新形勢下推動我國煤電高質量發展路徑探討
來源：中能傳媒能源安全新戰略研究院 時間：2024-09-14 14:25
新形勢下推動我國煤電高質量發展路徑探討
吳婧李文凱 邱健 薄煜 張劍
能源電力事關國家安全和國計民生，“雙碳”戰略實施要求能源電力轉型立足我國能源資源稟賦，堅持先立后破、通盤謀劃，統籌推進。煤電作為我國最基礎的電源類型，長期以來在保障電力安全穩定供應方面發揮了“頂梁柱”和“壓艙石”作用，未來一段時期內仍將持續發揮基礎保障性和系統調節性作用。但同時煤電也是我國能源行業碳排放的主要來源之一，在踐行“雙碳”戰略要求下，煤電清潔高效低碳轉型發展已成必然趨勢和迫切要求。統籌發展與安全，推動煤電可持續的高質量發展勢在必行。
一、我國電力供應保障面臨的形勢
（一）電力消費仍保持剛性增長態勢“十四五”以來，我國全社會用電需求年均凈增量達到5700億千瓦時，是歷史平均水平的1.4倍。今年以來，國民經濟總體上延續了去年以來回升向好態勢，全國電力消費繼續保持較快增長，一季度全國用電需求同比增速約9.8%。總體來看，我國經濟長期向好趨勢穩固，為支撐煤炭、石油、天然氣等一次能源加快實現碳達峰，我國將持續推進電能替代，不斷提升電氣化水平，帶動“十四五”及中長期用電總量繼續保持5%左右的剛性增長。但同時，與典型發達國家相似，當用電增速伴隨工業化進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，用電增速波動的幅度顯著增大。此外，人口分布、產業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”以來的用電和負荷增量分布看，京津冀魯、長三角、珠三角、華中東四省等地區仍是我國負荷中心，電力供應保障任務依然艱巨。
（二）近年來電力供應保障面臨較大壓力“十四五”以來，我國電力供應保障壓力持續加大。2021年，工業生產快速恢復、冬季寒潮、夏季持續高溫天氣帶動負荷快速增長；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個省級電網陸續采取了有序用電措施，主要分布在東北、中東部和南方地區。2022年，隨著全國多發散發疫情得到有效控制，國民經濟穩定恢復，全國電力需求增速穩步回升，受持續極端高溫干旱天氣等因素影響，四川、云南等省豐期來水嚴重偏枯導致水電發電能力大幅下降，迎峰度夏期間，全國17個省（市）實施需求側響應，其中7個省（市）采取有序用電措施。2023年迎峰度冬期間，全國大部遭遇強寒潮天氣，疊加甘肅積石山地震影響，全國12個省（區）執行了企業錯峰和需求側響應措施，主要分布在中東部和西北地區。
（三）未來電力保供電源仍存在一定缺口“十四五”及中長期，水電、核電、氣電等基礎性電源面臨的外部約束明顯增強，發展均存在不確定性。其中，水電受可開發資源量和建設周期因素制約，特別是我國西南水電已逐步開發殆盡；按照積極安全有序發展核電的總體要求，短期內我國仍主要以開發沿海核電站址資源為主，每年新增投產規模相對有限；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致約束進一步加大；同時在新型儲能技術成熟前，新能源的隨機性、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實情況下，未來電力供應保障能力仍顯不足，仍需新增煤電來夯實電力供應的基本盤。
二、煤電高質量發展的意義
（一）煤電是保障我國能源電力安全供應的“壓艙石”煤炭在保障我國能源安全中的基礎地位短期不可替代。據自然資源部統計，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57.2億噸標準煤，其中煤炭消費量占比55.3%，原煤產量達到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70%和40%以上，安全穩定供應一直面臨巨大風險。立足我國能源資源稟賦和當前復雜多變的國際形勢，煤炭保障能源安全的基礎地位更加重要且短期內不可替代，也是我國煤電未來發展的重要基礎。煤電在保障我國電力供應安全中的托底作用短期無法替代。現有技術條件下，與風電、光伏等新能源相比，煤電在保證電力供應和電網運行的安全穩定性方面，具有不可替代的能力和優勢。全國看，2023年我國煤電以占比不足40%的裝機規模，承擔了70%的頂峰任務。分省看，除湖北、青海、云南、四川、西藏等水電大省（區），以及海南、北京等裝機以氣電為主外，全國超過三分之二的省（區）煤電裝機占本地區支撐性電源的比例超過50%。當前，我國電力系統正處于加速轉型期，短期內新能源不具備提供與煤電相當的支撐能力，新型電力系統的保障體系建設仍需要煤電持續發揮“壓艙石”作用。
（二）煤電是推動我國電力綠色低碳轉型的“助推器”煤電是推動新能源大規模發展的重要支撐。隨著新能源的大力發展以及電力消費結構的深刻變化，電力系統調峰需求持續提升，煤電仍是現階段我國最經濟可靠的調峰電源。“十三五”期間“三北”地區火電靈活性改造完成約8000萬千瓦，“三北”地區平均棄風率由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%。“雙碳”戰略目標下，新能源仍將持續大規模發展，需要煤電通過進一步挖掘調峰潛力支撐新能源供給消納體系的建設。同時，新能源出力受天氣影響較大，近年來極熱無風、極寒無光、連續高溫、低溫雨雪冰凍等極端天氣頻發，部分地區出現較大規模新能源出力受限情況，給電力系統的安全穩定運行帶來嚴峻挑戰。在應對極端天氣、電力系統嚴重故障，以及重大保電需要的實踐中，煤電將長期發揮重要作用。煤電是推動能源低碳轉型的重要抓手。燃煤發電被公認為最清潔高效的煤炭利用方式，近年來通過超低排放改造、節能降碳改造、淘汰關停落后產能、加快高效燃煤發電技術創新等方式，我國已建成全球最大的清潔高效煤電系統，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率為36%，有效減緩了電力二氧化碳排放總量的增長。“十四五”期間，我國還將加快推進煤電“三改聯動”， 節能降碳改造規模不低于3.5 億千瓦、供熱改造規模力爭達到5000萬千瓦、靈活性改造完成2億千瓦。與此同時，目前我國發電和供熱行業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，進一步推進煤電自身低碳轉型是推動能源低碳轉型的重要途徑，對實現能源行業碳達峰，乃至全社會碳達峰、碳中和目標具有重要意義。
三、煤電高質量發展路徑
（一）探索創新“新一代煤電”發展模式按照機組平均服役年限，適當考慮延壽運行，預計當前到2030年期間建設的大部分煤電項目將運行至2060年，完整經歷碳達峰、碳中和過程，應按照面向未來的“新一代煤電”理念進行設計。一是要加快推動煤電設計革命，從技術研發、設計規范、經濟性評價基準等方面擺脫固有模式，使其在功能上與新型電力系統的需求相適應，以較低體量發揮更大的靈活性調節、慣性支撐、供熱、生物質資源消納處置等功能，具備長期應急備用或頻繁啟停調峰能力，實現低碳供能。二是定制化開展“新一代煤電”建設，從功能定位差異化角度出發，在裝備設備、工藝系統層面進行定制化設計和建設。三是積極謀劃煤電健康發展長效市場機制和政策支持，深化燃煤機組上網電價形成機制改革，研究制定煤電兩部制電價機制，充分客觀反映煤電機組電力供應保障的價值，大力推進煤電實質性聯營、煤電與新能源的融合發展。
（二）“質”上顯著提升我國存量煤電裝機總量大、機組類型多、運行特性復雜，為了更好地適應新型電力系統構建、實現高質量發展，存量煤電需要重點在三個方向上加大技術攻關。加快攻關煤電靈活性技術，支撐新能源大規模消納。一是加快攻關深度調峰技術，包括鍋爐本體、燃料制備系統、三大風機、煙氣脫硝治理、汽機側（次）末級葉片改造技術以及供熱機組的供熱能力提升、熱電解耦技術等。二是加快攻關快速變負荷技術，包括汽輪機靜子和轉子的變負荷應力評估及結構優化技術、汽輪機通流間隙優化技術、燃料快速調整和穩燃技術、鍋爐受熱面防氧化皮剝落技術、負荷控制技術等。加大低負荷提效技術研發力度，挖掘煤電煤耗降低潛能。一是針對汽輪機熱耗率升高的問題，著力改變汽輪機系統設計思路，效率優化點應兼顧低負荷工況，調整通流結構、葉型設計等，并研究部分汽缸采用半容量或更低容量設計，低負荷時切除部分汽缸，以提升運行汽缸的負荷率和能效。二是針對廠用電率升高的問題，提升輔機設備的低負荷運行性能，通過容量和臺數配置優化改善低負荷工況下的輔機負荷率及效率，并研究部分輔機不連續運行的可行性。示范探索煙氣碳捕集技術，大幅降低煤電碳排放。碳捕集、利用和封存（CCUS）技術是支撐大規模降碳的另一個技術方向，煤電企業在CCUS產業鏈中主要承擔碳捕集任務，最高可削減煤電機組碳排放約90%。目前碳捕集的商業化利用受到高成本和高能耗制約，急需繼續研發性能更加先進的煙氣吸收劑，并優化系統流程設計，以大幅降低碳捕集成本。
（三）“量”上合理增長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定供應的基礎電源，在未來一段時間內仍將維持主力電源地位，在優化調整煤電布局基礎上，仍要根據電力供應保障和大規模高比例新能源消納需要，合理規劃建設一批清潔高效靈活的煤電項目。一是按照風光電基地、支撐性調節性電源、跨省區輸電通道“三位一體”原則，重點在西部、北部大型風電光伏基地附近布局一批配套的支撐性、調節性煤電。二是結合經濟發展和用電用熱需求，重點在京津冀、長三角、珠三角、華中東四省等負荷中心地區布局一批托底保障煤電，同時結合北方地區冬季采暖需要合理布局一批熱電聯產煤電。（作者單位：電力規劃設計總院）
責任編輯：余璇
