和諧共生的更優選擇。
當前，我國風、光等清潔能源集中式和分佈式開發並舉，在替代煤、油、氣等化石能源方面成效顯著，能源清潔化率2018年已經達到14.3%，未來仍將保持快速增長。當能源清潔化率達到50%時，非化石能源就已成為一次能源供應主體，是我國能源生產革命實現突破的重要標誌，我國可再生能源時代將正式到來。
能源消費方面。需求結構由能源“直接運用”轉向以電為中心的能源“轉化運用”，是能源消費革命的重要體現。自古人類學會用火取暖照明、燒烤食物開始，從一次能源中“直接”獲取熱和光，是人類用能的主要方式。
第一次工業革命期間蒸汽機的發明，使得一次能源能夠以“蒸汽”為媒介，“轉化”為機械能加以運用。但是，蒸汽的生產、傳輸和轉化效率有限，使得能源“轉化運用”的場景侷限在鐵路、紡織、機械製造等工業部門。直至電的發現和電力技術的發展，人類可以將一次能源大規模、高效率地轉化為電能進行運用，第二次工業革命也因此到來。
電能生產的高效性、傳輸的便捷性、終端的多樣性、使用的清潔性等諸多優勢，使得電能走進千家萬戶，電器成為人人必備。隨著智能電網、泛在電力物聯網等快速發展，電力技術正與信息技術深度融合，能源消費進一步朝向以電為中心。
我國電能佔終端能源消費比重（終端電氣化）2018年已達到25.5%。終端電氣化率超過50%將是我國能源消費革命取得突破的重要標誌，用能方式將實現以“轉化運用”為主導的歷史性轉折。
為深入研究能源清潔化率和終端電氣化率兩個指標的發展趨勢，根據自主構建的中國經濟-能源-環境一體化模型，對“兩個50%”進行系統的量化研究分析。
圖1 中國經濟-能源-環境模型
能源清潔化率在2050年達到50%
一次能源需求總量近期緩慢增長，有望“止步”於59億噸標準煤。一次能源需求增長正逐步放緩，2025年達到55億~56億噸標準煤，之後進入增長飽和階段，2030年開始進入峰值平臺期，基本保持在58億~60億噸標準煤範圍。
圖2 我國一次能源需求預測（按發電煤耗法計算）
能源清潔化率2050年將達到50%以上，2025年前水能仍是最主要的非化石能源品種，2030年後風能將成為最主要的非化石能源品種，2040年後太陽能將成為第二大非化石能源品種。
能源清潔化率增長快速，2025年、2035年、2050年分別增至22%、37%、61%。水能受資源開發潛力約束，2040年後發電量保持穩定，佔一次能源需求的比重略有下降，2020-2050年期間保持8%~9%。核能發電量同樣在2040年後保持相對穩定，2050年佔一次能源需求8%。風能佔一次能源需求的比重分別為6%、12%、23%，太陽能佔一次能源需求的比重分別為3%、8%、16%。
圖3 我國一次能源需求中的非化石能源結構
非化石能源來源廣泛，技術成熟，未來增長速度加快。能源清潔化率有望於2045年即達到50%，分析其快速提升的原因：一是非化石能源品種多元、來源廣泛，除了核、水、風、光等能源之外，生物質能、地熱能、空氣能、潮汐能等多種能源亦具有較好的開發前景；二是新能源開發利用技術經濟性快速提升，光伏是2010-2018年成本下降最快的可再生能源，度電成本降幅超過77%，整體產業開始由政策驅動下的補貼週期轉向市場驅動下的平價週期；三是我國經濟發展和環境保護倒逼能源清潔低碳轉型，這在相當程度上促進了非化石能源的大規模開發利用，近年國家和地方產業政策不斷出臺，大力驅動了光伏、風電等產業發展，產業鏈已較為成熟，處於國際先進水平。
相比之下，化石能源需求量已進入平臺期，2025年後將快速下降。化石能源需求量在2025年前後達到峰值，峰值為43億噸標準煤。
煤炭需求量仍處於峰值平臺期，佔一次能源需求的比重持續下降。2020-2025年煤炭需求量約為27億~28億噸標準煤，佔一次能源需求的比重在2025年降至50%，比2017年下降近10個百分點；2025年後加速下降，2035年降至34%~36%，2050年降至15%~19%。石油需求量在2030年前後達峰，之後緩慢下降。2017年，石油佔一次能源需求的比重為18%，這一比重未來將緩慢下降，2050年降至10%。天然氣需求量及其佔一次能源需求的比重上升明顯。天然氣需求量在2040年達到峰值，約為6500億米3；2050年下降至5800億米3，佔一次能源需求的14%。
終端電氣化率在2050年達到50%
終端能源需求總量在2025年前保持低速增長，2030年後進入峰值平臺期。終端能源需求在2025年前保持1.2%~2.5%的增長率，2025年達到38億噸標準煤；2030年達到消費峰值，峰值水平為39億噸標準煤；2035年前後進入負增長階段。
電能逐步佔據終端用能的核心地位，工業部門電氣化“步伐穩”，建築部門電氣化“潛力大”,交通部門電氣化“速度快”。 隨著工業、建築、交通等各領域的電氣化、自動化、智能化發展，以及清潔電力供應在經濟和環境方面的優勢逐步顯現，全社會電氣化水平明顯提高。電能在2025年前可超過煤炭成為最主要的終端用能品種。終端電氣化率在2025年提升至32%，2035年、2050年分別增至40%、52%。
工業部門是傳統用電大戶，電能佔比將從2017年26%逐步提高到2035年43%，2050年繼續攀升至52%。
建築部門是目前電氣化水平最高的部門，未來提升潛力也最大，電能佔比將從2017年37%提高到2035年54%，2050年進一步提升到65%。
交通部門是電氣化增長速度最快的部門，我國鼓勵電動汽車產業發展，禁售燃油車呼聲越來越高，加之電動汽車結合自動駕駛、車聯網等技術應用加快滲透，城市短途客貨運電氣化潛力將逐步釋放，推動交通電氣化率從2017年近3%提升到2035年13%，2050年將達到35%。
圖4 各終端部門電氣化水平
工業部門隨著電供能設備技術經濟性提升和高質量工藝產品需求增加，電氣化水平不斷提升。一方面，傳統高耗能行業電能替代仍然具有較大空間。例如黑色金屬行業，隨著廢鋼資源利用的增加，高功率電弧爐的使用比例逐年攀升，同時軋鋼工藝所使用的軋鋼機等設備也消耗大量電能，2050年電能佔比有望達46%。
另一方面，高新技術產業和高端製造業電氣化水平普遍較高。數字化發展帶來工業製造轉型升級，高新技術產業和高端製造業快速發展，全自動化生產、精細化管控等需求旺盛，工業機械臂、5G傳輸通道、智能管控平臺、數據中心等逐步成為智能製造的核心環節，均需要電力驅動。
圖5 工業部門四大高耗能行業2050年電能佔比
建築部門為了滿足人民美好生活需要，電氣化水平將持續提升。例如，在製冷領域，住宅以戶用空調為主，公共建築隨著電製冷能效提升，普遍採用電力驅動的大型冷水機組，2050年電能佔比達91%；在採暖領域，考慮大氣汙染防治要求和供暖技術經濟性，集中式熱力（熱電聯供）、天然氣採暖、電採暖等多種方式將長期共存，2050年電能佔比達46%，北方“26+2”地區空氣源熱泵、蓄熱式電採暖推行力度較大，技術經濟性正在穩步提升；南方地區冬季採暖季短，蓄熱式電暖器、電熱膜、碳晶板等小型取暖設備具有較好推廣市場。
圖6 建築部門六大用能場景2050年電能佔比
交通部門重點在鐵路和公路客運領域快速提升電氣化率。公路領域2050年電能佔比可達41%，其中，公路客運電氣化潛力最大，除少量長途客運場景外，電動汽車基本可滿足公路客運用能需求。鐵路領域由於高鐵的大力推行，已實現較高水平的電氣化，2050年電能佔比約87%。
圖7 交通部門四大領域2050年電能佔比
以“電氣化加速”為著力點深入推進能源革命
持續推進能源革命，需要找好“著力點”。在達到“兩個50%”過程中，“電”處於能源供給和消費革命的關鍵位置。一方面，風、光、生物質等清潔能源主要轉化成電能加以利用，供給側清潔能源發電量不斷增加，成本逐年下探，客觀上會在消費側激發電力替代潛力。另一方面，由於電能的諸多優勢，特別是當前電力與信息的深度融合，使得很多領域開始“電氣化加速”。電力需求的持續攀升與環保低碳的剛性約束之間的矛盾，必然需要以電力生產的清潔化加以解決。
整體來看，“電氣化加速”不僅能夠有效促進我國能源向“能效高、結構優、安全有保障”的高質量目標發展，還可以支撐我國“新經濟”的快速發展，是推進能源革命的重要抓手。
提升能效水平。提升能效水平是能源發展的永恆主題，是實現我國能源高質量發展的必然要求。電能在終端利用水平較高，可以便捷高效地轉化為內能、光能、機械能等基本能量。
同時，電力系統智能化水平高於煤、油、氣等化石能源，更高比例的電能利用將促進更先進的技術和管理手段應用，促進節能從當前的技術節能向管理節能和系統節能轉型升級。經測算，在中長期尺度下，電氣化率每提升1個百分點，有望減少終端能源消費約0.5億噸標準煤，帶動能源消費強度降低4%左右。
促進低碳轉型。低碳化是新一輪能源變革發展的必然趨勢，是實現我國能源高質量發展的重要內涵。80%以上的清潔能源需要轉換為電能得以利用，或以電力為配置載體進一步轉換為熱能、氫能等能源形式。預計在2035年後，電氣化率每提升1個百分點，有望減少能源燃燒二氧化碳排放量約3億噸左右。
保障能源安全。能源安全是事關國家經濟社會發展和人民根本利益的全局性、戰略性問題，是實現我國能源高質量發展的應有之義。在我國能源對外依存度持續攀升的背景下，加強終端能源消費的電氣化率，併發揮我國能源資源稟賦優勢，利用可再生能源和清潔煤炭滿足終端電力需求，將有效提升能源安全水平。根據模型測算，若電氣化率提升1個百分點，有望降低能源對外依存度0.5~1個百分點。
支撐新經濟發展。以數字經濟、智能經濟、共享經濟和體驗經濟為代表的“新經濟”，是助力我國經濟高質量發展的“新生代”力量，也是社會發展現代化與智能化的驅動引擎。
在“新經濟”發展過程中，電能是信息採集、傳輸、處理、存儲的能量來源。在信息採集和傳輸環節，5G等前沿技術將需要電能作為重要支撐；在信息處理和存儲環節，數據中心將消耗大量電量，2017年我國數據中心總耗電量達到1200~1300千瓦•時[1]，佔總用電量的2%左右。可以預期，未來“新經濟”的發展將需要更大規模、更優質、更可靠的電能予以支撐，電能將佔據“新經濟”領域主體能源的地位。
（來源：微信公眾號 能源雜誌 ID：energymagazine 作者：湯芳 張寧 代紅才 作者單位：國網能源研究院 ）
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