电能替代模式及潜力分析

华北电力大学 张予燮 谭忠富

引言：随着环境污染问题的日益严重，能源清洁化消费逐渐受到重视。清洁能源风能、太阳能源等及二次能源电能具有清洁、高效的特性，利用清洁能源替代传统化石能源可有效提高能源利用效率、实现节能减排。新电改的深入推进及能源互联网的快速发展对能源转型提出了新要求，实施电能替代具有重要战略意义。电能替代是指在能源消费侧利用电力能源代替煤、油、气等常规终端能源，在能源供给侧利用清洁发电代替化石能源发电，以提高电能及清洁发电的占比。

1.电能替代类别分析

电能替代包括供给侧清洁能源替代及消费侧电能替代两大类别。供给侧清洁能源替代主要以太阳能、风能、水能等清洁能源替代化石能源，从地域类型而言，包括区域内清洁替代和跨区域清洁替代。消费侧电能替代是在消费终端利用电能替代煤、天热气、石油等能源的直接消费，主要包括以电代煤、以电代油、以电代气三种模式。

1.1 能源供给侧清洁替代

在能源供给侧实施清洁能源对化石能源的替代，从源头上解决能源供应面临的资源约束和环境约束问题，实现能源可持续发展。能源供给侧清洁替代包括区域内替代和跨区域替代两种模式，通过利用能源间的互补特性，能减少化石能源消耗、降低弃风弃光。

1.1.1 区域内清洁替代

随着能源革命的推进，能源结构优化调整，清洁能源发电如风电、光伏发电、生物质发电在电源结构中的比例提升。利用不同能源之间的互补性，在区域内发展清洁能源发电，能推进能源结构的绿色转型。

风电是当前发展较快的清洁能源发电方式，我国风力资源丰富、开发技术成熟，因而大力发展风力发电对于我国能源战略具有重要意义。太阳能是分布范围广的清洁能源，当前分布式光伏是光伏发电的主要模式。我国电网的运行调度水平不断提高，清洁能源发电技术也逐步成熟，清洁能源装机占比提高，因而推进区域内清洁能源替代工作，能推动能源结构的优化调整，实现能源的长效持续发展。

1.1.2 跨区域清洁替代

我国主要的化石能源及清洁能源基地均主要集中在西北部地区，但是电力负荷消费中心集中在东部，资源与负荷的逆向分布限制了我国强波动性的清洁能源的利用率。合理的跨区域调度能实现电力行业的节能减排、减少弃能、降低电力投资，通过清洁能源跨区域外送，实现跨区域清洁能源替代，降低外送区域的化石能源消耗、减少环境污染。

常见的跨区域清洁替代模式包括风电独立外送替代、风火打捆外送替代、风光火联合外送替代、风火水联合外送替代等。跨区域清洁替代能推动清洁电源因地制宜发展，应合理利用市场资源配置的基础作用，理清清洁替代及电价机制，实现跨区域资源合理配置。构建政府监管下有序的跨区域清洁替代市场，能提升清洁能源利用能效，能满足不同区域用户的个性化电力需求。

1.2 能源消费侧电能替代

电能是一种重要的终端能源，在能源消费侧开展电能替代能提高电能在终端消费中的比例，减少化石能源等产生的污染。在能源消费终端，电能通过替代煤、天热气、石油等化石能源的直接消费，实现节能减排，其模式主要包括以电代煤、以电代油、以电代气，其主要替代方式如表1所示。

（1）以电代煤替代模式

目前以电代煤是实施效果最好的电能替代模式，替代领域主要为北方冬季采暖、热水供应等。在能源消费终端，运用电气设备替代传统的煤设备，能减少煤炭的消费，当前主要的替代方式为利用电采暖设备替代燃煤锅炉以及用电炊具替代燃煤炉灶。不同的电采暖设备替代时各具优势，电暖器可控性高、占用空间小、可利用低谷电加热，热泵既可制冷也可制热、能源效率高，蓄热式电锅炉调节方便快速、具有削峰填谷的作用。

表1 电能替代的主要模式

（2）以电代油替代模式

以电代油的应用以交通运输最为广泛，同时在工业及农业领域也有很强的替代潜力。石油在消费终端的使用给环境造成了压力，特别是汽车尾气排放了大量污染，利用电动汽车、电窑炉、电泵等对燃油设备进行替代，具有很强的社会经济效益。目前我国正在大力推广电动汽车的发展，电动汽车具备起步快、零排放、噪声小、能耗低等优势，能优化城市生态。

（3）以电代气替代模式

相较于前两种模式，由于天然气产生的污染较少，目前以电代气实施范围有限，但随着国家能源政策的调整，未来以电代气的适用范围将扩大。当前以电代气的领域集中在烹饪、采暖等主要替代方式包括推广电炊具、电热水器等电气设备。其中，电炊具在居民生活和餐饮业中的推广有效提高了厨房电气化水平，增加了烹饪过程的安全性。

2.电能替代潜力分析

随着能源革命的推进，我国煤、石油、天然气等化石能源在能源消费总量中占比下降，全社会用电量增长，电能在终端能源消费中占比提高。根据国家统计局能源统计数据，以历史数据为基础可预测不同替代情景下电能替代的潜力，本文选取以电代煤模式为例分析到2020年全国电能替代潜力。设定替代率分别为3%，5%，8%，10%，分析全国以电代煤模式的潜力，如表2所示。

则当2020年以电代煤替代率为3%时，可替代煤炭量9355万吨，可增加售电量约7606亿千瓦时，当替代率为10%时，可替代煤炭量31185万吨，可增加售电量约25354亿千瓦时。

表2 2020年全国以电代煤替代潜力分析

3.电能替代发展建议

当前电能替代市场潜力巨大，但部分居民对电能清洁替代方式接受度较低，应结合各地电能替代实施的典型案例，因地制宜、稳步有序地推进电能替代项目，更新电能替代项目商业模式，全面推进电能替代模式的实施。

3.1 完善财政补贴政策

由于目前电力设备的初始投资成本高于替代设备，因此补贴在电能替代推广中有积极作用，应梳理各领域电能替代重点项目，提供合理的购置补贴及电价补贴，以实现电能替代的经济性。在推广电能替代项目应用时，对低谷电价进行补贴，刺激用户使用低谷电力，大力发展储能技术。

3.2 推动区域内外电能替代业务的协同

一方面，优化发展清洁能源的就地消纳，推进能源电力供应结构的绿色化。另一方面，实施合理的跨区域配置，通过清洁能源跨区域外送实施不同区域间的清洁替代，实现能源的高效经济利用。政府应合理引导电网企业联合开展区域内外的电能替代业务，合理分配参与区域内与跨区域替代的比例。

3.3 建立健全新能源电力交易机制

创新价格及补贴机制，推广绿色证书交易，以促进风能、太阳能的消纳，缓解地域及时段的僵化性，以市场的手段实现资源最优配置。通过新的交易机制的建立，使清洁能源电力与传统电力并网销售，将环境价值计入电力成本，促进电力企业自身的技术革新，进一步推动清洁能源电力市场份额的增加。

4.结论

电能替代在我国能源战略中具有重要地位，本文分析了电能替代各种替代模式，并选取以电代煤为例对电能替代的潜力做了分析，在此基础上对电能替代未来的发展方向提出了相关建议。研究表明各地区应结合自身实际逐步发展电能替代业务，且电能替代具备较强的经济效益和环境效益，推广潜力巨大。