发电形式替代定义与替代趋势
1.替代定义
新型能源发电对传统能源发电的替代定义如下：从技术指标方面，可以定义为装机容量、发电量等达到一定相对变化;从经济指标方面，可以定义为度电成本、建设成本、回收期等形成一定的比较优势;从资源、环境和社会角度，也可以定义为新型能源发电具备了垄断性优势。
长期来看，传统能源发电的技术经济指标仍然占优，而新型能源发电的资源、环境和社会评价保持领先。因此，替代不应局限于绝对数值上的超过与否，而是劣势减少、优势扩大的趋势发展至一定程度，即可视为替代。
2.替代趋势
整体来看，新型能源发电将在2040年前后，对传统能源发电产生较为明显的替代效应。我国传统与新型能源发电的累计装机容量预测如图3所示。由图3可见：传统能源发电的累计装机容量在2030年前后增长逐步趋缓，在2040年后基本保持不变;新型能源发电的累计装机容量在2050年前都将保持稳定增长，并在2040年前后占据总装机容量的三分之一以上。
图3 传统能源发电与新型能源发电的累计装机容量预测
从新增装机容量角度分析传统能源发电和新型能源发电的竞争趋势，结果如图4所示。由图4可以看出：新型能源发电对传统能源发电的替代趋势更为清晰;在2040年后，传统能源发电的新增装机容量处于较低水平，而新型能源发电的新增装机容量保持稳定，净增装机容量90%以上将来自于新型能源发电。
图4 传统能源发电与新型能源发电的新增装机容量预测
发电形式替代范围与替代时间点
新型能源发电对传统能源发电的整体替代时间点为2040年前后，但需要进一步详细分析两种发电形式的替代可行性和替代时间。
1.替代范围
两种发电形式的替代需要充分考虑规模、效率、经济性、环保、资源、地区等因素的相似性和相对优势。例如沿海地区的核电机组，其可以较好地替代燃煤机组，是因为规模、稳定性、地区等因素的相似性，以及在环保、资源等方面的相对优势。
燃煤发电占据我国装机容量和发电量的主要比例。以燃煤发电替代为例，将新型能源发电形式的替代潜力汇总见表3。余热发电、燃料电池、光伏发电、波浪能发电、地热发电等由于在规模、经济性、地区等方面与燃煤发电存在显著差异，不列入替代形式之中。
表3 新型能源发电形式对燃煤发电的替代潜力
由表3可以看出，新型能源发电形式中，还没有可以全方位替代燃煤发电的发电形式。综合各项因索，可能替代燃煤发电的发电形式中，替代能力由强到弱依次为核能发电、生物质发电、陆上风电、垃圾发电、潮汐能发电、光热发电和海上风电。其中，核能发电作为替代能力最强的发电形式，随着将来技术进步和内陆核电政策变化，地区因素和建设成本两方
而的不足将逐步改善，可以较好替代燃煤发电。
生物质发电和垃圾发电作为火力发电中的两种新型能源发电，在地区因素方面与燃煤发电具有较高相似性。生物质发电在年利用小时数、资源环境和社会评价方而替代能力不足，而垃圾发电在规模、成本方而替代能力不足，可以考虑将二者作为替代进程中的有效补充。
陆上风电和海上风电在规模、年利用小时数、地区等方而替代能力不足。潮汐能发电选址较为局限，建设成本和度电成本也偏高，替代同地区燃煤机组可行性较小。
光热发电可以实现较大装机容量，配合蓄能技术可以实现稳定发电;但建设成本和度电成本偏高，而且现有技术下需要在太阳能资源丰富地区建设。随着光热发电的技术和产业发展，以上不足改善后替代潜力较大。
2.替代时间点
以核能发电替代燃煤发电为例，分析替代时间点。根据两种发电形式的固有特点，燃煤发电的能源转换效率、建设成本等方面优于核能发电，而核能发电的装机规模、年利用小时数、机组寿命等方面优于燃煤发电，资源制约、环境影响和社会效益等方面两者基本相当。
地区因素和度电成本是影响替代较明显的两个指标。燃煤发电与核能发电选址难度趋势对比如图5所示。由图5可以看出：燃煤发电随着排放标准提高、发电煤耗降低、空冷技术和循环流化床技术的应用推广等趋势，选址与水源、煤矿、港口、市区等的距离因素约束将逐步淡化，选址范围逐步扩大;核能发电随着技术进步和政策变化，选址范围也将逐步扩大，特别是内陆核电政策限制如果放开，将显著加速这一进程。
图5 燃煤发电与核能发电选址难度趋势对比
燃煤发电与核能发电度电成本趋势对比如图6所示。由图6可以看出：长期来看，燃煤发电的度电成本随着环保要求和煤炭价格的上升将有一定幅度增加;核能发电的度电成本则更多来自于建设成本，预计将随着第3代核电技术的推广而短期上升，并随着第4代核电技术成熟而逐步回落。我国核能发电的度电成本最终将低于燃煤发电，与法国、美国等核电先进国家趋势相似。
图6 燃煤发电与核能发电度电成本趋势对比
由于核能发电的固有特点和安全要求，选址难度与燃煤发电的差距缩小至20%以内时，核能发电己经可以在相当比例的地区替代燃煤发电，相应的时间点约在2033年前后。度电成本方面，燃煤发电与核能发电的度电成本将在2036年前后出现交叉，随后核能发电的度电成本优势将持续增大。综合以上两个时间点，预计核能发电对燃煤发电的替代时间点约在2035年前后，早于新型能源发电对于传统能源发电的整体替代时间点约5年，成为发电形式替代的典型代表。
预计到2035年时，燃煤发电的累计装机容量将下降至8.0亿kW左右，而核能发电的累计装机容量将上升至1.7亿kW左右，达到燃煤发电累计装机容量的五分之一。2035年后的新增装机容量方面，核能发电相比燃煤发电将保持稳定的优势，替代进程也将持续推进。
3.不同情景下的替代时间点
在上述替代时间点分析中，各项指标和趋势取当前典型值。当煤炭价格等指标出现变化时，替代时间点也会出现相应的提前或滞后。
上节分析中燃煤价格取500元/t并逐步上升，设为情景1。对于较低燃煤价格(300元/t)、较髙燃煤价格(700元/t)和髙燃煤价格(900元A)，分別设为情景2、3、4。以度电成本为例，分析不同燃煤价格情景下的替代时间，结果如图7所示。由图7可以看出：燃煤发电不同情景之间的度电成本差异，将随着整体效率提升而缓慢缩小;燃煤发电和核能发电的度电成本较为接近，因此燃煤价格的差异对于替代进程影响明显;从度电成本角度而言，燃煤价格适中的情景1的替代时间点为2035年前后，而燃煤价格较低的情景2的替代时间点为2040年前后，相比推迟5年;燃煤价格较高的情景3中核电替代优势扩大，替代时间点提前至2030年前后;燃煤价格很高的情景4中，替代时间点将提前至2025年前后;当燃煤价格出现超过情景4的极高价格情况下，燃煤发电的度电成本将持续高于第3代核电和第4代核电，将进一步加速替代进程。
图 7 不同情景下燃煤发电与核能发电度电成本趋势对比
