國(guó)內(nèi)外煤電機(jī)組服役年限現(xiàn)狀研究

王雙童，楊希剛，常金旺

（國(guó)電科學(xué)技術(shù)研究院有限公司，江蘇 南京 210023）

在建設(shè)美麗中國(guó)和綠色生態(tài)文明社會(huì)的戰(zhàn)略部署下，電力能源結(jié)構(gòu)加快向高效、清潔、低碳發(fā)展，燃煤發(fā)電產(chǎn)能過(guò)剩現(xiàn)象凸現(xiàn)。近年來(lái)，國(guó)家出臺(tái)了相關(guān)政策，2015年國(guó)家能源局下發(fā)《亞臨界煤電機(jī)組改造、延壽與退役暫行規(guī)定》（國(guó)能電力〔2015〕332號(hào)），2016年國(guó)家發(fā)展改革委和國(guó)家能源局聯(lián)合下發(fā)《關(guān)于促進(jìn)我國(guó)煤電有序發(fā)展的通知》（發(fā)改能源〔2016〕565號(hào)），2017年國(guó)家發(fā)展改革委和國(guó)家能源局聯(lián)合下發(fā)了《印發(fā)〈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)〉的通知》（發(fā)改能源〔2017〕1404號(hào)），2018年多個(gè)部委聯(lián)合下發(fā)《關(guān)于做好2018年重點(diǎn)領(lǐng)域化解過(guò)剩產(chǎn)能工作的通知》（發(fā)改運(yùn)行〔2018〕554號(hào)），要求堅(jiān)決淘汰關(guān)停落后產(chǎn)能和不符合相關(guān)強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)要求的煤電機(jī)組，積極促進(jìn)煤電轉(zhuǎn)型升級(jí)。但在行業(yè)內(nèi)、社會(huì)上仍出現(xiàn)了“煤電機(jī)組運(yùn)行壽命只有30年”的片面認(rèn)識(shí)。有的地方甚至采取“一刀切”的方式，對(duì)運(yùn)行期滿30年但環(huán)保排放達(dá)標(biāo)、能耗和可靠性指標(biāo)同類占優(yōu)、資產(chǎn)優(yōu)良的300 MW機(jī)組強(qiáng)制關(guān)停，既造成國(guó)有資產(chǎn)的損失，也不利于煤電產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化調(diào)整。對(duì)此，筆者通過(guò)查閱統(tǒng)計(jì)年鑒、電力規(guī)劃、行業(yè)報(bào)告、國(guó)外能源網(wǎng)站、最新研究成果等文獻(xiàn)資料，重點(diǎn)了解美國(guó)、日本等先進(jìn)發(fā)達(dá)國(guó)家煤電機(jī)組結(jié)構(gòu)、服役現(xiàn)狀等，對(duì)照分析國(guó)內(nèi)外煤電機(jī)組服役年限的差異，對(duì)提高人們科學(xué)認(rèn)識(shí)煤電機(jī)組的服役年限，促進(jìn)煤電機(jī)組結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整，具有重要意義。

1 我國(guó)煤電機(jī)組現(xiàn)狀

1.1 我國(guó)電力裝機(jī)和發(fā)電量結(jié)構(gòu)

2018年我國(guó)電源裝機(jī)結(jié)構(gòu)和全國(guó)發(fā)電量結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示。截至2018年底，我國(guó)發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到19億kW[1]。其中：煤電累計(jì)裝機(jī)容量10.1億kW，占比53.2%；氣電、水電、風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電及核電累計(jì)裝機(jī)容量分別為8 330萬(wàn)、3.5億、1.8億、1.7億、4 466萬(wàn)kW，占比分別為4.3%、18.0%、9.7%、9.2%、2.4%（圖1）。全國(guó)發(fā)電量6.99萬(wàn)億kW·h，其中煤電發(fā)電量占比為63.0%，火電機(jī)組的平均供電煤耗為307.6 g/(kW·h)。同時(shí)，煤電機(jī)組累計(jì)完成超低排放改造8.1億kW，占全國(guó)煤電總裝機(jī)的80%。1 kW·h火電發(fā)電量煙塵排放量0.04 g、二氧化硫排放量0.20 g、氮氧化物排放量0.19 g，供電煤耗和環(huán)保排放指標(biāo)均處于世界領(lǐng)先水平[2]。

圖1 2018年我國(guó)電源裝機(jī)結(jié)構(gòu)Fig.1 The power supply installed structure of China in 2018

目前，我國(guó)電力發(fā)展呈現(xiàn)以火電、水電等傳統(tǒng)能源發(fā)電為基礎(chǔ)，以核電、風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電為代表的新型能源發(fā)電快速發(fā)展的態(tài)勢(shì)。同時(shí)，煤電仍然是我國(guó)電力供應(yīng)的主力電源和基礎(chǔ)電源，發(fā)揮著“頂梁柱”“壓艙石”“穩(wěn)定器”的關(guān)鍵作用。

圖2 2018年全國(guó)發(fā)電量結(jié)構(gòu)Fig.2 The electric power generation structure of China in 2018

1.2 我國(guó)煤電機(jī)組服役年限狀況

根據(jù)中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)可靠性管理中心統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)[3]，截至2017年底，我國(guó)100 MW及以上各種不同容量的在役煤電機(jī)組服役年限統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1。

表1 我國(guó)不同容量煤電機(jī)組服役年限Tab.1 Statistics of service life of coal-fired power units with different capacities in China

由表1可見(jiàn)：我國(guó)煤電裝機(jī)中300～400 MW容量機(jī)組數(shù)量最多，共853臺(tái)，且主要集中在2000年以后投運(yùn)，服役年限在10年及以下和10～20年的機(jī)組占比分別為39.98%和42.79%，服役年限超30年的共18臺(tái)；500～999 MW容量機(jī)組投運(yùn)532臺(tái)，服役年限在10年及以下機(jī)組共301臺(tái)，占比為56.58%，服役年限在11～20年的機(jī)組共213臺(tái)，占比為40%；1 000 MW容量及以上機(jī)組建設(shè)起步較晚，共投運(yùn)97臺(tái)，服役年限在10年以下的90臺(tái)，服役年限超10年的機(jī)組只有7臺(tái)，服役年限最長(zhǎng)的為12年?？梢?jiàn)，整體服役時(shí)間較短。我國(guó)煤電機(jī)組關(guān)停始于1999年。截至2017年底，退役機(jī)組的容量共為0.579 9億kW[4]。從現(xiàn)在至2030年，按30年設(shè)計(jì)壽命估算需退役的煤電機(jī)組容量預(yù)測(cè)為0.993億kW，約占煤電總裝機(jī)量的10%，一定程度上影響了煤電機(jī)組的服役年限長(zhǎng)短。

2 國(guó)外煤電機(jī)組服役現(xiàn)狀

2.1 全球煤電機(jī)組的裝機(jī)情況

根據(jù)全球燃煤電廠追蹤系統(tǒng)的調(diào)查統(tǒng)計(jì)，2017年7月份全球共有76個(gè)國(guó)家和地區(qū)擁有在運(yùn)的煤電機(jī)組（30 MW以上），總裝機(jī)容量為19.653億kW。煤電裝機(jī)容量排名前6位的國(guó)家或地區(qū)見(jiàn)表2。

表2 部分國(guó)家或地區(qū)煤電裝機(jī)容量情況 單位：億kWTab.2 The installed capacity of coal power in some countries or regions

2.2 國(guó)外煤電機(jī)組服役年限狀況

根據(jù)“全球燃煤電廠追蹤系統(tǒng)”數(shù)據(jù)，在過(guò)去10年，全球范圍內(nèi)燃煤電廠機(jī)組的退役趨勢(shì)出現(xiàn)了大幅的上升，特別是歐美工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家煤電機(jī)組的關(guān)停數(shù)量不斷增長(zhǎng)。圖3為近年來(lái)全球煤電機(jī)組退役情況。由圖3可見(jiàn)：2009—2011、2012—2014、2015—2017年分別有42 334、65 877、97 193 MW機(jī)組退役；其中服役年限最長(zhǎng)的已達(dá)60多年，有些國(guó)家服役30~60年的煤電機(jī)組占比達(dá)90%以上。

圖3 近年來(lái)全球煤電機(jī)組退役情況Fig.3 The decommissioning of global coal-fired power units in recent years

2.2.1 美國(guó)煤電機(jī)組服役情況

根據(jù)美國(guó)能源信息署統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)[5]，2010年至2018年美國(guó)陸續(xù)退役煤電機(jī)組共計(jì)0.894億kW，284座煤電發(fā)電廠退役，剩余246座。美國(guó)煤電機(jī)組退役容量統(tǒng)計(jì)如圖4所示。

圖4 美國(guó)煤電機(jī)組退役容量統(tǒng)計(jì)Fig.4 The statistics of coal-fired power units decommissioning capacity in the United States

2009年以來(lái)，隨著頁(yè)巖氣的開(kāi)發(fā)，天然氣價(jià)格暴跌令煤炭發(fā)電的成本優(yōu)勢(shì)不再[6]，煤電比例一路下滑，經(jīng)濟(jì)因素成為美國(guó)煤電機(jī)組退役的一大原因；同時(shí)受更加嚴(yán)格的環(huán)境法規(guī)影響，2017年得克薩斯州蒙蒂塞洛、大布朗和桑多等電廠因污染特別嚴(yán)重宣布即將退役：可見(jiàn)，美國(guó)煤電機(jī)組服役年限非機(jī)組壽命單一因素影響。資料表明，美國(guó)燃煤發(fā)電廠的平均使用年限為42年，有11%的發(fā)電廠運(yùn)行年限超過(guò)60年[7]。

2.2.2 日本煤電機(jī)組的服役情況

根據(jù)國(guó)內(nèi)某研究院提供的日本學(xué)術(shù)會(huì)議資料，截至2012年，日本近50%的煤電機(jī)組服役年限為30~39年，25%的煤電機(jī)組服役年限超過(guò)40年，僅有約1/3的機(jī)組服役年限不足20年，煤電機(jī)組平均服役年限為38年。日本自然資源相對(duì)匱乏，20世紀(jì)70年代初，大量廉價(jià)天然氣進(jìn)入日本[8]，同時(shí)核電技術(shù)快速發(fā)展[9]，成本相對(duì)較低的氣電和核電的大規(guī)模開(kāi)發(fā)成為日本煤電機(jī)組退役的主要原因?？梢?jiàn)，日本煤電機(jī)組服役年限也非設(shè)計(jì)壽命到期因素影響。日本煤電機(jī)組容量變化趨勢(shì)如圖5所示。

圖5 日本煤電機(jī)組容量變化趨勢(shì)Fig.5 The trend of coal-fired power units capacity in Japan

3 國(guó)內(nèi)外煤電機(jī)組服役年限對(duì)比分析

3.1 世界各國(guó)煤電機(jī)組裝機(jī)容量和服役年限情況

截至2017年底，根據(jù)全球煤炭研究網(wǎng)絡(luò)2018“全球燃煤電廠追蹤系統(tǒng)”統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，世界上主要國(guó)家和地區(qū)現(xiàn)役煤電機(jī)組裝機(jī)容量和服役年限的分布情況見(jiàn)表3。

表3 世界在役燃煤電廠裝機(jī)容量與服役年限Tab.3 The installed capacity and service life of coal-fired power plants in service worldwide

由表3可以看出：全球煤電機(jī)組平均服役30年以上超過(guò)24%；我國(guó)煤電機(jī)組中，5.30億kW服役年限不足10年，服役年限超過(guò)30年的比例不足1.1%。全球2.90億kW的運(yùn)行40年及以上的燃煤電廠大部分位于美國(guó)（1.44億kW，占50%）和歐盟（0.59億kW，占20%），而美國(guó)及歐盟等國(guó)家79.1%的煤電機(jī)組服役年限超過(guò)30年，46.4%的機(jī)組服役年限已超過(guò)40年，僅有少量機(jī)組服役年限不足20年。

3.2 世界部分國(guó)家煤電機(jī)組平均服役年限情況

截至2019年6月，根據(jù)全球煤炭研究網(wǎng)絡(luò)2018“全球燃煤電廠追蹤系統(tǒng)”統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，一些國(guó)家煤電機(jī)組平均服役年限達(dá)40~50年，而我國(guó)煤電機(jī)組平均服役年限僅為12年（表4）。

表4 世界部分國(guó)家煤電機(jī)組裝機(jī)容量及服役年限情況Tab.4 The installed capacity and service life of coal-fired power units in some countries

3.3 國(guó)內(nèi)外長(zhǎng)周期服役煤電機(jī)組情況

根據(jù)中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)可靠性管理中心統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，我國(guó)早期投產(chǎn)的煤電機(jī)組長(zhǎng)周期服役情況見(jiàn)表5。根據(jù)查閱世界各國(guó)的國(guó)家能源署和電力公司網(wǎng)站的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，部分國(guó)家長(zhǎng)周期服役煤電機(jī)組情況見(jiàn)表6。

表5 我國(guó)部分長(zhǎng)周期服役機(jī)組情況Tab.5 Some long service time units in China

表6 世界部分國(guó)家長(zhǎng)周期運(yùn)行機(jī)組情況Tab.6 Some long service time units in the world

由表5和表6可以看出，全球范圍內(nèi)煤電機(jī)組服役年限最長(zhǎng)的超60年，大部分煤電機(jī)組都有50年以上的服役年限，我國(guó)早期投產(chǎn)的煤電機(jī)組也有40年或50年以上的服役年限。這說(shuō)明40~50年是煤電機(jī)組服役可以實(shí)現(xiàn)的安全運(yùn)行壽命，充分證實(shí)了“煤電機(jī)組運(yùn)行壽命只有30年”的不合理性，

3.4 國(guó)內(nèi)外煤電機(jī)組服役年限分析

3.4.1 我國(guó)煤電機(jī)組服役年限分析

我國(guó)電力工業(yè)從20世紀(jì)50年代起步，主要是引進(jìn)消化、改進(jìn)創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)了從小到大、從弱到強(qiáng)、從追趕到引領(lǐng)的巨大飛躍，但相對(duì)于工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，我國(guó)的煤電機(jī)組服役年限還是較短。具體分析如下：

1）煤電機(jī)組整體投產(chǎn)晚，發(fā)展慢。國(guó)產(chǎn)第1臺(tái)100、200、300 MW容量煤電機(jī)組分別于1961年、1972年、1975年投產(chǎn)。改革開(kāi)放后，我國(guó)煤電技術(shù)才得到突飛猛進(jìn)的發(fā)展[10]。

2）大容量機(jī)組投產(chǎn)時(shí)間短，但占比大，降低了整體煤電機(jī)組的服役年限。國(guó)產(chǎn)第1臺(tái)600、1 000 MW容量煤電機(jī)組分別于1985年、2006年投產(chǎn)。但目前我國(guó)百萬(wàn)機(jī)組的數(shù)量和容量已位居世界第1。根據(jù)中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，截至2017年底，我國(guó)600~999、1 000 MW以上煤電裝機(jī)容量分別為3.29億、1.09億kW，占比分別為33.5%、10.9%，如此高占比容量、短運(yùn)行周期的大容量機(jī)組整體降低了我國(guó)煤電機(jī)組的平均服 役年限。

3）大容量高效環(huán)保機(jī)組替代小容量機(jī)組，以及清潔能源的快速發(fā)展，促使部分煤電機(jī)組提前退役。2000年后實(shí)施“上大壓小”項(xiàng)目，低效小容量機(jī)組被提前退役；同時(shí)，隨著能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整與可再生清潔能源的大規(guī)模發(fā)展，對(duì)能耗和環(huán)保指標(biāo)落后的小火電機(jī)組實(shí)施了退役，也使煤電機(jī)組服役年限縮短。

3.4.2 國(guó)外煤電機(jī)組服役年限分析

1882年世界第1臺(tái)燃煤發(fā)電機(jī)在英國(guó)誕生。1925年世界第1臺(tái)100 MW燃煤發(fā)電機(jī)組在美國(guó)誕生。除國(guó)外煤電技術(shù)起步早、機(jī)組整體服役時(shí)間長(zhǎng)外，還有以下因素：

1）許多工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，由于受到電力負(fù)荷需求增長(zhǎng)緩慢、建設(shè)投資費(fèi)用及利率高、用地困難、環(huán)境保護(hù)等因素約束[11]，采用延長(zhǎng)現(xiàn)有機(jī)組壽命的辦法保證電力供應(yīng)。

2）國(guó)外在20世紀(jì)80年代提出壽命管理概念，開(kāi)展機(jī)組狀態(tài)和剩余壽命評(píng)估，保證機(jī)組在有效監(jiān)督下安全運(yùn)行，大幅增加了機(jī)組的服役年限。

3）一些國(guó)家政府支持煤炭行業(yè)、穩(wěn)定能源行業(yè)的就業(yè)以及電力體制靈活多樣，實(shí)行電力現(xiàn)貨交易市場(chǎng)實(shí)時(shí)交易等，一定程度上保證了煤電的經(jīng)營(yíng)，也使機(jī)組得以繼續(xù)運(yùn)行。

4）在清潔能源發(fā)電快速發(fā)展的同時(shí)，一些國(guó)家的煤電仍承擔(dān)基荷、腰荷，氣電承擔(dān)調(diào)峰、調(diào)頻[12]，這也延長(zhǎng)了機(jī)組的服役年限。

但從全球能源結(jié)構(gòu)看，發(fā)展清潔能源勢(shì)在必行?！栋屠鑵f(xié)定》節(jié)能減排目標(biāo)的制約，頁(yè)巖氣革命使得天然氣發(fā)電更具競(jìng)爭(zhēng)力，以及新能源發(fā)電成本持續(xù)降低等等因素，導(dǎo)致去煤化日益凸現(xiàn)，一些國(guó)家紛紛承諾逐步關(guān)停煤電機(jī)組。盡管如此，在燃煤發(fā)電技術(shù)進(jìn)程中，煤電機(jī)組大于30年的服役年限這一事實(shí)不可置疑；同時(shí)，其服役年限非設(shè)計(jì)壽命到期這單一因素影響，是多維度綜合因素影響的結(jié)果。因此，應(yīng)科學(xué)認(rèn)識(shí)煤電機(jī)組的安全運(yùn)行壽命，綜合考量煤電機(jī)組的服役年限。

4 我國(guó)煤電機(jī)組服役年限合理性延續(xù)建議

如何科學(xué)評(píng)判煤電機(jī)組的服役年限是能源與電力“十四五”規(guī)劃需要重點(diǎn)考慮的問(wèn)題，也是確保電力產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)題。應(yīng)開(kāi)展以下方面工作：

1）規(guī)范開(kāi)展煤電機(jī)組壽命評(píng)估工作，西安熱工研究院有限公司已成功開(kāi)展“火電廠重要部件壽命管理”的研究，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了機(jī)組主要部件壽命管理系統(tǒng)技術(shù)平臺(tái)軟件，創(chuàng)立了在線與離線監(jiān)測(cè)相結(jié)合的火電廠設(shè)備長(zhǎng)期壽命管理模式[13]。因此，應(yīng)依托有資質(zhì)的科研院所開(kāi)展煤電機(jī)組的狀態(tài)監(jiān)測(cè)、壽命評(píng)估，科學(xué)評(píng)判其服役年限。

2）“因地制宜、因機(jī)制宜、因時(shí)制宜”合理定位煤電機(jī)組的功能作用。根據(jù)區(qū)域電力供應(yīng)、調(diào)峰需求、熱力供應(yīng)等情況，結(jié)合機(jī)組的具體條件開(kāi)展綜合升級(jí)改造，以承擔(dān)“基荷保供、靈活調(diào)峰、輔助備用”的單一或多角色重任[14]。如華北、東北地區(qū)主要承擔(dān)供熱功能；西北地區(qū)風(fēng)電、太陽(yáng)能主要承擔(dān)區(qū)域電網(wǎng)調(diào)頻、調(diào)壓、調(diào)峰的輔助服務(wù)等等。

3）按照“兩階段”戰(zhàn)略安排和全面實(shí)現(xiàn)“兩個(gè)一百年”的發(fā)展目標(biāo)，未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)我國(guó)電力消費(fèi)仍將保持較高增長(zhǎng)水平，部分區(qū)域煤電有新增裝機(jī)需求。研究用存量煤電機(jī)組延續(xù)運(yùn)行來(lái)部分替代新建煤電機(jī)組的可行性，不但能緩解經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)帶來(lái)的電力供應(yīng)缺口，而且為新增的新能源提供消納容量；從經(jīng)濟(jì)角度考慮，可大幅減少新建煤電投資規(guī)模，充分挖掘存量煤電機(jī)組資產(chǎn)價(jià)值，使國(guó)有資產(chǎn)保值增值[15]。

5 結(jié)論與建議

1）從全球范圍內(nèi)煤電機(jī)組服役年限來(lái)看，國(guó)內(nèi)外煤電機(jī)組均有40年或50年以上服役年限的案例，說(shuō)明傳統(tǒng)設(shè)計(jì)壽命為30年的煤電機(jī)組實(shí)際服役年限遠(yuǎn)超過(guò)30年。

2）國(guó)外煤電機(jī)組運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)表明，煤電機(jī)組服役年限主要受制于燃煤發(fā)電技術(shù)的發(fā)展、清潔能源的應(yīng)用、環(huán)保政策的執(zhí)行、市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)導(dǎo)向及科學(xué)開(kāi)展機(jī)組壽命管理等因素，并非僅受設(shè)計(jì)壽命的單一因素影響。

3）盡管煤電近期內(nèi)仍是我國(guó)電力供應(yīng)的主力電源和基礎(chǔ)電源，但煤電“讓路”勢(shì)在必行，如何科學(xué)評(píng)判機(jī)組的服役時(shí)間是能源與電力“十四五”規(guī)劃需要重點(diǎn)考慮的問(wèn)題，也是確保電力產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)題。

4）規(guī)范開(kāi)展煤電機(jī)組壽命評(píng)估工作，依托有資質(zhì)的科研單位開(kāi)展煤電機(jī)組的狀態(tài)監(jiān)測(cè)、壽命評(píng)估，科學(xué)評(píng)判其服役年限。

5）充分發(fā)揮煤電機(jī)組“基荷保供、靈活調(diào)峰、耦合消納、節(jié)能減排、輔助備用”的多角色作用，充分發(fā)揮存量資產(chǎn)的最大效能，確保國(guó)有資產(chǎn)保值增值。

6）綜合電力發(fā)展形勢(shì)，融合兼顧各地區(qū)同時(shí)存在煤電機(jī)組的新建和退役的需求，統(tǒng)籌發(fā)展，用存量煤電機(jī)組延續(xù)運(yùn)行來(lái)部分替代新建煤電機(jī)組，從經(jīng)濟(jì)角度考慮，可大幅減少新建煤電投資規(guī)模，充分挖掘存量資產(chǎn)價(jià)值。