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全球电力市场分析:2017年全球发电量达2.6万TWh,风电新增装机52GW,光伏新增98GW

国际能源网能源资讯频道  来源:国际能源网  作者:胡炫清  日期:2018-09-13
    电力跟经济发展和人类生活戚戚相关。电力来自一次能源,为了保障国家能源供应安全,其来源实行多元(种类)化和多源(渠道)化的供应模式。
 
    电力生产可以分为两大类:化石燃料生产电力和清洁能源(核能和再生能源)生产电力。目前占主导地位的是化石燃料生产电力,特别是燃煤发电和燃气发电。尽管再生能源生产的电力比例不高,但在逐年排挤化石燃料生产电力。
除了水力发电以外,可以在任何地方生产电力,即就地解决,各国解决方式各有不同,即电力生产结构不同,因此,电力在国家之间的贸易只有1~2%之间,远低于石油和天然气贸易。
 
    本报告分为两大部分:化石燃料发电和清洁能源发电。本报告收集并整理了最新数据来描述全球电力发展的概貌。
 
    主要国家电力生产量 
 
   根据《BP Statistical Review of World Energy June 2018》的报告,2017年电力产量仅比2016年增加2.8%。中国是世界上电力生产最多的而且是增幅最大的国家,发电量为6495.1 TWh,比2016年增加了6.2%,占世界总量的25.4%;而美国经济不景气,2017年发电量为4281.8 TWh,比去年减低了1.3%,占全球总量的a16.8%。
 
    2013~2017年主要国家的电力生产量(单位:TWh)
 
    人均能源消费和电力消费
 
    人均能源消费量和人均耗电量在一定程度上反映一个国家或地区经济发展水平和人民生活水平。根据美国中央情报局2016年的数据,人均能源消费量和人均耗电量最多的国家是冰岛和列支敦士登。虽然中国电力产量居世界首位,但人均能源消耗量居世界第63位。
 
    全球电力生产结构
 
    电力生产结构是指电力来自一次能源的比例,以%表示。根据REN21(Renewable Energy Policy Network for the 21st Century)2015~2018年的报告汇集成表。全球总发电量数据来自《BP Statistical Review of World Energy June 2018》。
 
    从表中看出,截止2017年全球再生能源发电占电力总量的26.5%,比2016年增加2%,也是增幅最大的一年。其中光伏发电和风电场增幅最高。
 
2010~2017年全球电力生产结构
 
    世界上最大的20座发电站
 
    目前,世界上最大的发电站是中国三峡水电站,该发电站采用了32台弗兰西斯水轮机(Francis turbines),每台功率700MW,另外还有两台50MW涡轮机发电,装机容量共计22500MW。它是世界上最大的核电站——日本柏崎刈羽核电站(Kashiwazaki-Kariwa,7965MW)的两倍多。2017年正在建设的中国白鹤滩水电站(Baihetan Dam,16000MW)和巴西贝罗蒙特大坝(Belo Monte Dam,11233MW),都无法跟三峡水电站的装机容量比拟。
 
    尽管三峡水电站难以抗衡,但有拟建的刚果英戈大坝( Grand Inga Dam),设计的装机容量达39000MW,将超过所有的发电站的装机容量,包括三峡大坝。另外一个拟建发电站——俄罗斯勘察加半岛品仁纳湾潮汐电站( Penzhin Tidal Power Plant),装机容量达87100MW,也超过了三峡水电站。
 
    在世界上前20位发电站中,中国水力发电占有5席,均为水力发电。世界上最大的20座发电站每年都有所变动,加拿大罗伯特-布拉萨大坝从原有的第17位冲到第7位;韩国古里核电站发展压水反应堆也冲入第13位,超过本国的韩蔚核电站和韩光核电站。另外值得注意的是燃煤发电和燃气发电已经踢出前20强了。水力发电和核能发电均属清洁能源发电,独霸前20强,化石燃料发电的地位逐步降低。
 
    世界上最大的20个电站
 
    化石燃料生产电力
 
    电力是现代社会生产和生活的重要物质基础。随着各国工业化的发展,人类对电力的需求年年增长。能否提供大量廉价而优质、可靠的电力,直接关系国家经济发展的进程。
 
    电力来自何处?以下表格清楚告诉您了。表中2010~2015年数据来自国际能源署(IEA)《Key world energy statistics》报告的数据,而2016~2017年全球发电量及各种一次能源发电量的数据来自《BP Statistical Review of World Energy June 2018》。
 
    化石燃料发电仍然占据主导地位,其中以燃煤发电为主,其次是燃气发电,而燃油发电份额很小。2010年化石燃料发电占全球发电总量的67.4%,到2017年仍然保持在64.7%,但有所回落;而清洁能源主要是再生能源发电逐年上升速度较快。
 
 全球电力生产结构汇总
 
    由于燃煤发电价廉,一直居高位,2010年占全球发电总量的8698/21577.7= 40.3%,到2017年回落速度缓慢,仍然保持在9723.4/25551.3= 38.1%。2017年最大的燃煤发电生产国是中国,占全球燃煤发电总量的4360.9/9723.4= 44.8%,其次是美国,占总量的1314/9723.4= 13.5%,比去年有所回落。
 
燃煤发电(单位:TWh)
 
    燃油发电占化石燃料发电份额较少,2017年仅占全球发电总量的883/25551.3= 3.5%。燃油发电最多的国家是沙特阿拉伯,占燃油发电总量的154.3/883= 17.5%,其次是日本,占54.8/883= 6.2%。
 
燃油发电(单位:TWh)
 
    燃气发电发展较快,主要是美国。由于美国页岩气开发成功,助长了燃气发电的增长。2017年美国天然气产量有60%来自页岩气。2017年美国燃气发电占全球燃气发电总量的1368.7/5915.3=23.1%,占全球发电总量的1368.7/25551.3=5.4%。
 
    俄罗斯本身具有丰富的天然气资源,适合于燃气发电,但居第二位。日本利用进口的液化天然气助力燃气发电的增长,燃气发电的增长又刺激了全球天然气液化工业的增长,居第三位。值得注意的是中国2017年燃气发电进入全球第6位,开始增长势头。
 
燃气发电(单位:TWh)
 
    燃煤发电仍然霸占全球电力生产的主导地位,主要生产国是中国,居第一位却是台湾台中发电厂。另外一种燃煤发电是泥炭发电,所占比例较小。泥炭(Peat)是煤的前身,是煤化程度最低的煤。泥炭是由动植物遗骸,主要是植物残体,受到微生物和介质作用,经过分解和合成的变化而形成的一种有机物质。泥炭发电主要在欧洲国家如俄罗斯、芬兰、爱尔兰等。
 
 
    燃油发电可分为燃料油(Fuel oil)发电和油页岩(Oil shale)发电两种,但其总体规模比燃煤电站和燃气发电都小。虽然世界上最大的燃料油电站是在沙特阿拉伯的舒艾拜发电及海水淡化厂,但是利用燃油发电最多的国家是日本。
 
    页岩油与致密油的概念不要混淆。从油页岩提炼出来的石油称为页岩油。媒体上经常出现页岩油字样,不是从油页岩提炼的,而是从页岩层经过分段水力压裂开采出来的轻质原油,在学术上称为致密油(tight oil)。美国的“页岩革命”所提到的页岩油实际上指致密油,一种轻质原油。
 
    油页岩(oil shale) 或称干酪根页岩(kerogen shale),是一种富含有机质、具有微细层理、可以燃烧的细粒沉积岩。油页岩中绝大部分有机质是不溶于普通有机溶剂的成油物质,俗称“油母”。因此,又称为“油母页岩”。油页岩的含油量一般为4~20%,有的高达30%,可以直接提炼石油。
 
    表中油页岩电站所使用的燃料不是页岩油,而是油页岩。
 
 
    天然气发电是指利用天然气产生电力。燃烧天然气把水变成蒸汽,再用蒸汽推动汽轮机带动发电机运转而发电,属于一般的火力发电,其效率较低。天然气联合循环发电则是将天然气燃烧时产生的高温烟气,推动燃气轮机,进行一级发电,然后再利用燃气轮机排出的高温烟气加热水,产生蒸汽推动汽轮机,进行二级发电。这就是联合循环发电,效率较高。
 
    由于燃烧天然气热效率高,排放的污染物又较其它燃料少,因此被认为是最清洁的发电燃料。目前天然气联合循环发电的技术已相当成熟。已进入商业运作,且规模很大。
 
    天然气发电厂运行灵活,机组启动快,既可基荷发电,也可以调峰发电,便于接近负荷中心,提高供电可靠性,并减少送变电工程量;但是天然气发电项目承担的经济风险要高于燃煤发电厂项目,特别是液化天然气发电成本高,一般要大大高于燃煤电站,因而天然气发电厂多用于调峰。
 
    燃气发电量最多的国家是美国、其次是俄罗斯,但是燃气发电站最多的是日本,日本早在20世纪70年代就开始利用进口的液化天然气(LNG)发电。
 
全球十大燃气电站
 
    核能发电
 
    核能发电是用铀制成的核燃料在“反应堆”的设备内发生裂变而产生大量热能,再用处于高压力下的水把热能带出,在蒸汽发生器内产生蒸汽,蒸汽推动汽轮机带动发电机一起旋转而发电,并通过电网输送给消费者。
 
    根据《World Nuclear Association 2018年7月》的报告,全球核能发电在逐步增长,2017年核能发电量达到2519 TWh,人均核电用电量为10.6%。美国是世界上核能发电量最多的国家,2017年有99座核反应堆,生产805.0 TWh,占全球核能发电量总量的805/2519=32%,其次是法国为379.1/2519=15%;而德国、英国则处于停滞发展阶段。
 
    表中“%e”表示核能发电占发电总量的百分率。全球核能发电占全球发电总量的10.6%,其中法国高达71.6%。
 
2018年7月主要国家核反应堆及铀需求
 
    中国核能发电进展较快,已经跃居全球第三位,但是2017年核能发电占发电总量仅为3.9%,远低于全球平均值10.6%,差距仍然很大。论核能发电的发展速度,中国发展最快,在建的核反应堆最多,达17座。拟建的有43座。这是其他国家无法相比的。
 
    中国核能发电量及占发电总量的份额

 
    世界上最大的核电站是日本柏崎刈羽核电站,装机容量为7965MW,但2011年已经停工。值得注意的是韩国核电站进展很快,前十位核电站就占有4席,把美国和日本都摔到后面。
 
全球最大的前十座核电站
 
    再生能源发电
 
    再生能源发电是电力发展的重要方向,中国是再生能源发电的大国,根据2017年的数据,中国发电量为1674.9TWh,美国为729 TWh,高出1.3倍。中国再生能源发电得力于水力发电,水力发电占再生能源发电的1155.8/1674.9=69%;中国清洁能源发电占发电总量比较低,为(248.3+1674.9)/6495.1=29.6%;美国清洁能源发电占发电总量的(847.3+729)/4281.8=36.8%,高于中国,其原因是美国核能发电远高于中国,而中国化石燃料发电量高于美国。
 
2017年主要国家发电来源 (单位:TWh)
 
    水力发电
 
    水力发电(Hydropower)是利用工程措施将天然水能转换为电能的过程。是水能利用的基本方式。优点是不消耗燃料,不污染环境,水能可由降水不断补充,机电设备简单,操作灵活方便。但一般投资大,施工期长,有时还会造成一定的淹没损失。水力发电常与防洪、灌溉、航运等相结合,进行综合利用。
 
    根据2014~2018年《Renewables Global Status Report,REN21》的汇总统计见表,2018年全球水力发电装机容量达到1114GW。装机容量最多的国家是中国,占全球总量的28%,其次是巴西、美国、加拿大、俄罗斯和印度。
 
水力发电装机容量最多的国家(单位:%)
 
 
    根据《BP Statistical Review of World Energy June 2018》的报告,中国水力发电量居世界之首,2017年占全球水力发电量的1155.8/4059.9=28.5%;其次为加拿大、巴西。
 
水力发电量最多的国家(单位:TWh)
 
    根据2018年《International Hydropower Association,iha》的报道,2017年水力发电生产的电力达4185 TWh,减少了约40亿吨的温室气体和有害污染物的排放。2017年全球水力发电装机容量达1267GW,包括153GW抽水蓄能。本年增加了21.9GW装机容量,包括3.2GW的抽水蓄能电站。2017年东亚和太平洋地区快速增长,增加了9.8GW,随后是南美洲(4.1 GW)、中南亚(3.3 GW)、欧洲(2.3 GW)、非洲(1.9 GW)和中南美洲(0.5 GW)。中国是世界上最大的水力发电生产国,估计全球增加的装机容量一半9.1 GW在中国,随后是巴西 (3.4 GW)、印度 (1.9 GW)、葡萄牙 (1.1 GW) 和安哥拉 (1.0 GW)。
 
2017年主要国家水力发电
 
    水力发电分为四种类型:常规水电站、抽水蓄能电站、径流式水电站和潮汐能电站,其中常规水电站占主导地位。
 
    1、常规水电站(Conventional Hydroelectric Power Stations)
 
    常规水电站是利用天然河流、湖泊等水能的发电站。世界上最大的水力发电站是在中国的三峡发电站(Three Gorges Dam),装机容量达22500MW。
 
    世界上最高的大坝在中国雅砻江上流的锦屏-I大坝(Jinping-I Dam),混凝土高拱坝,坝高305米,2013年建成。2020年最高的大坝将是大渡河上的双江口大坝(Shuangjiangkou Dam),坝高312米。
 
    世界上最大的坝体是巴基斯坦塔贝拉大坝(Tarbela Dam),1976年建成,构筑物高达143米,体积为153百万立方米,装机容量3478MW。
 
    世界上储水量最多的大坝是津巴布韦和赞比西的赞比西河上的卡里巴大坝(Kariba Dam),其次为俄罗斯安加拉河上的布拉茨克大坝(Bratsk Dam)和加纳沃尔特湖的阿科松博坝(Akosombo Dam)。我国丹江口大坝(Danjiangkou Dam)居第20位。
 
全球十大常规水电站电站
 
    2、抽水蓄能电站(Pumped Storage Power Station)
 
    抽水蓄能电站一般利用电力系统多余的电量(汛期、假期或后半夜低谷电量),将下水库的水抽到上水库储存;在系统负荷高峰时,将上水库的水放下,由水轮机驱动水轮发电机发电。具有调峰填谷的双重作用,是电力系统最理想的调峰电源。此外,它还可以调频、调相、调压和作为备用,对保障电网的安全优质运行和提高系统经济性具有重大作用。
 
    抽水蓄能电站本身不产生电能,而是在电网中起协调发电与供电矛盾的作用;在短时间负荷高峰时调峰作用巨大;启动及出力变化快,可保证电网的供电可靠性,提高电网的供电质量。
 
    世界上第一座抽水蓄能电站是瑞士于1879年建成的勒顿抽水蓄能电站。当今世界上最大的抽水蓄能电站是美国巴斯康蒂抽水蓄能电站,装机容量达3003MW,其次为中国惠州抽水蓄能电站,装机容量为2448 MW,广东抽水蓄能水电站(Guangdong Pumped Storage Power Station),装机容量为2400MW。
 
全球十大抽水蓄能电站
 
    3、径流式水电站(run-of-the-river hydroelectric power station)
 
    径流式水电站,又称“无调节水电站”。水电站的出力完全取决于河川径流量的大小,对天然水流(河川径流)无调节能力。为了充分发挥设备的效益,径流式水电站多在负荷曲线的基荷部分工作。无调节水库的电站称为径流式水电站。此种水电站按照河道多年平均流量及所可能获得的水头进行装机容量选择。
 
    世界上最大的径流式水电站是美国约瑟夫酋长大坝(Chief Joseph Dam),装机容量为2620MW。
 
全球六大径流式水电站
 
    4、潮汐能电站 (Tidal Power Stations)
 
    潮汐能电站是利用海水周期性涨落运动中所具有的能量来发电的发电站,其水位差表现为势能,其潮流的速度表现为动能。这两种能量都可以利用,是一种可再生能源。
 
    世界上最大的潮汐电站是韩国始华湖潮汐电站(Sihwa Lake Tidal Power Station),装机容量为254MW。中国最大的潮汐电站是江厦潮汐电站(Jiangxia Tidal Power Station ),装机容量仅为3.9MW。
 
    拟建中的俄罗斯勘察加半岛品仁纳湾潮汐电站( Penzhin Tidal Power Plant),装机容量达87100MW,年发电量可达200TWh,将成为世界上最大的潮汐电站。
 
全球5大潮汐能电站
 
 
    风电场发电
 
    风电场(Wind Farm),又称“风力发电场”。由一批风力发电机组或风力发电机组群组成的电站。通常按照风电场址的主导风向和地形,将机组排成阵列,尽量减少相互间的尾流影响。风电场可以安装在陆地上,也可以安装在海洋上。
 
    风力发电的成本接近天然气发电,是目前较经济的再生能源之一。海上风能比陆上多40%的产能,但装置成本比陆地高60%,并且风险高。尽管如此,与成本昂贵的光伏发电比较,发电量大的离岸风力发电仍然显示出优越性。
 
    根据《Renewables 2018 Global Status Report,REN21》报告,2017年装机容量增加到539GW,年增加52GW。
 
全球风电场装机容量(单位:GW)
 
    根据全球风能理事会《Global Wind Energy Council:Global wind power: 2017market and outlook to 2022》的报告,风力发电装机容量最多的国家是中国。
 
2017年12月风力发电前十位国家
 
    根据《Renewables 2018 Global Status Report,REN21》报告,风轮机主要被西欧国家占领,中国风轮机制造商占全球份额的21.2%。
 
2017年世界上主要风轮机制造商
 
    根据《BP Statistical Review of World Energy June 2018》的报告,2017年全球风电场年增长21.9%,发电量为1122.7 TWh,其中发电量最多的国家是中国,中国于2016年超过美国,年增长21.0%,发电量为286.1 TWh,占全球总量的286.1/1122.7=25.5%。
 
风电场发电最多的国家(TWh)
 
 
    风电场可以设置在陆地,也可以安置在海面上。陆地上最大的风电场是中国甘肃酒泉风电基地,而海洋最大的风电场在英国伦敦阵列。
 
世界上十大陆地风电场
 
 
全球十大海洋风电场
 
    太阳能发电
 
    太阳能发电(Solar Power)是将太阳能转换成电能。其基本途径有两种:
 
    ⑴ 光发电(Photovoltaics ,PV),即光伏发电。将太阳能电池组合在一起,大小规模根据需要而定,可独立发电,也可并网发电。使用较广的一种装置是“太阳电池板”(由很多光电池串联、并联而组成的阵列),可产生若干瓦以至千瓦级的功率。
 
    ⑵ 热发电(Solar thermal,CSP),即太阳能热发电。主要是把太阳的能量聚集在一起,产生高温来驱动汽轮机发电。热发电的方法较多。有用反射镜群把太阳能聚集到离地面数米或更高处的锅炉上,产生蒸汽驱动汽轮机发电的;有利用海面被太阳晒热,水温升高,而深海数十米或百米处的海水温度低,以液氨为工质组成热力系统发电的,称为“太阳能海水温差发电”。
  
    太阳能热发电所占份额很小,光伏是太阳能发电主要形式。光伏指射线能量的直接转换。在实际应用中通常指太阳能向电能的转换,即太阳能光伏。
 
    根据2017年《Renewables 2018 Global Status Report,REN21》的统计,2017年全球光伏装机容量增加了98GW。
 
全球光伏装机容量(单位:GW)
 
 
    根据《BP Statistical Review of World Energy June 2018》的报告,2017年全球太阳能发电占全球发电总量的442.6/25551.3=1.7%,占再生能源发电总量的442.6/6394.0=6.9%,其份额较少,但进展较快。
 
    太阳能发电最多的国家是中国,占全球太阳能发电总量的108.2/442.6=24.4%,而美国居第二位。
 
太阳能发电最多的国家(单位:TWh)
 
    光伏电站已经是商业化的成功运行的发电站。中国光伏工业发展是世界上最快的,腾格里沙漠太阳能公园和大同光伏领跑者已经冲过龙羊峡水光互补光伏电站居世界第一。
 
2017年世界上最大的光伏电站
 
 
    太阳能聚光发电(Concentrated solar thermal)是依靠聚光集热转换成热能再转换成电能进行发电。太阳能热发电由集热、输热、储热、热交换系统和汽轮发电机组成。太阳能集热系统有碟式聚光系统、槽式聚光系统和塔式聚光系统三种类型。太阳能发电站投资大,技术尚不成熟,目前还未大规模投入商业运行。
 
全球10大太阳能聚焦热电站
 
    电力的国际贸易
 
    能源的国际贸易是多样化的:原煤与焦炭、石油及产品、管输天然气与液化天然气,并由此产生的电力都能够参与国际贸易。
 
    在能源贸易中,只有天然气和电力必须通过网络贸易,即天然气通过管道到户,电力经由电线路到户。
 
    天然气和电力有很大区别:
 
    1、天然气只能在油气田生产,而除了水力发电以外,电力生产方式多种并产地多处。
 
    2、天然气能够被其它燃料所替代,而电力则不能。
 
    3、天然气管道跨国线路数千公里,而电力线仅与邻国相连。
 
    4、天然气国际贸易量很大,可达产量的30%,而电力国际贸易量仅为1~2%之间。
 
    根据世界气体协会(IGU)发布的《Natural Gas:The Energy for today and future 2017》的报告中,讲述能源输送的损失,100份天然气到用户可以获得92份,而100份电力来源,输送到用户,只能获得32份。
 
 
    根据《Global Energy Statistical Yearbook》的统计,电力净进口国家主要是意大利、美国和巴西。电力净出口国主要是加拿大、法国和巴拉圭。
 
电力净出口前十位国家(单位:TWh)
 
电力净进口前十位国家(地区)(单位:TWh)
 
 
 
 
 
 
 
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