基于碳排放控制的福建省中長期煤電發(fā)展規(guī)模研究

姚德全 張艷艷 劉峻 賴小垚

（中國電建集團(tuán)福建省電力勘測設(shè)計院有限公司 福建福州 350003）

0 引言

清潔發(fā)展煤電是在我國自身資源稟賦和環(huán)境減排壓力下的必然選擇，也是履行氣候變化國際責(zé)任的必要選擇［1］。 我國的能源生產(chǎn)革命將主要通過傳統(tǒng)化石能源的清潔化以及可再生能源的規(guī)模化發(fā)展來實(shí)現(xiàn)。 要實(shí)現(xiàn)2030 年碳排放峰值的目標(biāo)、2050 年兩個“50%”的目標(biāo)，倒逼電力規(guī)劃和電源結(jié)構(gòu)調(diào)整，需嚴(yán)守煤電裝機(jī)總量上限，保障中長期電源結(jié)構(gòu)的合理經(jīng)濟(jì)、綠色環(huán)保。

當(dāng)前福建省的煤電建設(shè)充裕度預(yù)警為綠色， 可適度發(fā)展燃煤機(jī)組。 但隨著電力市場化改革和風(fēng)電平價上網(wǎng)進(jìn)程的推進(jìn)，疊加環(huán)保、煤價等成本壓力，煤電的價格優(yōu)勢逐漸弱化。 煤電行業(yè)的發(fā)展關(guān)乎電力市場化改革、“十四五”電力規(guī)劃目標(biāo)、能源革命目標(biāo)、NDC 減排目標(biāo)、區(qū)域環(huán)保目標(biāo)等的實(shí)現(xiàn)。因此，捋清各方約束條件，進(jìn)而調(diào)整煤電中長期發(fā)展定位、促進(jìn)能源高質(zhì)量發(fā)展，是關(guān)系中長期電源結(jié)構(gòu)調(diào)整的重要課題。

1 我國中長期發(fā)展的能源與環(huán)境約束指標(biāo)

1.1 我國能源消費(fèi)總量控制目標(biāo)

文獻(xiàn)［2］著眼于當(dāng)前到2050 年全球能源轉(zhuǎn)型和中國能源變革趨勢，測算得出2035—2040 年我國一次能源需求將達(dá)57億t 標(biāo)煤的峰值，之后保持平穩(wěn)態(tài)勢。 一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)將以煤炭、油氣和新能源三足鼎立之勢。 用能中心也將逐步轉(zhuǎn)入生活側(cè)。

2035 年和2050 年，我國非化石能源占比分別升至28.0%和37.8%， 煤炭占一次能源需求的比重分別降至40.5%和30.7%。 油氣占比在2035 年后基本保持在31.5%左右。

我國電力發(fā)展隨著5G 時代的到來會出現(xiàn)大幅增長的態(tài)勢。終端部門電氣化水平將從2018 年的23.2%提升到2035 年的32.0%與2050 年的38.4%。 相應(yīng)的我國電力需求將從2018年6.4 萬億kWh 增加到2035 年的10.6 萬億kWh 和2050 年的12.2 萬億kWh。

1.2 我國碳排放總量指標(biāo)分析

在發(fā)達(dá)國家，90%以上的碳排放量和75%的溫室氣體總排放量來自于能源生產(chǎn)和消費(fèi)活動， 其中二氧化碳主要來源于化石燃料燃燒［3］。

公開數(shù)據(jù)顯示，伴隨經(jīng)濟(jì)發(fā)展和能源消費(fèi)能力提升，我國碳排放總量由2000 年的31.3 億t 逐步增加至2018 年的93.1億t。 從碳排放量增速來看，2000—2010 年是我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展期，全國碳排放量水平增長了42.3 億t；而進(jìn)入“十二五”以來，隨著我國加強(qiáng)對節(jié)能減排、環(huán)境保護(hù)的控制措施，碳排放增長水平逐步趨緩， 特別是2015 年習(xí)總書記出席巴黎大會后，碳排放量增長速度進(jìn)一步下降。 我國近年來碳排放量及增速情況見圖1 所示。

圖1 我國近年來碳排放總量及增速情況趨勢圖

文獻(xiàn)［4］通過搭建CGE 模型對我國碳排放的需求進(jìn)行了詳細(xì)的測算，預(yù)測2020 年、2025 年分別達(dá)到103 億t、105 億t，表明碳排放總量在2020 年之后增幅已經(jīng)大幅減小，2025 年左右進(jìn)入峰值平臺期， 有望在2025—2027 年達(dá)到碳排放頂峰，2028—2030 年預(yù)期將保持這一峰值或呈現(xiàn)下滑。

1.3 我國單位GDP 碳排放指標(biāo)分析

21 世紀(jì)以來，我國單位GDP 碳排放強(qiáng)度呈現(xiàn)先升后降的趨勢，2005 年達(dá)到了頂峰。此后隨著工業(yè)化節(jié)能降耗水平的提升， 單位GDP 碳排放量逐步下滑 （變化曲線詳見圖2， 折合2015 年GDP 可比價，下同）。

由圖2 可知，2018 年單位GDP 碳排放強(qiáng)度較2005 年下降了42.9%，已提前實(shí)現(xiàn)了我國2020 年目標(biāo)（碳排放強(qiáng)度下降40%～45%）。按照我國2030 年單位GDP 二氧化碳排放比2005年下降60%～65%的目標(biāo)， 初步測算2030 年單位GDP 碳排放強(qiáng)度為0.685 t/萬元～0.783 t/萬元。

圖2 我國近年來碳排放強(qiáng)度及降幅情況趨勢圖

2 福建省中長期能源消費(fèi)與碳排放總量分析

2.1 福建省能源消費(fèi)總量分析

福建省2016—2019 年能源消費(fèi)總量年均增長率約3.7%，能源消費(fèi)強(qiáng)度年均降幅為4.5%。 初步核算，2019 年能源消費(fèi)總量為13 718 萬t 標(biāo)煤， 能源消費(fèi)強(qiáng)度指標(biāo)約為0.324 t/萬元。

從能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)分析，福建省近年來煤炭、石油占能源消費(fèi)比重約70%， 總體呈下降趨勢； 其中煤炭消費(fèi)比重降低至50%以下，低于全國目標(biāo)10 個百分點(diǎn)左右；天然氣消費(fèi)起步較晚、氣價較高，比重呈逐步上升態(tài)勢，天然氣現(xiàn)狀消費(fèi)比重僅占約5%；其余為水電、核電、風(fēng)電等一次電力及其他能源，占比約25%。 按照能源規(guī)劃情況，“十四五”期間福建省仍將投產(chǎn)部分規(guī)劃的煤電機(jī)組，而清潔能源消費(fèi)比重有較大幅度提高，主要得益于核電、風(fēng)電等清潔裝機(jī)的投產(chǎn)及發(fā)電。

福建省2019 年人均能源消費(fèi)量3.41 t/人， 與我國人均能源消費(fèi)量3.47 t/人基本相當(dāng)； 福建省是東部沿海相對發(fā)達(dá)省份，2019 年人均GDP 為8.93 萬元（2015 年可比價），約為全國的1.4 倍，單位GDP 能耗強(qiáng)度僅為全國的0.7 倍。

按照中長期能源消費(fèi)量預(yù)測， 全國能源消費(fèi)總量峰值約57 億t 標(biāo)煤，人均能源消費(fèi)量約4.75 t 標(biāo)煤。 福建省為東南沿海重要能源基地，在全國基礎(chǔ)上適度考慮10%～15%的能源儲備需求， 預(yù)期福建省人均能源消費(fèi)量峰值為5.22 t～5.46 t 標(biāo)煤，遠(yuǎn)景能源消費(fèi)總量基本保持在2.2 億t 標(biāo)煤范圍內(nèi)。 從各品類能源結(jié)構(gòu)角度分析， 煤炭、 石油消費(fèi)總量控制在2025—2030 年期間達(dá)到消費(fèi)峰值，此后保持下降趨勢，遠(yuǎn)期煤炭消費(fèi)總量應(yīng)控制在35%的目標(biāo)及以下； 天然氣消費(fèi)水平按照福建省的氣源、管網(wǎng)建設(shè)情況平穩(wěn)上升。 結(jié)合碳排放峰值的約束條件要求，測算的福建省能源消費(fèi)總量及結(jié)構(gòu)情況見圖3 所示。

2.2 福建省碳排放總量分析

目前，福建省尚未有碳排放的專門統(tǒng)計數(shù)據(jù)。 對比分析顯示不同的數(shù)據(jù)來源從統(tǒng)計角度看差異性不明顯， 故采用如下公式對福建省碳排放總量進(jìn)行估算［5］：

c=∑mi×δi

式中：c 為碳排放量；mi 為一次能源的消費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)量；δi 為i 類能源的碳排放系數(shù)。

由此可計算福建省2000—2019 年碳排放總量和碳排放強(qiáng)度指標(biāo)（煤、油、氣的噸消費(fèi)碳排放量取按國家發(fā)改委能源研究所計算數(shù)據(jù)），結(jié)果見圖4 所示。

圖3 福建省能源消費(fèi)總量及結(jié)構(gòu)預(yù)測結(jié)果圖

圖4 福建省近年來碳排放總量及強(qiáng)度變化曲線圖

分析表明，福建省碳排放總量呈上升趨勢（2016 年略有下降），碳排放量的增幅逐步減小。 碳排放強(qiáng)度呈現(xiàn)倒V 型變化趨勢，2005 年達(dá)到頂峰，此后逐步呈下降趨勢，與全國的碳排放強(qiáng)度走勢基本一致。 按照我國碳排放量峰值的控制要求，結(jié)合碳排放強(qiáng)度指標(biāo)的分析可知， 福建省碳排放強(qiáng)度在全國的0.65 倍～0.8 倍范圍內(nèi)，并逐步穩(wěn)定在0.68 倍～0.74 倍的區(qū)間范圍內(nèi)。 全國2030 年碳排放強(qiáng)度為0.685 t/萬元，按照區(qū)間均值0.71 倍折算，福建省2030 年碳排放強(qiáng)度為0.486 t/萬元。 全省GDP“十四五”“十五五”的不變價增速分別按照6.2%、5.5%考慮，預(yù)測2030 年全省GDP 約6.7 萬億元（2015 年可比價）。 由此可得出福建省應(yīng)控制的碳排放總量峰值約為3.26 億t。

結(jié)合碳排放量及能源消費(fèi)總量的控制目標(biāo)， 得到福建省中長期的碳排放總量及碳排放強(qiáng)度預(yù)測曲線，見圖5。

圖5 福建省中長期碳排放總量及強(qiáng)度預(yù)測曲線圖

3 低碳約束下的福建省煤電開發(fā)規(guī)模分析

3.1 煤電發(fā)展定位分析

“十三五”期間，國家組織全面開展了煤電機(jī)組超低排放和節(jié)能改造、落后機(jī)組淘汰工作，在煤電清潔化方面走在世界前列。 結(jié)合電源結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀，未來煤電裝機(jī)規(guī)模在福建省電力體系中依然占據(jù)重要地位， 但中長期內(nèi)要根據(jù)電力供需基本面和主要矛盾、 煤電裝機(jī)規(guī)模預(yù)期、 可再生能源發(fā)展與替代潛力、靈活性改造潛力等，通過市場機(jī)制、金融政策，引導(dǎo)優(yōu)化煤電找準(zhǔn)細(xì)分功能定位， 以適應(yīng)未來高比例可再生能源電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行需要。 不同類型、狀態(tài)、標(biāo)準(zhǔn)的煤電機(jī)組要按需承擔(dān)基荷、調(diào)峰及輔助備用的角色［6］。

具體而言，福建省中長期煤電發(fā)展定位可分為以下幾類：大容量高參數(shù)的先進(jìn)煤電機(jī)組要充分發(fā)揮高能效優(yōu)勢作為基荷電源運(yùn)行，可以進(jìn)一步通過提供熱、汽、水等綜合能源服務(wù)來提高能源利用效率；通過完善的輔助服務(wù)產(chǎn)品設(shè)計，保障30萬kW～60 萬kW 亞臨界機(jī)組科學(xué)合理地發(fā)揮靈活性輔助服務(wù)作用，實(shí)現(xiàn)存量機(jī)組由電量型機(jī)組向電力型機(jī)組轉(zhuǎn)變；用熱需求旺盛的區(qū)域通過集中供熱形式，提升燃煤發(fā)電效率，實(shí)現(xiàn)煤電清潔高效利用。

3.2 電煤消費(fèi)水平分析

按照清潔低碳的能源發(fā)展思路， 結(jié)合福建省煤炭消費(fèi)總量占比逐年下降的趨勢， 由碳排放峰值約束和能源總量約束進(jìn)行測算煤炭消費(fèi)水平，遠(yuǎn)期2050 年煤炭占能源消費(fèi)比重應(yīng)控制在35%以下。 考慮節(jié)能減排和天然氣替代的因素，遠(yuǎn)期煤炭消費(fèi)總量預(yù)計穩(wěn)定在7 200 萬t～7 500 萬t 標(biāo)煤左右。

福建省中長期煤炭消耗主要為電煤（含熱電聯(lián)產(chǎn)），比重呈逐年上升趨勢。 從國外發(fā)達(dá)國家電煤占比來看， 美國是93%、加拿大85%、德國84%、英國75%、俄羅斯64%，世界平均也在78%左右。 因此，在控制碳排放、減少煤炭消耗總量的同時，應(yīng)著力于提高電煤消費(fèi)比重。 從上述碳排放峰值和能源消費(fèi)總量約束情況， 并考慮到鋼鐵、 化工企業(yè)仍將有用煤需求，結(jié)合福建省實(shí)際情況進(jìn)行測算，遠(yuǎn)期電煤消費(fèi)占比峰值預(yù)計可爭取達(dá)80%，電煤消費(fèi)總量約為5 760 萬t 標(biāo)準(zhǔn)煤。

3.3 煤電裝機(jī)規(guī)模分析

結(jié)合當(dāng)前發(fā)電煤耗情況， 可測算出未來福建省煤電發(fā)電電量控制的約束上限。 2020 年福建省燃煤發(fā)電機(jī)組平均供電煤耗目標(biāo)是低于310 g/kWh［7］。 隨著中長期的燃煤超低排放改造的技術(shù)進(jìn)步，預(yù)期煤電平均供電煤耗仍可在2020 年的基礎(chǔ)上下降20%，即達(dá)到約250 g/kWh［8］，以此測算福建省的燃煤發(fā)電裝機(jī)規(guī)模控制的約束如表1 所示。

為滿足碳排放約束要求，福建省“十四五”末的煤電裝機(jī)規(guī)模應(yīng)控制在3 820 萬kW 以內(nèi)。 隨著發(fā)電煤耗水平的下降，可適度發(fā)展煤電規(guī)模，2050 年煤電規(guī)模應(yīng)控制在4 800 萬kW以內(nèi)。 遠(yuǎn)期煤電可作為全省可再生電源發(fā)展的重要支撐，保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

隨著福建省管網(wǎng)的逐步形成， 天然氣發(fā)電廠或?qū)⒂幸欢ǖ氖袌隹臻g。 在環(huán)境約束方面，燃煤電廠每千瓦時的碳排放約850 g，而燃?xì)怆姀S每kWh 碳排放430 g，每增加100 萬kW 的燃?xì)怆姀S，碳排放總量減少約126 萬t。 在未來能源體制改革以及電力市場改革逐步成熟后， 天然氣發(fā)電的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢將進(jìn)一步體現(xiàn)。 由于燃?xì)怆姀S發(fā)電二氧化碳排放量顯著低于燃煤電廠，調(diào)峰能力較好，因此，結(jié)合碳排放總量的控制要求，在2030 年后可結(jié)合煤電退役，在城市中心區(qū)、控煤區(qū)域適度發(fā)展燃?xì)庋b機(jī)，以優(yōu)化電源結(jié)構(gòu)，提升系統(tǒng)調(diào)峰能力。

表1 燃煤電廠裝機(jī)規(guī)模控制約束表

4 結(jié)語

清潔低碳是能源高質(zhì)量發(fā)展的重要方向， 是踐行氣候變化國際責(zé)任的要求。 福建省是典型的缺能省份， 構(gòu)建清潔低碳、安全高效的能源體系是今后能源發(fā)展的重點(diǎn)。 本文基于福建省能源消費(fèi)總量和碳排放的控制目標(biāo)進(jìn)行測算， 進(jìn)而得出全省煤電發(fā)展規(guī)模的約束指標(biāo)，對優(yōu)化全省電源結(jié)構(gòu)、促進(jìn)煤電高質(zhì)量發(fā)展、保障能源轉(zhuǎn)型，具有重要指導(dǎo)作用。