“雙碳”目標下煤電產業科學發展的思考

王志軒

(中國電力企業聯合會，北京市西城區，100761)

1 我國能源消費結構及先進的清潔煤電體系

1.1 我國及全球能源消費結構概述

2021年，我國全年能源消費總量52.4億t標煤，其中煤炭消費比重56.0%[1]，煤炭仍是能源消費主體。能源消費總量近20年快速增加，煤炭消費比重持續下降，比2010年下降了14個百分點。2013年，煤炭消費總量達到峰值平臺期，此后的能源消費增量主要由非化石能源逐步提供，如圖1所示。

數據來源：根據中華人民共和國歷年國民經濟和社會發展統計公報的數據制作

根據《中國統計年鑒2021》“9-9按行業分能源消費量”計算，2019年，我國煤炭消費40.19億t，其中，電力、熱力生產和供應業、黑色冶煉和壓延加工業、化學原料和化學制品制造業、非金屬礦制品業用煤分別占50.2%、7.0%、5.5%、5.6%。另外，黑色冶煉和壓延加工業消耗焦炭3.92億t，占焦炭消費總量的84.5%。2001-2019年我國煤炭消費結構圖，如圖2所示。

資料來源：國家統計局《中國統計年鑒》

1.2 我國電力結構及先進的清潔煤電體系

根據中國電力企業聯合會《2021-2022年度全國電力供需形勢分析預測報告》[2]，截至2021年底，全國發電裝機容量達23.8億kW。其中，火電13.0億kW(火電以煤電為主，煤電為11.1 kW)，常規水電3.5億kW，核電0.53億kW，并網風電3.3億kW，并網太陽能3.28億kW。非化石能源裝機合計11.2億kW(含生物質發電)，占比約47%。2021年，全國總發電量8.38萬億kW·h，非化石能源發電占比34.6%(其中，水電16%、核電4.86%、風電7.8%、太陽能發電3.9%)，煤電發電量占比60%。2020年，非化石能源發電裝機及發電量比2005年分別提升了21和16個百分點，煤電裝機容量和發電量比2010年分別下降18和22個百分點。

在低碳高效發展方面，近年來我國化石能源發電(主要指火電)裝機占比持續下降，如圖3所示。2021年化石能源發電裝機首次低于非化石能源發電裝機。同時，火電自身結構持續優化，大容量、高參數機組占比持續提升，單機30萬kW及以上火電機組容量在火電機組總容量中的占比由2010年的72.7%上升到2020年的80.8%。火電發電效率不斷提高的原因主要是通過淘汰落后機組、對現役機組進行節能提效改造、建設高參數大容量機組以及提高熱電聯產機組的占比等措施實現。圖4為我國煤電純凝機組發電熱效率與國外機組的比較。

數據來源：根據歷年中電聯《中國電力行業年度發展報告》整理

數據來源：中國的數據根據歷年中電聯《中國電力行業年度發展報告》整理，其他國家的數據根據國網能源研究院《國際能源與電力統計手冊》整理

從圖4可以看出，20世紀90年代時，我國每千瓦時火電發電標準煤耗392 g，折合發電效率31.3%；2006年時達到36%，與美國水平相當；2017年時達42%，與日本水平相當，為世界最好水平。此后，我國能效指標繼續提升，當前能源效率平均水平達到43%。

圖5為我國和其他國家煤電供熱機組綜合熱效率的比較。從圖5可以看出，我國熱電聯產機組發電量占煤電發電量占比明顯高于其他國家，但熱電聯產機組的平均效率低于德國，與發達國家持平。分析原因，主要是我國熱電聯產機組數量多但平均熱電比較低，從圖5的熱電比曲線中可明顯看出這一點。

數據來源：中國數據根據歷年中電聯《中國電力行業年度發展報告》整理，其他國家數據根據國網能源研究院《國際能源與電力統計手冊》整理。

在常規大氣污染物排放方面，2021年，全國電力煙塵、SO2、NOx排放量分別約為12.3萬、 54.7萬、86.2萬t(合計153.2萬t，比2010年的排放峰值約2 500萬t降低了約93.9%)。火電單位發電量的煙塵(顆粒物)、SO2、NOx排放量分別為 22、 101、152 mg/kW·h。[3]

在CO2排放強度方面，全國單位火電發電量的CO2排放約為828 g/kW·h，比2005年降低21.0%；提高機組發電效率取得明顯成效。與此同時，全國單位發電量(包括非化石能源發電和化石能源發電)CO2排放約為558 g/kW·h，比2005年降低了35.0%；充分體現了我國電力結構向非化石能源發電方向優化的結果。以2005年為基準年，2006 -2021年，通過發展非化石能源及降低供電煤耗等措施，電力行業累計減少CO2排放量約215.1億t。我國人均GDP、火電發電量、顆粒物、SO2、NOx總排放量及單位發電量的碳排放強度如圖6所示。由此可得出以下結論：一是我國煤電常規污染物控制與管理水平已經世界領先；二是平均除塵效率已達99.99%左右；三是脫硫機組裝機容量達到100%，行業平均脫硫效率超過95%；四是廢水治理遵循雨污分流、梯級利用、分類處理、充分回用；五是粉煤灰、脫硫石膏綜合利用于建材、建工、筑路等，綜合利用率超過70%。

數據來源：根據中電聯歷年《中國電力行業年度發展報告》整理

因此，就常規污染物控制以及能效水平而言，我國已建成世界上規模最大的清潔煤電體系，常規污染物的排放已不構成對煤電發展的制約(即污染排放與煤電發展脫鉤)，但CO2排放成為首要的制約因素。

由于煤電在經濟社會、能源轉型、上下游產業、電力系統等體系中的功能不同，不能盲目大面積、非正常、一刀切、全面封堵和退出煤電發展，必須充分考慮新建任何一座煤電站的經濟、產業、碳等方面的鎖定效應。現階段根據我國國情，應充分發揮好煤電機組支持整個能源系統低碳清潔轉型的作用(不能片面追求利用率)，這是我國能源系統優化的核心任務和迫切任務。

因此，應積極推進能源互聯網發展和電力需求側響應機制，使煤電等多種能源優化利用與需求側互動共同促進低碳發展。同時，煤電設備平均利用小時的降低會提高燃煤發電成本，本質上體現的是低碳發展成本和高質量供電成本。

2 碳達峰、碳中和形勢下煤電發展政策要求

在煤電產業發展方面，要貫徹落實《中共中央 國務院關于完整準確全面貫徹新發展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》的精神和國務院《2030年前碳達峰行動方案》(國發〔2021〕23號文)的要求，推進經濟社會發展全面綠色轉型，加快構建清潔低碳安全高效能源體系，對電力產業結構進行深度調整。

(1)要在構建清潔低碳安全高效的能源體系下推進煤炭消費替代和轉型升級。一方面，必須大力發展新能源、積極安全有序發展核電、合理調控油氣消費、加快建設新型電力系統。另一方面要加快煤炭減量步伐，“十四五”時期嚴控煤炭消費增長，“十五五”時期逐步減少。同時，要統籌煤電發展和保供調峰，嚴控煤電裝機規模，加快現役煤電機組節能升級和靈活性改造。

(2)要立足以煤為主的基本國情，堅持先立后破，嚴格合理控制煤炭消費增長，抓好煤炭清潔高效利用。推進存量煤電機組節煤降耗改造、供熱改造、靈活性改造“三改聯動”。實施清潔電力和天然氣替代。推廣大型燃煤電廠熱電聯產改造，充分挖掘供熱潛力，推動淘汰供熱管網覆蓋范圍內的燃煤鍋爐和散煤。加大落后燃煤鍋爐和燃煤“小熱電”的退出力度，推動工業余熱、電廠余熱等以及清潔能源替代煤炭供熱(蒸汽)。

(3)在推動煤電機組節能提效升級和清潔化利用方面，要開展汽輪機通流改造、鍋爐和汽輪機冷端余熱深度利用改造、煤電機組能源梯級利用改造、探索高溫亞臨界綜合升級改造、煤電機組清潔化利用。在開展煤電機組供熱改造方面，要全力拓展集中式供熱需求、推動具備條件的純凝機組開展熱電聯產改造、對已投產的熱電聯產機組進行優化運行。在加快實施煤電機組靈活性制造和靈活性改造方面，新建機組全部實現靈活性改造、現役機組靈活性改造應改盡改。

(4)要建立煤電機組退出審核機制，承擔支持電力系統運行和保供任務的煤電機組未經許可不得退出運行，可根據機組性能或經電力系統運行評估后轉為應急備用機組。

3 煤電產業發展思考

3.1 正確處理煤電轉型與能源安全、低碳發展的關系

習近平總書記指出：“近來在實際工作中出現一些問題，有的搞‘碳沖鋒’，有的搞‘一刀切’、運動式‘減碳’，甚至出現‘拉閘限電’現象，這些都不符合黨中央要求。綠色低碳發展是經濟社會發展全面轉型的復雜工程和長期任務，能源結構、產業結構調整不可能一蹴而就，更不能脫離實際。如果傳統能源逐步退出不是建立在新能源安全可靠的替代基礎上，就會對經濟發展和社會穩定造成沖擊。減污降碳是經濟結構調整的有機組成部分，要先立后破、通盤謀劃。”[4]

習近平總書記的指示是處理好煤電轉型與能源安全、低碳發展的關系的根本遵循。一是要明確目標堅定信心，確保實現經濟社會發展、能源轉型、“雙碳”目標實現；二是要認識到“雙碳”工作的長期性、復雜性、艱巨性；三是要樹牢能源安全的底線思維和轉型的基本前提；四是要堅持統籌兼顧、系統優化的指導原則；五是要堅持實事求是、區別對待、因地制宜的原則方法。

3.2 煤電發展的三大關鍵性約束

(1)溫室氣體排放控制要求構成硬約束。溫室氣體指大氣中自然或人為產生的氣體成分，能夠吸收并釋放地表、大氣和云發出的地面輻射光譜特定波長輻射。但法定(國際公約)控制排放的溫室氣體包括CO2、CH4、N2O 、SF6、氫氟碳化物(HFC)、全氟化碳(PFC)、三氟化氮(NF3)7種。對于發展中國家，溫室氣體的減排目標將由相對量的減排(強度減排)逐步過渡到相對量減排與絕對量減排(總量減排)并重、再到絕對減排為主和碳中和階段。無論是相對減排、絕對減排還是碳中和階段都對煤電發展形成硬約束。

(2)能源獨立要求將成為硬約束。我國經濟社會發展中需要一個以能源獨立為主導、以廣泛國際能源合作為補充、“把能源的飯碗牢牢端在自己手里”[5]的能源安全保障系統，并實現能源強國目標。對能源獨立程度和進程的判斷決定著煤電發展的戰略。

(3)我國燃氣資源開發進程是煤電發展的關鍵不確定性制約因素。富煤貧油少氣是我國國情[6]，但我國頁巖氣、煤層氣、致密油氣等非常規油氣的發展對煤電雖然不直接構成發展的硬約束條件，但卻直接影響煤電的規模、布局、功能和利用率等。由于燃煤電廠常規污染物排放已有最佳技術使其受到了嚴格控制，已經不構成煤電發展的關鍵制約因素。從保障能源電力安全、構建以可再生能源為主體的新型電力系統的視角審視煤電的定位可知，沒有強有力的煤電作為電力安全保證和靈活性調節，就不可能有新能源發電的大規模應用，在現階段，放棄或者忽視煤電的發展將是有害的、甚至是危險的。

3.3 以底線思維和系統思維確定煤電發展的原則

堅持底線思維：電力安全保供所需最低限度的煤電裝機和發電量要由下而上，由上而下反復論證。

由于煤電在能源電力系統中的功能定位發生了變化，我國煤電裝機容量多少與煤電發電量大小，和CO2排放大小并無直接關系。為保障電力系統的戰略安全，一些必要的煤電機組可能長期處于備用狀態。因此，煤電發展要堅持以下3個基本原則。

(1)系統性原則：煤電裝機增減要系統考慮電力供需平衡、熱力供需平衡、電力系統安全穩定運行(如靈活性電源的比重)、煤電機組運行年齡、經濟性等5個維度。

(2)全局性原則：煤電裝機增減要系統考慮投資者利益、資金鏈、產業鏈、供應鏈(煤礦、運輸)、地方經濟、社會(就業)發展等的關系。

(3)因地制宜原則：一個煤電項目是否建設，要從優先發展新能源、項目所在地或所在電網中的作用(是不是負荷中心的主力電源或重要的備用電源)等方面綜合考慮。

3.4 “十四五”期間煤電產生發展需要注意的幾個重要問題

(1)煤電在一段時期內要繼續發揮好電力、電量的主體作用。前已述及，煤電的定位和功能發生了變化，即由電力、電量的主體作用逐步向靈活性調節過渡。但這個過渡不是一蹴而就，而是一個一二十年甚至更長時間的過渡。這是因為，煤電作為單一能源品種的發電量仍然占60%，處于絕對主導地位，而且不論從資源保障還是系統成本看，我國煤電與天然氣發電在當前仍然有顯著優勢。近年來我國一些地方出現的缺電現象，并不僅僅是缺靈活性資源引起的，而是缺少剛性的、穩定的電力、電量資源。無論從全局電力系統看、還是從區域電力系統看，仍然需要新建部分煤電機組來解決能源電力安全供應問題。同時需要特別注意的是，在“雙碳”目標下要堅持在保障能源安全條件下優先發展新能源發電這一既定目標。但由于新能源發展更多地受到自然、社會、技術、電力系統特性等方面的制約，這就對電力規劃提出了更嚴格的要求，需要把“雙碳”目標、能源電力安全、經濟性多目標平衡的賬算清楚。這一要求使得煤電裝機規模具有很大的不確定性，需要結合當地實際慎重決策新上煤電項目。在一定意義上講，“十四五”規劃中煤電實際上是發揮“補缺”的作用；對具體供電地區，要依據經濟社會和能源電力變化的形勢確定具體項目。考慮到燃煤電廠建設廠址條件也是稀缺資源，既需要考慮在已有廠址上進行擴建，也要開展必要的新建煤電項目的前期工作。

(2)在推進“三改聯動”時要充分論證，技術措施與政策措施要相互配套，在清潔、低碳、高效、安全的基礎上向適應性方面發展。不能片面、極端地追求高參數、大容量和高效率、極低排放等目標，而是要“以功能和目的確定改造參數”，防止“一刀切”和盲目改造。

(3)污染治理和綜合利用措施要向精準、協同的方向拓展。要高度重視煤電機組調節性能變化對污染控制措施的影響，重視污染控制設備穩定性、可靠性、經濟性和低碳要求之間的協調，重視一次污染物與二次污染物控制之間的協調，重視高架點源污染控制與無組織排放污染源控制之間的協調，重視固體廢物持續大比例排放和其高附加值利用等問題。

(4)煤電要發揮好調整煤炭消費結構的重要作用，促進全社會煤炭消費污染問題和碳排放問題的解決。發電用煤在煤炭消費結構中比例較大，如果煤電污染物問題和碳減排問題解決得好，對煤炭消費產生的污染及其碳排放問題都將發揮重大作用。燃煤發電技術應繼續以高效超超臨界技術和更低的污染排放技術為主攻方向，以二次再熱超超臨界燃煤技術、超超臨界機組的高低位錯落布置技術、650℃蒸汽參數甚至更高溫度參數的機組技術以及以污染物系統治理技術作為主要研發和示范的重點，繼續提高機組效率；同時，煤電要加快碳捕集改造和加裝CCUS裝置，以推動電力系統近零碳排放，同時可以避免已經投產的機組提前退役，降低實現“雙碳”目標的經濟成本。

3.5 要有與煤電使命相適應的政策環境

在思想認識上要讓煤電有合理的、承擔歷史使命的經營環境，高度防范煤電生產經營困境演變為系統性風險。一個長期、全面、深度虧損的煤電產業，一個被過早唱衰的支柱性行業，一個靠改造設備性能、拼設備壽命、飲鴆止渴維持生產和員工隊伍穩定的產業，不僅支撐不了能源電力加快轉型，而且會成為電力、能源、經濟運行中的嚴重風險[7]。

4 “十四五”煤電節能環保低碳目標預計

火電中占比最大的是煤電。預計2025年，火電平均供電煤耗低于300 g標煤/ kW·h；電網綜合線路損失率控制在5.50%以內。電力常規大氣污染物排放控制在超低水平，確保火電發電煙塵、SO2、NOx排放濃度控制在10、35、50 mg/m3以內。單位發電量碳排放強度降至約510 g/kW·h，單位火電發電量碳排放強度降至約790 g/kW·h。2020年火電廠實際節能減排指標與2025年中國電力企業聯合會預期的指標比較，見表3。

表3 2020年火電廠節能減排指標與2025年預期性指標比較

5 結語

煤電的定位是托底保供、系統調節(能量、功率、頻率)、熱電聯供、綜合利用、戰略備用。煤電問題在能源電力轉型中將會持續深化，需要不斷進行政策引導，但是真正能夠成為有價值的政策機制，必須建立在客觀規律的基礎上，建立在系統優化的基礎上。

目前，就煤電產業發展必須有一個清醒的認識，投資者主動建設煤電的沖動已基本不復存在，各級政府對煤電也極其慎重，現在重要的是如何在保障電力系統安全穩定前提下，使煤電機組更好地為可再生能源發展服務，同時使煤電投資者有正常的回報。為實現碳中和，煤電大規模退出歷史舞臺具有必然性，但現在不是大規模退出的時機，也不是持續打擊煤電企業的時候，而是正確引導，讓其發揮更大作用的時候。

從政策機制來講，應充分發揮市場機制的作用，通過容量電價、可調性電價等機制設計，讓煤電在新的定位和功能條件下發揮正常作用。目前，政府有關部門已經明確不會進行煤電產業的大規模拆除式轉型，但隨著低碳發展約束條件下煤電定位及運行模式的變革，新形勢下的淘汰式轉型和功能改變型轉型(戰略備用)會持續進行。