新形勢下推動我國煤電高質(zhì)量發(fā)展路徑探討
來源：中能傳媒能源安全新戰(zhàn)略研究院 時間：2024-09-14 14:25
新形勢下推動我國煤電高質(zhì)量發(fā)展路徑探討
吳婧李文凱 邱健 薄煜 張劍
能源電力事關(guān)國家安全和國計民生，“雙碳”戰(zhàn)略實施要求能源電力轉(zhuǎn)型立足我國能源資源稟賦，堅持先立后破、通盤謀劃，統(tǒng)籌推進(jìn)。煤電作為我國最基礎(chǔ)的電源類型，長期以來在保障電力安全穩(wěn)定供應(yīng)方面發(fā)揮了“頂梁柱”和“壓艙石”作用，未來一段時期內(nèi)仍將持續(xù)發(fā)揮基礎(chǔ)保障性和系統(tǒng)調(diào)節(jié)性作用。但同時煤電也是我國能源行業(yè)碳排放的主要來源之一，在踐行“雙碳”戰(zhàn)略要求下，煤電清潔高效低碳轉(zhuǎn)型發(fā)展已成必然趨勢和迫切要求。統(tǒng)籌發(fā)展與安全，推動煤電可持續(xù)的高質(zhì)量發(fā)展勢在必行。
一、我國電力供應(yīng)保障面臨的形勢
?。ㄒ唬╇娏οM仍保持剛性增長態(tài)勢“十四五”以來，我國全社會用電需求年均凈增量達(dá)到5700億千瓦時，是歷史平均水平的1.4倍。今年以來，國民經(jīng)濟(jì)總體上延續(xù)了去年以來回升向好態(tài)勢，全國電力消費繼續(xù)保持較快增長，一季度全國用電需求同比增速約9.8%?？傮w來看，我國經(jīng)濟(jì)長期向好趨勢穩(wěn)固，為支撐煤炭、石油、天然氣等一次能源加快實現(xiàn)碳達(dá)峰，我國將持續(xù)推進(jìn)電能替代，不斷提升電氣化水平，帶動“十四五”及中長期用電總量繼續(xù)保持5%左右的剛性增長。但同時，與典型發(fā)達(dá)國家相似，當(dāng)用電增速伴隨工業(yè)化進(jìn)程下降到一定水平后，極端天氣、疫情等多重不確定因素影響增強(qiáng)，用電增速波動的幅度顯著增大。此外，人口分布、產(chǎn)業(yè)布局等的不平衡矛盾仍是影響我國電力需求分布不均衡的主要因素。從“十三五”以來的用電和負(fù)荷增量分布看，京津冀魯、長三角、珠三角、華中東四省等地區(qū)仍是我國負(fù)荷中心，電力供應(yīng)保障任務(wù)依然艱巨。
?。ǘ┙陙黼娏?yīng)保障面臨較大壓力“十四五”以來，我國電力供應(yīng)保障壓力持續(xù)加大。2021年，工業(yè)生產(chǎn)快速恢復(fù)、冬季寒潮、夏季持續(xù)高溫天氣帶動負(fù)荷快速增長；能耗雙控、煤炭價格上漲、來水偏枯等多重因素疊加，制約了電力供應(yīng)能力。在供需兩端綜合因素共同作用下，2021年全國電力供需總體偏緊，近20個省級電網(wǎng)陸續(xù)采取了有序用電措施，主要分布在東北、中東部和南方地區(qū)。2022年，隨著全國多發(fā)散發(fā)疫情得到有效控制，國民經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定恢復(fù)，全國電力需求增速穩(wěn)步回升，受持續(xù)極端高溫干旱天氣等因素影響，四川、云南等省豐期來水嚴(yán)重偏枯導(dǎo)致水電發(fā)電能力大幅下降，迎峰度夏期間，全國17個省（市）實施需求側(cè)響應(yīng)，其中7個?。ㄊ校┎扇∮行蛴秒姶胧?。2023年迎峰度冬期間，全國大部遭遇強(qiáng)寒潮天氣，疊加甘肅積石山地震影響，全國12個省（區(qū)）執(zhí)行了企業(yè)錯峰和需求側(cè)響應(yīng)措施，主要分布在中東部和西北地區(qū)。
?。ㄈ┪磥黼娏Ρ９╇娫慈源嬖谝欢ㄈ笨凇笆奈濉奔爸虚L期，水電、核電、氣電等基礎(chǔ)性電源面臨的外部約束明顯增強(qiáng)，發(fā)展均存在不確定性。其中，水電受可開發(fā)資源量和建設(shè)周期因素制約，特別是我國西南水電已逐步開發(fā)殆盡；按照積極安全有序發(fā)展核電的總體要求，短期內(nèi)我國仍主要以開發(fā)沿海核電站址資源為主，每年新增投產(chǎn)規(guī)模相對有限；氣電受氣源和氣價因素制約，尤其是近來受俄烏等地緣政治沖突影響導(dǎo)致約束進(jìn)一步加大；同時在新型儲能技術(shù)成熟前，新能源的隨機(jī)性、間歇性特征使其尚不具備提供可靠保障容量的能力，在電力需求剛性增長的現(xiàn)實情況下，未來電力供應(yīng)保障能力仍顯不足，仍需新增煤電來夯實電力供應(yīng)的基本盤。
二、煤電高質(zhì)量發(fā)展的意義
?。ㄒ唬┟弘娛潜Ｕ衔覈茉措娏Π踩?yīng)的“壓艙石”煤炭在保障我國能源安全中的基礎(chǔ)地位短期不可替代。據(jù)自然資源部統(tǒng)計，截至2022年底，我國煤炭資源儲量為2070.12億噸，石油為38.06億噸，天然氣為65690.12億立方米，“富煤、缺油、少氣”的資源稟賦特點明顯。2023年，我國能源消費總量約為57.2億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，其中煤炭消費量占比55.3%，原煤產(chǎn)量達(dá)到47.1億噸。相比之下，我國油氣對外采買度居高不下，分別高達(dá)70%和40%以上，安全穩(wěn)定供應(yīng)一直面臨巨大風(fēng)險。立足我國能源資源稟賦和當(dāng)前復(fù)雜多變的國際形勢，煤炭保障能源安全的基礎(chǔ)地位更加重要且短期內(nèi)不可替代，也是我國煤電未來發(fā)展的重要基礎(chǔ)。煤電在保障我國電力供應(yīng)安全中的托底作用短期無法替代?，F(xiàn)有技術(shù)條件下，與風(fēng)電、光伏等新能源相比，煤電在保證電力供應(yīng)和電網(wǎng)運行的安全穩(wěn)定性方面，具有不可替代的能力和優(yōu)勢。全國看，2023年我國煤電以占比不足40%的裝機(jī)規(guī)模，承擔(dān)了70%的頂峰任務(wù)。分省看，除湖北、青海、云南、四川、西藏等水電大?。▍^(qū)），以及海南、北京等裝機(jī)以氣電為主外，全國超過三分之二的?。▍^(qū)）煤電裝機(jī)占本地區(qū)支撐性電源的比例超過50%。當(dāng)前，我國電力系統(tǒng)正處于加速轉(zhuǎn)型期，短期內(nèi)新能源不具備提供與煤電相當(dāng)?shù)闹文芰?，新型電力系統(tǒng)的保障體系建設(shè)仍需要煤電持續(xù)發(fā)揮“壓艙石”作用。
?。ǘ┟弘娛峭苿游覈娏G色低碳轉(zhuǎn)型的“助推器”煤電是推動新能源大規(guī)模發(fā)展的重要支撐。隨著新能源的大力發(fā)展以及電力消費結(jié)構(gòu)的深刻變化，電力系統(tǒng)調(diào)峰需求持續(xù)提升，煤電仍是現(xiàn)階段我國最經(jīng)濟(jì)可靠的調(diào)峰電源?！笆濉逼陂g“三北”地區(qū)火電靈活性改造完成約8000萬千瓦，“三北”地區(qū)平均棄風(fēng)率由2015年的18.7%下降至2023年的3.8%，平均棄光率由2015年的14.9%下降至2023年的3.1%?！半p碳”戰(zhàn)略目標(biāo)下，新能源仍將持續(xù)大規(guī)模發(fā)展，需要煤電通過進(jìn)一步挖掘調(diào)峰潛力支撐新能源供給消納體系的建設(shè)。同時，新能源出力受天氣影響較大，近年來極熱無風(fēng)、極寒無光、連續(xù)高溫、低溫雨雪冰凍等極端天氣頻發(fā)，部分地區(qū)出現(xiàn)較大規(guī)模新能源出力受限情況，給電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行帶來嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。在應(yīng)對極端天氣、電力系統(tǒng)嚴(yán)重故障，以及重大保電需要的實踐中，煤電將長期發(fā)揮重要作用。煤電是推動能源低碳轉(zhuǎn)型的重要抓手。燃煤發(fā)電被公認(rèn)為最清潔高效的煤炭利用方式，近年來通過超低排放改造、節(jié)能降碳改造、淘汰關(guān)停落后產(chǎn)能、加快高效燃煤發(fā)電技術(shù)創(chuàng)新等方式，我國已建成全球最大的清潔高效煤電系統(tǒng)，2006—2020年，我國供電煤耗降低累計減少電力二氧化碳排放66.7億噸，對電力二氧化碳減排貢獻(xiàn)率為36%，有效減緩了電力二氧化碳排放總量的增長?！笆奈濉逼陂g，我國還將加快推進(jìn)煤電“三改聯(lián)動”， 節(jié)能降碳改造規(guī)模不低于3.5 億千瓦、供熱改造規(guī)模力爭達(dá)到5000萬千瓦、靈活性改造完成2億千瓦。與此同時，目前我國發(fā)電和供熱行業(yè)二氧化碳排放量占全國排放量的比重仍然超過40%，主要來自于煤電，進(jìn)一步推進(jìn)煤電自身低碳轉(zhuǎn)型是推動能源低碳轉(zhuǎn)型的重要途徑，對實現(xiàn)能源行業(yè)碳達(dá)峰，乃至全社會碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)具有重要意義。
三、煤電高質(zhì)量發(fā)展路徑
?。ㄒ唬┨剿鲃?chuàng)新“新一代煤電”發(fā)展模式按照機(jī)組平均服役年限，適當(dāng)考慮延壽運行，預(yù)計當(dāng)前到2030年期間建設(shè)的大部分煤電項目將運行至2060年，完整經(jīng)歷碳達(dá)峰、碳中和過程，應(yīng)按照面向未來的“新一代煤電”理念進(jìn)行設(shè)計。一是要加快推動煤電設(shè)計革命，從技術(shù)研發(fā)、設(shè)計規(guī)范、經(jīng)濟(jì)性評價基準(zhǔn)等方面擺脫固有模式，使其在功能上與新型電力系統(tǒng)的需求相適應(yīng)，以較低體量發(fā)揮更大的靈活性調(diào)節(jié)、慣性支撐、供熱、生物質(zhì)資源消納處置等功能，具備長期應(yīng)急備用或頻繁啟停調(diào)峰能力，實現(xiàn)低碳供能。二是定制化開展“新一代煤電”建設(shè)，從功能定位差異化角度出發(fā)，在裝備設(shè)備、工藝系統(tǒng)層面進(jìn)行定制化設(shè)計和建設(shè)。三是積極謀劃煤電健康發(fā)展長效市場機(jī)制和政策支持，深化燃煤機(jī)組上網(wǎng)電價形成機(jī)制改革，研究制定煤電兩部制電價機(jī)制，充分客觀反映煤電機(jī)組電力供應(yīng)保障的價值，大力推進(jìn)煤電實質(zhì)性聯(lián)營、煤電與新能源的融合發(fā)展。
?。ǘ百|(zhì)”上顯著提升我國存量煤電裝機(jī)總量大、機(jī)組類型多、運行特性復(fù)雜，為了更好地適應(yīng)新型電力系統(tǒng)構(gòu)建、實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展，存量煤電需要重點在三個方向上加大技術(shù)攻關(guān)。加快攻關(guān)煤電靈活性技術(shù)，支撐新能源大規(guī)模消納。一是加快攻關(guān)深度調(diào)峰技術(shù)，包括鍋爐本體、燃料制備系統(tǒng)、三大風(fēng)機(jī)、煙氣脫硝治理、汽機(jī)側(cè)（次）末級葉片改造技術(shù)以及供熱機(jī)組的供熱能力提升、熱電解耦技術(shù)等。二是加快攻關(guān)快速變負(fù)荷技術(shù)，包括汽輪機(jī)靜子和轉(zhuǎn)子的變負(fù)荷應(yīng)力評估及結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)、汽輪機(jī)通流間隙優(yōu)化技術(shù)、燃料快速調(diào)整和穩(wěn)燃技術(shù)、鍋爐受熱面防氧化皮剝落技術(shù)、負(fù)荷控制技術(shù)等。加大低負(fù)荷提效技術(shù)研發(fā)力度，挖掘煤電煤耗降低潛能。一是針對汽輪機(jī)熱耗率升高的問題，著力改變汽輪機(jī)系統(tǒng)設(shè)計思路，效率優(yōu)化點應(yīng)兼顧低負(fù)荷工況，調(diào)整通流結(jié)構(gòu)、葉型設(shè)計等，并研究部分汽缸采用半容量或更低容量設(shè)計，低負(fù)荷時切除部分汽缸，以提升運行汽缸的負(fù)荷率和能效。二是針對廠用電率升高的問題，提升輔機(jī)設(shè)備的低負(fù)荷運行性能，通過容量和臺數(shù)配置優(yōu)化改善低負(fù)荷工況下的輔機(jī)負(fù)荷率及效率，并研究部分輔機(jī)不連續(xù)運行的可行性。示范探索煙氣碳捕集技術(shù)，大幅降低煤電碳排放。碳捕集、利用和封存（CCUS）技術(shù)是支撐大規(guī)模降碳的另一個技術(shù)方向，煤電企業(yè)在CCUS產(chǎn)業(yè)鏈中主要承擔(dān)碳捕集任務(wù)，最高可削減煤電機(jī)組碳排放約90%。目前碳捕集的商業(yè)化利用受到高成本和高能耗制約，急需繼續(xù)研發(fā)性能更加先進(jìn)的煙氣吸收劑，并優(yōu)化系統(tǒng)流程設(shè)計，以大幅降低碳捕集成本。
?。ㄈ傲俊鄙虾侠碓鲩L在我國電力需求仍將保持剛性增長的背景下，考慮到煤電作為我國電力安全穩(wěn)定供應(yīng)的基礎(chǔ)電源，在未來一段時間內(nèi)仍將維持主力電源地位，在優(yōu)化調(diào)整煤電布局基礎(chǔ)上，仍要根據(jù)電力供應(yīng)保障和大規(guī)模高比例新能源消納需要，合理規(guī)劃建設(shè)一批清潔高效靈活的煤電項目。一是按照風(fēng)光電基地、支撐性調(diào)節(jié)性電源、跨省區(qū)輸電通道“三位一體”原則，重點在西部、北部大型風(fēng)電光伏基地附近布局一批配套的支撐性、調(diào)節(jié)性煤電。二是結(jié)合經(jīng)濟(jì)發(fā)展和用電用熱需求，重點在京津冀、長三角、珠三角、華中東四省等負(fù)荷中心地區(qū)布局一批托底保障煤電，同時結(jié)合北方地區(qū)冬季采暖需要合理布局一批熱電聯(lián)產(chǎn)煤電。（作者單位：電力規(guī)劃設(shè)計總院）
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