重新审视煤电在我国电力系统中的地位和 . 作用

Energy of China - - CONTENTS - 收稿日期:2018-04-28作者简介:臧宁宁(1983-),男,博士,高级研究员,工程师,主要从事能源政策、企业管理、分布式能源等研究。

臧宁宁

(中国大唐集团科学技术研究院有限公司,北京 100040)

摘要:党的十九大明确提出全面建设社会主义现代化国家分“两步走”的战略,强调到

2035年确保生态环境根本好转,美丽中国目标基本实现。对于我国能源结构来说,高效化、清洁化、低碳化、智能化是其主要发展趋势。考虑到我国基本国情,在未来较长一段时期内,煤电仍是我国主要电力装机类型,但随着可再生能源装机比重的不断提升,煤电与可再生能源电力将长期共存。本文将分析新形势对能源结构的影响,重新考虑煤电在电力系统中的地位和作用,积极推动煤电转型升级发展,实现传统化石能源与可再生能源相互协调,促进可再生能源规模化发展。

关键词:结构转型;煤电;定位;能源革命;电力系统

中图分类号:TK01 文献标识码:A 文章编号:1003-2355-(2018)06-0030-05 Doi: 10.3969/j.issn.1003-2355.2018.06.007

Abstract: The 19th National Congress of the Communist Party of China specifies the two steps strategy in building the socialist modern country in an all-round way, and emphasizes the fundamental improvement of the ecological environment. For the energy, the main development trend is high efficiency, clean, low-carbon and high intelligent. In view of national conditions of our country, the coal power would be the main power type for a long time in the future, and would co-exist with the renewable energy sources. Based on the analysis of the new situation to the energy structure, this paper reviews the position of the coal power in the power system, in order to impel the innovation development of traditional fossil energy, and realize the harmonious development between the traditional fossil energy and the renewable energy sources.

Key words: Structural Transformation; Coal Power; Position; Energy Revolution; Power System

随着国际社会对保障能源安全、保护生态环境、应对气候变化等问题日益重视,能源发展的高效化、清洁化、低碳化、智能化逐渐成为能源结构转型的主要趋势。党的十九大提出“两步走”新战略,强调到 2035 年确保生态环境根本好转,美丽中国目标基本实现。从全球发展看,煤炭仍是世界能源的主体,仍是除石油以外的第二大能源类型, 2015 年在全球能源结构中占比 29.2%,其重要地位估计在未来较长时间内仍难以被替代。从能源发展的世界历史看,一种新的能源形式要

占有重要地位,所需时间大致为 50~70 年,短时间内全球能源结构呈现跳跃式或者突变式的变化难以实现,虽然现在能源技术革新步伐加快,能源品种替代周期呈现缩短的趋势,但能源结构的更替和基本能源技术的换代仍需 20 年或者 30 年甚至更长的时间 [1]。受我国富煤贫油少气资源禀赋影响,煤炭是我国最大单一能源类型,煤炭在未来相当长时间内仍保持基础能源的作用,由于能源转型的长期性和复杂性,中国解决能源问题主要还是把煤的事情办好,而不是完全“去煤化”,

需要重新审视能源结构转型下煤电定位,推进煤电清洁高效转型发展。

1 重新审视能源结构转型的影响

1.1 我国电力装机结构正逐步发生根本性变化

我国原来的电力结构是以火电、水电和少量核电构成,近 10年风电及光伏发电等可再生能源实现了跨越式发展,我国风电及光伏发电装机占全国总装机量的比重由 2011 年的 4.6% 提高到2017 年的 16.5%,累计提高了 11.9 个百分点,发电量占全国总发电量的比重由 2011 年的 2.2% 提高到 2017 年的 7.0%,累计提高了 4.8 个百分点,预计到 2020 年占比将会提高到 9.0%。

并网运行的发电机组组成一个旋转惯性系统。根据研究 [2],当非水可再生能源发电量在电网系统总发电量中占比低于3% 时,对电力系统影响可以忽略;当占比低于 15% 时,可以通过风电及光伏发电出力精准预测等运行优化手段化解其对 电力系统安全性影响;当占比在 15%~25% 时,电力系统电源端和负荷端呈现较大的不确定性,运行形态更加复杂,无法通过运行调节实现稳定运行,需要配备更多的调峰调频备用容量。目前我国各省(市区)非水可再生能源发电情况差异较大,2016 年,青海、宁夏等“三北”地区非水可再生能源消纳占比已超过 15%[3] ,考虑到我国电力装机以火电为主,调节性水电比例相对较小,在大规模储能技术尚不经济的情况下,需要通过煤电灵活性运行应对可再生能源电力的不确定性和多变性,确保可再生能源消纳和电力系统安全稳定运行。

1.2 利用小时数对电力发展状况的评判需重新定义

在长期电量分配与电价管制政策下,发电企业面临单一的电力产品、统一的标杆电价,发电设备利用小时数是衡量电源利用效率的重要指标,与企业经营收入和效益直接挂钩。在当前能源结构调整的大背景下,利用小时数的影响因素更加多元化,除了供需两侧的增速失衡、供给侧的清洁转型等,需求侧的结构调整、系统运行的备用提高等同样影响发电设备利用小时数。2017 年我国城镇化率为 58.52%,2020 年将进一步提升到60%,但与发达国家 80% 的平均水平相比还存在较大差距,未来随着第三产业与居民生活在全社会用电量中所占比重的逐步走高,负荷侧峰谷差及系统备用率将进一步增大,全网负荷率将进一步降低,拉低发电设备利用小时数,因此需要重新审视新常态下电力过剩的评判标准。

2 煤炭清洁高效利用是能源转型的重要途径

2.1 从能源系统来看,煤电是可再生能源规模化发展的有力支撑

2017 年,我国石油对外依存度达到 67.4%,天然气对外依存度高达39%,我国以煤为主的资源禀赋决定了以煤电为主的供需格局在中短期内不会改变,从中远期看,我国 2030 年非化石能源占能源总消费比重要达到 20% 左右,2050 年则不低于50%,可再生能源大规模化发展将是实现这一目标的主要途径。考虑到风电及光伏发电等可再生能源发电具有间歇性、波动性等特质,相比气电和储能等方式,煤电在提供调峰、调频、电压调节等辅助服务方面具有明显的经济优势。根据测算,考虑污染物排放、碳排放等全寿命周期综合成本,我国现阶段清洁煤电综合成本平均值为 0.329 元 /kWh ,高于水电,低于核电、风电、光伏发电、天然气发电; 2020 年,清洁煤电综合成本将与风电持平; 2030 年,有可能高于风电,但仍低于光伏发电、天然气发电。未来相当长时间内,可再生能源的规模化发展需要经济性的煤电作为辅助服务主体,保障电力系统的安全稳定运行。

2.2 从环境保护来看,提高电煤比例是大气污染治理的有效解决方案

目前,世界电煤占煤炭消费总量的比重约为56%,其中美国电煤占比为 91%、澳大利亚占比为 91%、德国占比为 80%、加拿大占比为 78%、英国占比为 73%、印度占比为 70%,我国占比约为49%,低于发达国家、主要发展中国家和世界平均水平 [4]。我国煤炭直接散烧约占 20%,是大 气环境污染严重的主要原因之一。2015 年我国煤炭消费总量约为 36.5 亿 t ,其中约 7 亿 t 为散烧煤,散烧煤排放的烟尘占全国排放总量的 44.8%,排放的 SO2占全国排放总量的 36.7%。经过多年的引进消化和自主创新,我国超超临界常规煤电技术达到世界先进水平,空冷技术、循环流化床锅炉技术达到世界领先水平,煤电、燃煤热电联产机组热效率分别超过 40% 和 60%,先进机组分别接近 50% 和 90%,远高于工业用煤和民用煤的利用效率。燃煤电厂大气污染物治理技术总体达到世界先进水平,部分领域达到世界领先水平,煤电机组逐步步入“趋零排放”“近零排放”,二氧化硫、氮氧化物、烟尘等3项主要污染物的排放水平达到燃气机组污染物排放水平。

2.3 从能效提升来看,发展清洁高效煤电是降低煤电整体能耗的有效途径

近年来,火电行业加快推进清洁高效燃煤机组的发展且效果显著,2017 年底全国火电机组供电煤耗已下降到 309 g/kW,2020 年将进一步下降到 306 g/kW。在新建机组方面, 100 万 kW 高效超超临界机组, 100 万 kW二次再热机组等已达到世界领先水平,有效提升了节能降耗水平。2016 年度我国 100 万 kW超超临界机组供电煤耗平均值为 285.02 g/kWh,30 万 kW 纯凝湿冷机组供电煤耗平均值为 325.05 g/kWh,前者比后者低40 g/kWh。以中国大唐集团公司为例,新投产一台 100 万 kW机组可拉动煤电机组供电煤耗下降约 0.23 g/kWh。积极发展热电联产技术,针对工业园区工业用热和中小型城市居民清洁采暖,推进燃煤蒸汽背压机分布式供能系统,综合能源利用效率可达 85% 左右,此外新型热电联产技术,

如 NCB供热技术、双背压双转子供热、热泵等技术,也极大的提升了能源的综合利用效率。在机组升级改造方面,运用最新的汽轮机通流设计技术对汽轮机进行通流改造、开展亚临界机组升级参数改造等措施可使供电煤耗下降10 g/kWh以上。

2.4 从存量优化来看,改造升级是实现资产保值增值、优化利用的有效手段

截至 2017 年 6月底,我国煤电装机容量超过9.5 亿 kW,存量资产超过 3 万亿元,并且我国燃煤电厂大多为亚临界电厂、超临界电厂和超超临界电厂,投产时间相对较短,设备技术水平较高。对比中美两国各自前 100 位最高效的燃煤发电厂,美国的燃煤发电设备建于 1967 年至 2012 年,而我国的建于 2006 年至 2015 年,美国只有 1 个超超临界电厂,而中国拥有 90 个超超临界电厂 [5]。大量煤电机组长期低负荷运行,将造成巨大的投资浪费,需通过改造升级,实现存量煤电清洁高效转型发展。推广应用先进超低排放技术,提高煤电绿色发展和利用率水平。提升煤电机组运行灵活性,推进煤电在电力系统中功能与地位转变,促进可再生能源消纳。推进煤电耦合生物质、垃圾发电,发挥煤电在大气污染治理中的技术和效率优势。

总的来说,在未来相当长一个时期内,能源转型的主要任务是推进化石能源的清洁高效利用和非化石能源的规模化发展,从根本上改变煤炭利用方式粗放、散烧比例高、污染物排放严重等突出问题,创新煤电清洁高效利用方式,确保经济发展、能源消耗和生态环境三者之间实现稳定平衡和良性互动。

3 能源结构转型下煤电的重新定位

新能源发电具有间歇性、季节性,而且与需求侧不对称,随着我国电力系统向清洁化、低碳化转型,风电及光伏发电等可再生能源逐步实现规模化发展,电力系统对调峰容量的需求不断提高,需要煤电为电力系统提供灵活性调节,煤电机组的发展与定位均面临重大转变。

3.1 市场地位由提供电量主体性电源向提供可靠电力、调峰调频能力基础性电源转变

由于风电及光伏发电等可再生能源电力具有间歇性、季节性特点,而且与需求侧不对称,风电及光伏发电规模化发展对系统调峰能力要求不断提高。据统计 2015 年美国灵活性调节电源容量 占总装机容量的 44% ,是风电装机的 7.9 倍,而目前我国灵活性调节电源比重为 5.8%,仅占风电装机容量的68%,系统调峰能力严重不足。我国以煤为主的资源禀赋决定了以煤电为主的供需格局在中短期内不会改变,相比气电和储能等方式,煤电具有明显的成本优势。在大规模储能技术尚不经济的情况下,煤电将在提供调峰、调频等辅助服务方面发挥主要作用。

3.2 发挥作用由保证供应向“让路”“托底”“保供”转变

根据《电力发展“十三五”规划》,“十三五”期间,煤电机组灵活性改造规模2.2 亿kW,是存量煤电机组转型升级的重要方式之一。同时随着电力体制改革的逐步推进,停机备用、黑启动、AGC调频、AVC调压以及无功调节等电力服务市场机制将逐步建立。在可再生能源电力并网比重不断增加的情况下,未来煤电机组市场功能将逐步分化,其中:大容量、高参数、低能耗、低排放的超临界、超超临界煤电机组主要发挥“托底”作用,作为电量机组为市场提供基荷服务;30万 kW及以下等级煤电机组主要发挥“让路”作用,通过灵活性运行,促进新能源电力消纳,为风电及光伏发电发展腾出空间;部分效率不高的火电机组将作为备用机组,发挥“保供”作用,在电力系统发生重大事故、极端天气导致电力负荷激增等情况下,满足电力的正常供应。

3.3 提供产品由电量为主向综合能源服务

[6]

转变

随着新一轮电力体制改革的深入推进,售电业务和增量配网逐步放开,新能源、分布式能源发展迅速,基于“互联网 +智慧能源”的新型商业模式不断涌现,传统发电企业和电网企业均向综合能源服务企业转型,发电企业将改变单一电量提供模式,其产品和服务将更加多元化、差异化和个性化。主要体现在:①电热冷产品,结合乡村振兴战略,实施区域协调发展战略,通过多能互补、热电冷多联供和燃煤蒸汽背压机分布式供能系统等方式满足新型城镇用能需求;②市场辅助服务,提高机组快速启停能力、迅速爬坡能力和深度调峰能力,通过为电量机组提供辅助服务获得收入;③用户增值服务,推进智能电厂建设,平滑用户用电负荷曲线,鼓励低谷时增加用电,推进园区企业能效运维管理业务,降低企业整体用电成本;④能源金融产品,基于能源金融市场,

开展基于电力期货市场、碳市场、可再生能源配额制等能源衍生品交易等。

3.4 竞争优势由降低煤耗向降低全生命周期度电成本转变

党的十九大提出建立现代化经济体系,以供给侧改革为主线,推动经济发展质量变革、效率变革、动力变革,提高全要素生产率,加快完善社会主义市场经济体制,使市场在资源配置中起决定性作用和更好地发挥政府作用,实现产权有效激励、要素自由流动、价格反应灵活、竞争公平有序、企业优胜劣汰。我国电力体制改革将形成由市场决定能源价格的机制,转变政府对能源的监管方式,建立现代能源体系。随着电力市场化改革的深入推进,市场化竞争将是全方位的,发电企业将进入精细化管理阶段,降低包含全生命周期度电成本将成为发电企业最核心的市场竞争力,发电企业需一手抓管理,一手抓技术,用管理和技术两种手段全方位降低度电成本。

3.5 盈利方式由电量盈利向电量和服务盈利转变

在长期电量分配与电价管制政策下,发电企业面临单一的电力产品、统一的标杆电价,发电量、利用小时数等指标是衡量电源利用效率的重要指标,与企业经营收入和效益直接挂钩。在能

(上接第27 页)■ 《关于北方地区清洁供暖价格政策的意见》,鼓励供热企业与上游供气企业直接签订购销合同,通过交易平台确定或协商确定购气价格,以减少中间供气环节、降低用气成本。

3.4 进一步推进相关政策制定和落实为保障天然气取暖规划的实施,建议加快推动相关政策的制定和落实。一是持续推行季节性差价政策。季节性差价的实行将解决储气设施成本回收问题,促进储气设施建设,是破局的关键。二是促进天然气交易平台的发展。通过天然气交易平台交易取暖用气可向市场传递有效的价格信号,实现资源优化配置。三是加快居民、非居民用气价格并轨政策落实,解决部分取暖用气销售价格倒挂的问题。四是对非常规天然气勘探开发给予进一步政策支持。

4 结论

在天然气供需紧张的背景下,《规划》考虑了 源结构转型的大背景下,发电企业所提供的产品和服务将更加多元化、差异化和个性化,发电量、利用小时数等指标的高低与企业利润多少相关性降低,发电企业需更加关注整体价值创造:对机组分类型差异化管理,针对发挥“托底”作用的超临界、超超临界煤电机组,更加关注机组利用水平;针对发挥“让路”作用的灵活性机组,更加关注机组灵活性程度;我国电力市场将以区域市场建设为主,各地区辅助服务机制差异较大,辅助服务收益计算方法也各不相同,机组最终效益存在较大区域差异,因此应加强对机组分区域差异化管理。

参考文献:

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[2] International Energy Agency. Getting Wind and Sun onto the

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[3] 国家电网有限公司.促进可再生能源发展白皮书2018[R].

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[4] 中国电力企业联合会.中国煤电发展报告 [R]. 2017.

[5] Center for American Progress. Everything You Think You Know

About Coal in China Is Wrong[R]. 2017.

[6] 臧宁宁 . 电力体制改革下售电公司如何搭建市场营销体系[J].

中国能源,2016,38(4):44-47. 资源约束,因地制宜发展天然气取暖。发展天然气取暖将推动北方地区冬季天然气需求上涨,加大用气季节峰谷差,推动冬季天然气价格上涨,促进天然气终端业务市场扩大。建议提前规划布局,扩大天然气供应,加快储气调峰能力和机制建设,加强需求侧分析和管理,进一步推进相关政策制定和落实以保障《规划》的有效实施。

参考文献:

[1] 刘朝全,姜学峰. 2017年国内外油气行业发展报告[M]. 北

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[2] 姜学峰,单卫国,樊慧.我国天然气市场“淡季不淡”抑或重

回“黄金时代”[ J ] . 中国能源,2017,39(07):12-14.

[3] 樊慧,段兆芳,单卫国.我国天然气发电发展现状及前景展望

[ J ] . 中国能源,2015,37(02):37-42.

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[5] Xizhou Zhou. China anti-smog campaign has big impact on energy

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