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三種缺電伴生:缺可用容量、缺環(huán)保指標(biāo)、缺煤
自2020年底湖南、江西有序用電以來(lái),2021年各地有序用電的情況時(shí)有報(bào)道。其中,9月底東北的拉閘限電因?yàn)橹苯佑绊懨裆秒?,引起了大量關(guān)注。缺電作為一種結(jié)果,除了經(jīng)濟(jì)強(qiáng)勁復(fù)蘇、氣溫高導(dǎo)致用電需求大漲外,供給側(cè)的原因并不相同,本輪缺電原因主要有三類:缺可用容量、缺環(huán)保指標(biāo)、缺煤。
缺可用容量:可用容量是能夠在各種工況下(尤其是峰值負(fù)荷時(shí))穩(wěn)定出力的電源裝機(jī)容量;各種電源裝機(jī)的累計(jì)可用容量,無(wú)法覆蓋用電負(fù)荷,發(fā)生缺電。
缺環(huán)保指標(biāo):部分區(qū)域?yàn)榱诉_(dá)到能源消費(fèi)強(qiáng)度和總量雙控的約束性指標(biāo),主動(dòng)限制電力消費(fèi)。
缺煤,煤電機(jī)組出力受阻:缺煤,部分煤電廠買不到煤,無(wú)法發(fā)電;煤價(jià)上漲,而煤電上網(wǎng)標(biāo)桿電價(jià)原地踏步,面粉貴過面包,部分煤電廠因多年虧損、資金鏈斷裂,無(wú)錢買煤。
分析各省區(qū)不同時(shí)期情況,以上三種缺電均存在:2020年底,湖南、江西缺可用容量有序用電,浙江缺環(huán)保指標(biāo)主動(dòng)限電。2021年5-6月,廣東、云南缺可用容量。2021年9月,廣東、山東、安徽、東北等多地因缺煤有序用電,陜西、寧夏、云南等地為達(dá)到能耗雙控目標(biāo)主動(dòng)限電,浙江因能耗雙控、缺煤、外送電下降等因素有序用電。其中遼寧、黑龍江為避免電網(wǎng)發(fā)生大規(guī)模解列,緊急拉閘限電,影響了民生,引起廣泛關(guān)注。
以上三種缺電中,缺煤短期內(nèi)有多種措施可解決,缺環(huán)保指標(biāo)有避免“運(yùn)動(dòng)式”減碳的政策方向,而缺可用容量的問題較為嚴(yán)峻復(fù)雜,也是本文主要探討的問題。
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東北拉閘限電溯源
(1)迎峰度夏期間,東北缺煤,電力供應(yīng)緊張
冰凍三尺,非一日之寒。
2021年7月以來(lái),受副熱帶高壓位置偏北影響,東北地區(qū)連續(xù)多日高溫,用電負(fù)荷屢創(chuàng)夏季新高。因?yàn)槿泵汉桶樯拿簝r(jià)高漲,東北地區(qū)電煤庫(kù)存持續(xù)下降,個(gè)別電廠電煤庫(kù)存低于警戒煤位,甚至存在缺煤停機(jī)風(fēng)險(xiǎn)。
7月19日,遼寧省出臺(tái)《關(guān)于調(diào)整遼寧省內(nèi)電熔鎂企業(yè)用電峰谷分時(shí)時(shí)段的通知》(遼發(fā)改價(jià)格﹝2021﹞255號(hào)),調(diào)整峰谷分時(shí)電價(jià)時(shí)段,引導(dǎo)電熔鎂企業(yè)錯(cuò)開晚高峰用電,削減電網(wǎng)高峰負(fù)荷。
7月28日,東北電網(wǎng)(黑龍江、吉林、遼寧、蒙東)用電負(fù)荷最高達(dá)到7058萬(wàn)千瓦,同比增長(zhǎng)8.2%;極熱無(wú)風(fēng),風(fēng)力發(fā)電僅3.4萬(wàn)千瓦,創(chuàng)歷史新低,不足風(fēng)電裝機(jī)(2020年底東北電網(wǎng)風(fēng)電裝機(jī)4026萬(wàn)千瓦)的0.1%;東北電網(wǎng)在最大870萬(wàn)千瓦的跨區(qū)電力支援下,成功化解了有序用電和拉閘限電的風(fēng)險(xiǎn)。
大唐吉林發(fā)電公司向國(guó)家能源局東北能監(jiān)局匯報(bào),反映了煤電企業(yè)面臨的困境。東北能監(jiān)局調(diào)研后,形成《關(guān)于東北區(qū)域迎峰度夏期間電煤供應(yīng)短缺情況的報(bào)告》報(bào)送國(guó)家能源局,并印發(fā)了《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)迎峰度夏期間電煤供應(yīng)情況和電力供需形勢(shì)預(yù)測(cè)工作的通知》。8月6日,國(guó)家能源局向東北三省一區(qū)重點(diǎn)地方供煤省區(qū)能源局和重點(diǎn)煤礦所屬集團(tuán)下發(fā)了《關(guān)于協(xié)調(diào)解決東北三省電煤煤源的緊急通知》。
(2)9月,遼寧、黑龍江事故拉閘影響民生
受缺煤和煤價(jià)高、供暖期前設(shè)備檢修的影響,大量煤電機(jī)組出力受阻,以遼寧為例,煤電出力僅為裝機(jī)容量的一半左右;疊加新能源發(fā)電減少,東北地區(qū)電力供應(yīng)持續(xù)緊張。根據(jù)《有序用電管理辦法》,2021年9月9日起,吉林實(shí)施有序用電,9月10日起,遼寧、黑龍江實(shí)施有序用電,東北地區(qū)實(shí)施多輪III級(jí)(負(fù)荷缺口5%-10%)和IV級(jí)(負(fù)荷缺口5%及以下)有序用電,其中遼寧最大錯(cuò)避峰243.67萬(wàn)千瓦,用電影響范圍限制在部分工業(yè)企業(yè)。
9月23日,東北地區(qū)電力供應(yīng)缺口進(jìn)一步擴(kuò)大,遼寧和黑龍江啟動(dòng)II級(jí)(負(fù)荷缺口10-20%)有序用電,其中,遼寧最大錯(cuò)避峰416.92萬(wàn)千瓦。由于風(fēng)電驟減、出力不足裝機(jī)容量的10%,電網(wǎng)仍然有較大缺口,電網(wǎng)頻率低于49.8赫茲,且頻率調(diào)整手段已經(jīng)用盡,魯固直流送山東、高嶺直流送華北線路不具備調(diào)減空間。為防止電網(wǎng)瓦解和大面積停電,依據(jù)《電網(wǎng)調(diào)度管理?xiàng)l例》及相關(guān)預(yù)案,東北電網(wǎng)調(diào)度部門實(shí)施“電網(wǎng)事故拉閘限電”。拉閘限電不同于有序用電,是保電網(wǎng)安全的最終手段,用電影響范圍擴(kuò)大到居民和非實(shí)施有序用電措施企業(yè)。
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東北拉閘限電對(duì)能源供應(yīng)問題的影響
東北地區(qū)拉閘限電對(duì)經(jīng)濟(jì)民生造成了不利影響:引發(fā)電梯停運(yùn)、停水、斷網(wǎng)、交通擁堵等一系列次生事件;其中,遼寧澎輝鑄業(yè)有限公司因突然拉閘,高爐煤氣泄漏,23人送醫(yī)救治。
不幸中的萬(wàn)幸,拉閘限電發(fā)生在供暖季前,而不是嚴(yán)寒時(shí)期,為解決問題提供了緩沖時(shí)間。
(1)促進(jìn)解決缺煤
8月6日,國(guó)家能源局已下發(fā)《關(guān)于協(xié)調(diào)解決東北三省電煤煤源的緊急通知》,但是,政策發(fā)力需要時(shí)間,煤炭產(chǎn)能釋放需要安監(jiān)、環(huán)保、國(guó)土等多部委協(xié)調(diào)解決。
東北地區(qū)充分暴露了缺煤?jiǎn)栴},相信后續(xù)各部委會(huì)通力協(xié)作,盡快解決缺煤?jiǎn)栴}。不過,隨著北方供暖季來(lái)臨,保障煤炭供應(yīng)支撐發(fā)電供熱的壓力仍然不小。
(2)促進(jìn)解決電煤價(jià)格頂牛
“市場(chǎng)煤、計(jì)劃電”帶來(lái)的電、煤價(jià)格頂牛,是多年痼疾。2021年9月底,東北的標(biāo)煤?jiǎn)蝺r(jià)最高達(dá)2000元/噸,按供電煤耗300gce/kWh估算,燃料成本為0.6元/千瓦時(shí),而東北地區(qū)的燃煤標(biāo)桿電價(jià)為0.37+元/kWh,再考慮稅費(fèi)、財(cái)務(wù)成本、運(yùn)營(yíng)成本、員工工資等,每發(fā)一度電約虧損0.3元。
根據(jù)2021年10月8日的國(guó)務(wù)院常務(wù)會(huì)議,市場(chǎng)交易電價(jià)上下浮動(dòng)范圍由分別不超過10%、15%,調(diào)整為原則上均不超過20%,我國(guó)燃煤標(biāo)桿上網(wǎng)電價(jià)0.26-0.45元/kWh,電價(jià)上浮20%約0.052-0.09元/kWh,可向下游疏導(dǎo)170-300元/tce的燃煤成本,對(duì)解決面粉貴過面包有一定幫助。
避免煤電價(jià)格上漲,有利于經(jīng)濟(jì)民生。但燃煤成本貴過電價(jià),煤電廠能撐多久?已有部分煤電廠資金鏈斷裂,煤機(jī)停機(jī),如果更多的煤電廠破產(chǎn)停機(jī),缺電擴(kuò)大化,將不利于經(jīng)濟(jì)民生。
(3)促進(jìn)重視風(fēng)光波動(dòng)對(duì)電網(wǎng)安全的影響
近期風(fēng)電、光伏的度電成本下降到接近甚至低于傳統(tǒng)的煤電,有觀點(diǎn)認(rèn)為,這是電力行業(yè)巨大變革的臨界點(diǎn)。但該觀點(diǎn)忽略了電力是即發(fā)即用、實(shí)時(shí)平衡的系統(tǒng),而風(fēng)光是優(yōu)先發(fā)電的、出力不穩(wěn)定的波動(dòng)性電源,當(dāng)風(fēng)光出力下降時(shí),需要有其他電源頂上,考慮到我國(guó)的電源結(jié)構(gòu),煤電是主力替補(bǔ)隊(duì)員。
2021年7月28日,東北電網(wǎng)用電負(fù)荷最高達(dá)到7058萬(wàn)千瓦,極熱無(wú)風(fēng),風(fēng)力發(fā)電僅3.4萬(wàn)千瓦,不足風(fēng)電裝機(jī)的0.1%,此時(shí)電煤頂牛的矛盾初起,煤電廠出力受阻較少,加上跨區(qū)電力支援,化解了有序用電和拉閘限電的風(fēng)險(xiǎn)。
9月下旬,缺煤和電煤頂牛的矛盾持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng),更多的煤電機(jī)組出力受阻——替補(bǔ)隊(duì)員長(zhǎng)期食不果腹、下場(chǎng)了。首發(fā)隊(duì)員風(fēng)電出力突降、不足裝機(jī)容量的10%,替補(bǔ)頂不上,導(dǎo)致用電負(fù)荷缺口擴(kuò)大、電網(wǎng)頻率下降,最終發(fā)生事故拉閘,以至于影響了民生用電。
東北拉閘限電,將促使各地重視風(fēng)電、光伏的波動(dòng)屬性,統(tǒng)籌安排替補(bǔ)的頂峰電源。
(4)促進(jìn)為煤電設(shè)置兩部制電價(jià)
近年來(lái),隨著用電側(cè)負(fù)荷尖峰化、發(fā)電側(cè)風(fēng)電光伏等波動(dòng)性電源占比提高,煤電作為主力替補(bǔ)隊(duì)員,頻繁上場(chǎng)、下場(chǎng),出場(chǎng)時(shí)間(利用小時(shí))自然下降。未來(lái),隨著風(fēng)光裝機(jī)占比的繼續(xù)提高,煤電利用小時(shí)將繼續(xù)下降。
近年大部分地區(qū)煤電電價(jià)下調(diào),利用小時(shí)下降,夾擊下大量煤電企業(yè)長(zhǎng)期虧損。東北大量煤電企業(yè)在虧損中煎熬多年,2021年又受到高煤價(jià)的沖擊,部分煤電機(jī)組資金鏈斷裂、停機(jī),缺電時(shí)無(wú)法上場(chǎng)替補(bǔ)。
替補(bǔ)隊(duì)員即便上場(chǎng)時(shí)間少,也該發(fā)工資保證其基本生存,以便于隨時(shí)上場(chǎng)替補(bǔ)。建議參考?xì)怆姟⒊樾畹膬刹恐齐妰r(jià),也為煤電設(shè)置兩部制電價(jià),保證煤電在利用小時(shí)不斷降低的情況下,能保本微利,避免煤電因連續(xù)虧損而破產(chǎn)、停機(jī),從而導(dǎo)致電力系統(tǒng)的可用容量不足。
建議各地測(cè)算、對(duì)比一下,煤電機(jī)組保本微利所需費(fèi)用,和頻繁有序用電乃至于拉閘限電導(dǎo)致的工業(yè)限產(chǎn)、民生用電不足帶來(lái)的損失。
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東北拉閘限電的隱藏問題:可用容量缺口
我國(guó)提出力爭(zhēng)2030年碳達(dá)峰、2060年碳中和的目標(biāo)后。有觀點(diǎn)認(rèn)為“十四五”不應(yīng)新建煤機(jī),以避免高額資產(chǎn)擱淺風(fēng)險(xiǎn),甚至應(yīng)關(guān)停存量煤機(jī)。但電力系統(tǒng)需要實(shí)時(shí)平衡是客觀現(xiàn)實(shí),另外我國(guó)電力行業(yè)處在增量發(fā)展階段,用電負(fù)荷和用電量年年創(chuàng)新高;風(fēng)光是波動(dòng)性電源,儲(chǔ)能技術(shù)尚在新生期,距離規(guī)?;€有很長(zhǎng)的路要走;頂峰、調(diào)峰主力和電量主力依然是傳統(tǒng)能源,尤其是煤電。如果電力無(wú)法保供,造成的損失需要計(jì)算和合理分擔(dān),電力不足的綜合影響要有充分預(yù)估。
基于清潔、低碳、經(jīng)濟(jì)、保供等多目標(biāo),電力系統(tǒng)應(yīng)統(tǒng)籌規(guī)劃,考慮各種能源的特性,應(yīng)充分重視能穩(wěn)定出力的電源裝機(jī)的建設(shè),保證可用容量增長(zhǎng)。
表1 電源特性
(1)電力電量平衡需分省測(cè)算再匯總
電力需要實(shí)時(shí)平衡的定性判斷,是常識(shí)。定量的電力電量平衡,原理很簡(jiǎn)單,但需要大量數(shù)據(jù)支撐,有能力獲取數(shù)據(jù)的機(jī)構(gòu)有限,是小眾專業(yè)。其中,電力(負(fù)荷)平衡預(yù)測(cè)某區(qū)域裝機(jī)的可用容量,能否支撐用電負(fù)荷和合理備用需求。電力電量平衡最粗的顆粒度是分?。▍^(qū)、市)測(cè)算,再將分省結(jié)果加總起來(lái)。
一個(gè)測(cè)算區(qū)域的物理含義是:假設(shè)區(qū)域內(nèi)電力電量能完全地互聯(lián)互通、盈缺互濟(jì),該假設(shè)引起的誤差處于可接受水平;如該區(qū)域有較大的內(nèi)部差異,應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)充分析,或進(jìn)行更細(xì)顆粒度的測(cè)算。特高壓線路、省間聯(lián)絡(luò)線等輸電線路,和高鐵、南水北調(diào)工程一樣,是有限的、稀缺的,完全的盈缺互濟(jì)在現(xiàn)實(shí)中是不可能的。
電力電量平衡是定量分析的方法。本文受限于篇幅,無(wú)法分省測(cè)算后匯總,因此直接用全國(guó)數(shù)據(jù)進(jìn)行電力平衡,得出的結(jié)果是定性的,僅供參考。
(2)“十三五”可用容量增速低于負(fù)荷增速
2015和2020年,我國(guó)電源裝機(jī)容量及構(gòu)成如表2所示。我國(guó)裝機(jī)容量由2015年的15.07億千瓦,增長(zhǎng)到2020年的22.01億千瓦,增長(zhǎng)6.94億千瓦。
表2 全國(guó)裝機(jī)容量,萬(wàn)千瓦
可用容量是能夠在各種工況下穩(wěn)定出力的電源裝機(jī)容量。如果各種電源裝機(jī)的累計(jì)可用容量,扣除備用(負(fù)荷備用、旋轉(zhuǎn)備用、停機(jī)備用、檢修備用)后,無(wú)法覆蓋用電負(fù)荷,缺電就會(huì)發(fā)生。不同電源的受阻系數(shù)假定為:水電豐季10%受阻、枯季40%受阻,抽蓄、核電不受阻,火電8%受阻(供熱火電15%受阻,裝機(jī)占比接近50%)、風(fēng)電95%受阻、光伏100%受阻??紤]受阻后,表3所示,可用容量由2015年的11.45億千瓦,增長(zhǎng)到2020年的14.44億千瓦,增長(zhǎng)2.99億千瓦。
參考《國(guó)家能源局關(guān)于發(fā)布2023年煤電規(guī)劃建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警的通知》(國(guó)能發(fā)電力〔2020〕12號(hào)),合理備用率按14%考慮。如表3所示,“十三五”扣除備用后的可用容量?jī)H增長(zhǎng)2.62億千瓦。
表3 可用容量增速落后于用電量增幅
“十三五”可用容量增速為26.09%,低于用電量增速35.33%。我國(guó)近年三產(chǎn)、生活用電量增速高于二產(chǎn),導(dǎo)致負(fù)荷尖峰化,大部分省份用電負(fù)荷增速略大于用電量增速。亦即,“十三五”可用容量增速小于用電負(fù)荷增速,電力(負(fù)荷)平衡逐年趨緊。同期發(fā)、用電側(cè)波動(dòng)性增大導(dǎo)致的火電小時(shí)下行,被誤認(rèn)為裝機(jī)過剩。
(3)2021年初:電力整體平衡,部分區(qū)域供應(yīng)偏緊
2021年初寒潮,1月7日全國(guó)最高用電負(fù)荷11.89億千瓦。根據(jù)中電聯(lián)的分析:分區(qū)域看,華中區(qū)域電力供應(yīng)偏緊,南方區(qū)域緊平衡,華北、華東區(qū)域總體平衡,東北、西北區(qū)域富余。分省看,蒙西、江蘇、浙江、湖南、江西、四川有序用電或需求側(cè)響應(yīng)。
如表3所示,我國(guó)2020年底可用容量(扣除備用)為12.66億千瓦,略高于2021年初寒潮負(fù)荷11.89億千瓦,本文粗略的定性測(cè)算,和中電聯(lián)分地區(qū)、分省的電力平衡結(jié)果大致相符。寒潮當(dāng)天氣電50%受阻,常規(guī)水電59%受阻,受阻系數(shù)高于本文取值,且本文是全國(guó)數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)單加總,未考慮區(qū)域間無(wú)法完全地盈缺互濟(jì)。
(4)“十四五”新增可用容量
如下表所示,“十四五”新增裝機(jī)約85368萬(wàn)千瓦,考慮到各種電源的受阻后,新增的可用容量?jī)H17457(冬)-18957(夏)萬(wàn)千瓦。
表4 “十四五”可用容量供應(yīng)增量(不含煤電)
各電源增量取值依據(jù)如下:
水電建設(shè)工期5年,預(yù)計(jì)約5000萬(wàn)千瓦在建常規(guī)水電將在“十四五”投產(chǎn)。
抽蓄建設(shè)工期6-7年,預(yù)計(jì)2019年底前開工建設(shè)的32個(gè)抽蓄將在“十四五”投產(chǎn),新增裝機(jī)4383萬(wàn)千瓦,分別為:保定易縣、豐寧一期二期、撫寧、芝瑞、清原、敦化、蛟河、荒溝、句容、長(zhǎng)龍山、寧海、縉云、衢江、績(jī)溪#6、金寨、桐城、永泰、廈門、周寧、沂蒙、文登、濰坊、天池、洛寧、五岳、平江、梅州一期、陽(yáng)江一期、鎮(zhèn)安、阜康、哈密天山。
根據(jù)國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局《關(guān)于加快推動(dòng)新型儲(chǔ)能發(fā)展的指導(dǎo)意見》(發(fā)改能源規(guī)〔2021〕1051號(hào)),2025年新型儲(chǔ)能裝機(jī)達(dá)到3000萬(wàn)千瓦以上。
核電建設(shè)工期5年,預(yù)計(jì)14個(gè)在建核電項(xiàng)目在“十四五”投產(chǎn),新增裝機(jī)容量1481萬(wàn)千瓦,分別為:紅沿河#5#6,石島灣高溫氣冷堆,田灣#6,三澳#1,福清#5#6,霞浦#1,漳州#1#2,惠州#1#2,防城港#3#4。
假設(shè)2025年風(fēng)光提前達(dá)到2030年的下限目標(biāo)12億千瓦,風(fēng)光裝機(jī)各6億千瓦。
扣除14%的合理備用后,“十四五”新增可用容量(不含煤電)僅15313(冬)-16629(夏)萬(wàn)千瓦。
(5)“十四五”用電負(fù)荷需求增量和缺口
電力平衡應(yīng)該用各省的最高用電負(fù)荷為基數(shù)、預(yù)測(cè)各省的負(fù)荷需求,與各省的可用容量進(jìn)行平衡,再加總。本文受限于篇幅和工作量,無(wú)法分省測(cè)算,用2021年7月14日的全國(guó)最高用電負(fù)荷11.92億千瓦為基數(shù),用電負(fù)荷年均增速按5%-7%估算,則“十四五”用電負(fù)荷增量為2.57-3.70億千瓦,而新增的可用容量(不考慮新增煤電、扣除備用)僅1.53億千瓦(冬),冬季負(fù)荷缺口為1.04-3.70億千瓦。
表5
“十四五”冬季負(fù)荷缺口(不考慮新增煤電),億千瓦
注:大量省區(qū)呈現(xiàn)冬夏雙峰并峙的新趨勢(shì),而迎峰度冬難度高于迎峰度夏,因此,本文計(jì)算冬季的負(fù)荷缺口。
該算法的三個(gè)誤差,可相互抵消一部分:各省2021年的用電負(fù)荷峰值可能大于7月14日的負(fù)荷,簡(jiǎn)單加總預(yù)測(cè)的負(fù)荷峰值將小于分省測(cè)算后匯總的負(fù)荷;完全的盈缺互濟(jì)是不可能的,部分區(qū)域盈余的可用容量,無(wú)法給缺電區(qū)域使用;未考慮2025年7000萬(wàn)千瓦(最大負(fù)荷的4%)的需求側(cè)響應(yīng)規(guī)模。
電力是實(shí)時(shí)平衡,需要穩(wěn)定出力的可用容量,考慮“十四五”期間水、抽蓄、儲(chǔ)能、核、氣、風(fēng)、光的新增可用容量后,依然需要新增煤電的可用容量,以保證電力平衡。
(6)缺煤吸引關(guān)注,掩蓋了缺可用容量
東北電網(wǎng)的拉閘限電影響了民生,受到格外的關(guān)注。東北電網(wǎng)的裝機(jī)(可用容量)略有富余。遼寧和黑龍江的拉閘限電,根本原因是缺煤、煤價(jià)高導(dǎo)致煤電機(jī)組出力受阻,直接原因是風(fēng)電出力驟降。剖析后,關(guān)注點(diǎn)和解決方案將集中在缺煤。
東北缺煤不缺可用容量,有些地方既缺煤也缺可用容量。只解決了缺煤?jiǎn)栴},而不重視新增可用容量,未來(lái)缺可用容量的地區(qū)將繼續(xù)缺電;隨著用電負(fù)荷的增長(zhǎng),缺口將擴(kuò)大。
缺電、缺煤、缺環(huán)保指標(biāo)等多種問題伴生,雙碳、雙控、經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)、保供等多目標(biāo)共存,“十四五”開局之年的缺電,難度系數(shù)大于建國(guó)以來(lái)的多次缺電。面對(duì)困難,先正視,才能解決。
(作者系電力行業(yè)從業(yè)者,文章僅代表個(gè)人觀點(diǎn))