我國(guó)煤電發(fā)展現(xiàn)狀及“十四五”時(shí)期發(fā)展方向

王 彤

(高效清潔燃煤電站鍋爐國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司)，哈爾濱 150046)

0 引 言

2014年，中央將煤電權(quán)限下放，而地方審批的一個(gè)結(jié)果是求煤電總量不斷擴(kuò)大，新增裝機(jī)速度不斷加快，煤電的規(guī)模已經(jīng)超過(guò)需求。從2014年至今，煤電機(jī)組的利用效率下降，年利用小時(shí)數(shù)均保持在5 000 h以下，達(dá)到了歷史最低位，說(shuō)明煤電產(chǎn)能已經(jīng)嚴(yán)重過(guò)剩。煤電機(jī)組的盲目擴(kuò)張使得煤電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益大幅下降，同時(shí)嚴(yán)重阻礙了可再生能源的發(fā)展。2016年，國(guó)家逐漸出臺(tái)相關(guān)政策，來(lái)解決煤電產(chǎn)能過(guò)剩日益嚴(yán)重的問(wèn)題。2017年，根據(jù)中央下發(fā)的《關(guān)于推進(jìn)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，防范化解煤電產(chǎn)能過(guò)剩風(fēng)險(xiǎn)的意見(jiàn)》，“十三五”全國(guó)煤電要停建一批、緩建一批、淘汰一批，受到影響的煤電產(chǎn)能在1.7億千瓦左右，其中停建緩建1.5億千瓦，淘汰0.2億千瓦；到2020年燃煤發(fā)電的裝機(jī)總量要達(dá)到11億千瓦左右[1]。上級(jí)政府通過(guò)一系列措施，降低了煤電的過(guò)量增長(zhǎng)速度，但是原本煤電增量擴(kuò)展過(guò)快，在短期內(nèi)將繼續(xù)慣性增長(zhǎng)。隨著全球能源向低碳轉(zhuǎn)型的浪潮，中國(guó)煤電正面臨碳排、環(huán)境污染甚至到經(jīng)濟(jì)性等多重挑戰(zhàn)。在即將到來(lái)的“十四五”時(shí)期，中國(guó)煤電產(chǎn)業(yè)將如何發(fā)展是能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級(jí)高質(zhì)量發(fā)展的重中之重。

1 煤電發(fā)展的現(xiàn)狀及挑戰(zhàn)

1.1 煤電發(fā)展的現(xiàn)狀

截至到2018年末，中國(guó)煤電裝機(jī)總量達(dá)到了10.1億千瓦，煤電裝機(jī)量已排在世界第一，達(dá)到全世界煤電裝機(jī)總量的半數(shù)以上，如圖1所示。

圖1 世界煤電裝機(jī)量

我國(guó)煤電技術(shù)不斷進(jìn)步，發(fā)電效率不斷提高，供電煤耗不斷降低。2018年，中國(guó)燃煤機(jī)組的供電煤耗已經(jīng)降至308 g/kWh，處于全球領(lǐng)先水平[2]。然而在煤電技術(shù)不斷進(jìn)步的同時(shí)，當(dāng)前的煤電利用率始終較低，已不匹配現(xiàn)有的技術(shù)水平。2014年以來(lái)，年利用小時(shí)數(shù)均處于5 000 h以下，這一數(shù)據(jù)明顯低于標(biāo)桿電價(jià)核定基準(zhǔn)。目前這一數(shù)據(jù)依舊呈現(xiàn)下滑趨勢(shì)，由此可以得出我國(guó)燃煤發(fā)電機(jī)組的利用率仍然偏低，產(chǎn)能過(guò)剩問(wèn)題已十分嚴(yán)峻，如圖2所示。

圖2 火電平均利用小時(shí)數(shù)

從火電裝機(jī)整體上來(lái)看，在國(guó)家去產(chǎn)能政策尤其是去煤電政策的影響下，火力發(fā)電裝機(jī)容量增速下降效果顯著。但是，在前些年火電建設(shè)項(xiàng)目不斷投產(chǎn)的影響下，短時(shí)間來(lái)看我國(guó)的火電裝機(jī)容量將依舊呈現(xiàn)增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。另一方面，受?chē)?guó)家宏觀調(diào)控的影響，可再生能源發(fā)搭建裝機(jī)量增長(zhǎng)迅速，火電的裝機(jī)量表現(xiàn)處逐年小幅下降的趨勢(shì)，這一趨勢(shì)在國(guó)家完成能源轉(zhuǎn)型升級(jí)之前將一直持續(xù)。但我國(guó)煤炭占主導(dǎo)地位的能源結(jié)構(gòu)短時(shí)間內(nèi)不會(huì)扭轉(zhuǎn)，因此煤電仍將占據(jù)電力主導(dǎo)地位，如圖3-4所示。

圖3 火電裝機(jī)容量

圖4 我國(guó)各類(lèi)型發(fā)電新增裝機(jī)

1.2 煤電發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)

國(guó)家大力推進(jìn)清潔低碳的能源體系建設(shè)，煤電必然要走清潔發(fā)展的道路，而日益加強(qiáng)的污染物控制力度對(duì)煤電全面超低排放的相關(guān)技術(shù)提出了更加嚴(yán)格的要求。我國(guó)的高硫高堿劣質(zhì)煤儲(chǔ)量十分豐富，對(duì)于這些燃燒難度高的煤種，如何清潔高效利用仍然是現(xiàn)階段存在的一個(gè)難題。同時(shí)，市政污泥、垃圾及生物質(zhì)綜合處理對(duì)煤電提出更高的要求，煤電需要加強(qiáng)耦合利用能力，針對(duì)廢棄物進(jìn)行協(xié)同處理。

隨著可再生能源的不斷發(fā)展，風(fēng)電、光伏大量并網(wǎng)，其發(fā)電存在間歇性以及隨機(jī)性的問(wèn)題日益突出，無(wú)法保證電能的質(zhì)量，影響整個(gè)電網(wǎng)的平穩(wěn)運(yùn)行。因此優(yōu)質(zhì)的靈活性電源對(duì)于可再生能源的發(fā)展有著不可替代的作用，而煤電的靈活性改造及運(yùn)行技術(shù)是現(xiàn)階段電源調(diào)峰的關(guān)鍵。然而，煤電的深度調(diào)峰也存在一定弊端，如會(huì)導(dǎo)致機(jī)組運(yùn)行效率下降、污染無(wú)排放不易控制等問(wèn)題。因此開(kāi)發(fā)出能夠快速響應(yīng)、寬負(fù)荷運(yùn)行的煤電技術(shù)在煤電定位轉(zhuǎn)型的過(guò)程中顯得尤為重要，這也是煤電面臨的問(wèn)題與挑戰(zhàn)。

2 煤電的發(fā)展定位及趨勢(shì)分析

當(dāng)前，中國(guó)應(yīng)對(duì)大氣污染治理還存在較大的壓力，受限于煤炭占主導(dǎo)地位的能源結(jié)構(gòu)，中國(guó)電力發(fā)展的重點(diǎn)任務(wù)任然是煤電的清潔高效利用。在今后相對(duì)較短的時(shí)間內(nèi)，全國(guó)煤電發(fā)電量會(huì)逐漸達(dá)到峰值，綜合持續(xù)提高的燃煤機(jī)組發(fā)電效率、持續(xù)優(yōu)化的煤電結(jié)構(gòu)等眾多因素，燃電總煤耗將于2020年前后到達(dá)峰值，預(yù)估總量約為13.3億tce。在現(xiàn)階段，現(xiàn)有燃煤發(fā)電的產(chǎn)量不會(huì)顯著增加，但燃煤發(fā)電產(chǎn)能過(guò)剩依舊較為嚴(yán)重。此外，國(guó)家宏觀調(diào)控影響下的可再生能源發(fā)電的大量并網(wǎng)，考慮到這一因素，煤電的定位應(yīng)盡快從電量型轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏﹄娏啃?，即為可再生能源提供輔助服務(wù)，以確保電力能源整體的靈活性和可靠性。

2019年中央下發(fā)《關(guān)于建立健全可再生能源電力消納保障機(jī)制的通知》，提出加快構(gòu)建清潔低碳、安全高效的能源體系，促進(jìn)可再生能源開(kāi)發(fā)利用，制定分省級(jí)區(qū)域消納可再生能源責(zé)任權(quán)重，建立可靠機(jī)制保障可再生能源消納[3]。 “十四五”期間電力需求的增速將繼續(xù)放緩，但可再生能源裝機(jī)大規(guī)模增長(zhǎng)，煤電的新增裝機(jī)將進(jìn)一步下降；預(yù)計(jì)2030年，我國(guó)發(fā)電結(jié)構(gòu)將實(shí)現(xiàn)由目前的煤電為主到以可再生能源為主、其它能源為輔的轉(zhuǎn)變[4]。

3 “十四五”我國(guó)煤電技術(shù)發(fā)展方向

隨著我國(guó)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整升級(jí)，煤電需要充分發(fā)揮在能源和電力轉(zhuǎn)型發(fā)展過(guò)程中電熱基礎(chǔ)作用、靈活性調(diào)峰作用、降低碳減排作用及固廢耦合消納作用，通過(guò)自我轉(zhuǎn)變和技術(shù)升級(jí)為能源電力轉(zhuǎn)型提供有力支撐。今后的一段時(shí)間內(nèi)，高效、清潔、靈活和智能將是我國(guó)煤電發(fā)展的方向。

3.1 持續(xù)發(fā)展高效發(fā)電技術(shù)

煤電行業(yè)需要不斷提高發(fā)電效率，這是減少煤炭消耗并降低污染物排放及碳排放的重要措施。在“十四五”期間，我國(guó)的煤電應(yīng)通過(guò)以下發(fā)面來(lái)繼續(xù)提升高效發(fā)電技術(shù)。

一是持續(xù)提升機(jī)組效率。對(duì)于一次再熱機(jī)組要進(jìn)行煙氣余熱利用等技術(shù)優(yōu)化提升，使發(fā)電效率可再提高約2%～3%，發(fā)電煤耗減少約10～18 g/kWh。對(duì)現(xiàn)運(yùn)行的超超臨界二次再熱機(jī)組進(jìn)行總結(jié)推廣，并進(jìn)一步開(kāi)發(fā)630 ℃以上的超超臨界二次再熱技術(shù)、高效超超臨界循環(huán)流化床技術(shù)及循環(huán)流化床二次再熱技術(shù)。當(dāng)前630 ℃示范機(jī)組項(xiàng)目正在推進(jìn)建設(shè)，設(shè)計(jì)發(fā)電效率值第一次大于50%，在這一基礎(chǔ)之上，進(jìn)一步攻關(guān)適合630、650及700 ℃等級(jí)的材料、關(guān)鍵部件和總體設(shè)計(jì)等，促進(jìn)更高效發(fā)電技術(shù)發(fā)展，為工程應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

二是促進(jìn)清潔高效熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)的應(yīng)用。在“十四五”，我國(guó)北部城市供熱的清潔性始終是一個(gè)嚴(yán)峻的問(wèn)題，采用清潔高效的熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)仍將是解決問(wèn)題的重要手段。目前我國(guó)電和熱匹配程度不高，應(yīng)使用盡可能低的新裝機(jī)容量來(lái)達(dá)到供暖要求。對(duì)于現(xiàn)有機(jī)組，應(yīng)重點(diǎn)推廣提高供熱能力的技術(shù)，如大型溫差吸收式熱泵、高背壓循環(huán)水直接供熱。對(duì)于新添加的機(jī)組，重點(diǎn)發(fā)展凝抽背(NCB)等技術(shù)。

三是不斷融合創(chuàng)新，開(kāi)展前瞻性研發(fā)。一是研究開(kāi)發(fā)整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)與高溫燃料電池相結(jié)合的發(fā)電系統(tǒng)(IGFC)。這一系統(tǒng)可提高其效率至56%～58%以上，并且有利于污染物控制及降低碳排放，“十四五”期間應(yīng)開(kāi)展IGFC集成示范。二是研究開(kāi)發(fā)超臨界二氧化碳發(fā)電技術(shù)，這一技術(shù)比蒸汽循環(huán)機(jī)組效率可提升2%～3%，同時(shí)具備結(jié)構(gòu)緊湊的優(yōu)點(diǎn)。目前我國(guó)已完成了5 MW等級(jí)的超臨界二氧化碳發(fā)電試驗(yàn)平臺(tái)，“十四五”期間應(yīng)開(kāi)展更高容量的超臨界二氧化碳發(fā)發(fā)電試驗(yàn)示范，為工程應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

3.2 主動(dòng)提高靈活發(fā)電技術(shù)

火電市場(chǎng)不斷緊縮，可再生能源快速發(fā)展，要求電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行和調(diào)峰技術(shù)更加嚴(yán)格。燃煤電廠需要結(jié)合自身的特點(diǎn)進(jìn)行靈活性改造及運(yùn)行，以適應(yīng)電力系統(tǒng)調(diào)峰的功能需求，保障可再生能源安全合理消納。一是提高提高鍋爐的低負(fù)荷穩(wěn)定燃燒能力，增加現(xiàn)有燃煤發(fā)電機(jī)組的調(diào)峰幅度、爬升能力和停啟速度，來(lái)達(dá)到機(jī)組靈活性運(yùn)行的目的。二是加強(qiáng)機(jī)組的寬負(fù)荷運(yùn)行技術(shù)研究，提高低負(fù)荷調(diào)峰運(yùn)行條件下的運(yùn)行效率，并避免出現(xiàn)大氣污染物不穩(wěn)定排放的情形。

3.3 不斷提升清潔發(fā)電技術(shù)

我國(guó)的煤電機(jī)組大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)在全球范圍基本是最嚴(yán)格的。截止至2019年末，全國(guó)達(dá)到超低排放的燃煤機(jī)組達(dá)到了85%，即8.9億千瓦，我國(guó)清潔煤電規(guī)模在全球處于領(lǐng)先地位。目前未達(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn)的燃煤機(jī)組雖僅占15%，但其污染物排放總量占比近50%?！笆奈濉睍r(shí)期，煤電依然能夠主動(dòng)持續(xù)提升清潔發(fā)電能力。“十四五”期間除了淘汰高排放高污染低效率的落后機(jī)組外，要升級(jí)其余機(jī)組的超低排放技術(shù)，推進(jìn)煤電機(jī)組超低排放全面實(shí)現(xiàn)。

在“十四五”時(shí)期，煤電行業(yè)應(yīng)進(jìn)一步完善發(fā)脫除重金屬技術(shù)，固廢處理與綜合利用技術(shù)，電廠廢水零排放技術(shù)，并通過(guò)現(xiàn)有的超低排放技術(shù)加強(qiáng)協(xié)作控制，注重經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)提升脫除及排放效率。

加強(qiáng)研法高硫高堿等難燃煤種的燃用技術(shù)，開(kāi)展燃用劣質(zhì)煤大容量高參數(shù)鍋爐技術(shù)工程示范，提高其機(jī)組效率和排放水平。

3.4 深度融合智能發(fā)電技術(shù)

隨著信息時(shí)代不斷發(fā)展，大數(shù)據(jù)、人工智能、5G、互聯(lián)網(wǎng)+等現(xiàn)代信息技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)工業(yè)帶來(lái)了巨大沖擊，但同時(shí)也為傳統(tǒng)工業(yè)帶來(lái)了轉(zhuǎn)型的機(jī)遇。能源領(lǐng)域的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)之一便是與信息技術(shù)不斷融合，推進(jìn)智能制造，傳統(tǒng)電力的商業(yè)模式、生產(chǎn)模式乃至整個(gè)電力體系都將發(fā)生重大變革。國(guó)務(wù)院下發(fā)的《關(guān)于推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》中指出要推進(jìn)化石能源生產(chǎn)潔凈高效智能化。目前，我國(guó)已經(jīng)基本擁有了發(fā)展智慧電廠的基礎(chǔ)能力，“十四五”期間應(yīng)通過(guò)頂層設(shè)計(jì)，統(tǒng)籌信息技術(shù)與能源技術(shù)，開(kāi)展工程應(yīng)用示范。

4 結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)今中國(guó)煤電的裝機(jī)量規(guī)模大、占比高，產(chǎn)能?chē)?yán)重過(guò)剩。根據(jù)目前的經(jīng)濟(jì)及能源發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行展望，今后的電力需求增速將維持在較低的平穩(wěn)水平?！笆奈濉睍r(shí)期，隨著能源結(jié)構(gòu)及電力市場(chǎng)的深化改革，煤電要充分發(fā)揮在轉(zhuǎn)型中的功能定位作用，不斷向著高效、清潔、靈活和智能化邁進(jìn)。