碳達(dá)峰目標(biāo)下的“十四五”煤電發(fā)展
康俊杰 楊富強(qiáng) 吳迪
（北京大學(xué)能源研究院）
2020年9月，我國提出“二氧化碳排放力爭于2030年前達(dá)到峰值，努力爭取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和”的目標(biāo)。構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，大規(guī)模提高可再生能源的接入比例并推動(dòng)電力行業(yè)提前達(dá)峰是實(shí)現(xiàn)全社會(huì)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的主要路徑和關(guān)鍵措施。另一方面，從去年12月份開始，湖南、江西、浙江、廣東等地接連出現(xiàn)了短暫的用電負(fù)荷缺口，部分區(qū)域的“拉閘限電”和“有序用電”引起了大家的關(guān)注，一些專家建議繼續(xù)增加煤電項(xiàng)目以彌補(bǔ)用電缺口，并避免出現(xiàn)類似美國得州一樣的電力危機(jī)。在碳達(dá)峰目標(biāo)下“十四五”電力如何規(guī)劃，煤電如何發(fā)展，值得我們進(jìn)一步分析。
一、“十三五”電力發(fā)展關(guān)鍵問題總結(jié)
（一）電力系統(tǒng)留有充足的靈活性裕度
“十三五”電力規(guī)劃中提出2020年風(fēng)電裝機(jī)2.1億千瓦、太陽能發(fā)電裝機(jī)1.1億千瓦的發(fā)展目標(biāo)。并且為了適應(yīng)高比例可再生能源的接入、降低棄風(fēng)棄光率，規(guī)劃中提出了增加電力系統(tǒng)綜合調(diào)節(jié)能力的發(fā)展目標(biāo)，規(guī)劃“十三五”期間新增1700萬千瓦抽水蓄能、新增5000萬千瓦天然氣發(fā)電、新增2.19億千瓦煤電靈活性改造的目標(biāo)[1]。從規(guī)劃完成結(jié)果來看，2020年風(fēng)電裝機(jī)達(dá)到2.81億千瓦，太陽能發(fā)電裝機(jī)達(dá)到2.53億千瓦，隨機(jī)性電源超過規(guī)劃目標(biāo)2.14億千瓦；而抽水蓄能僅增加850萬千瓦、天然氣發(fā)電增加3200萬千瓦[2]，煤電靈活性改造規(guī)模也僅僅完成6000萬千瓦左右[3]，靈活性電源距離規(guī)劃目標(biāo)還存在1.8億千瓦左右的缺口。
從實(shí)際電力需求來看，“十三五”全國平均用電量增速達(dá)到5.7%，最大負(fù)荷增速高出用電增速1個(gè)百分點(diǎn)左右，均超過預(yù)期。從風(fēng)光發(fā)電的消納來看，2020年全國風(fēng)電、光伏的平均利用率分別是97%、98%，均超過“十三五”規(guī)劃目標(biāo)。“十三五”期間，在靈活性電源遠(yuǎn)未達(dá)到規(guī)劃目標(biāo)、隨機(jī)性電源遠(yuǎn)超規(guī)劃目標(biāo)的情況下，隨機(jī)性電源仍能維持很高的消納水平，同時(shí)電力系統(tǒng)仍能滿足超預(yù)期的電力需求，這說明“十三五”期間的電力系統(tǒng)留有充足的靈活性裕度。
（二）不同區(qū)域電源不足與過剩并存
傳統(tǒng)的判斷認(rèn)為，電力供給過剩會(huì)導(dǎo)致煤電利用小時(shí)下行，并認(rèn)為煤電利用小時(shí)高于5500小時(shí)是電力供給不足，5000小時(shí)是供需平衡，4500小時(shí)是寬松，低于4000小時(shí)是過剩。除了供給過剩外，發(fā)用電結(jié)構(gòu)變化也能驅(qū)動(dòng)煤電利用小時(shí)下行。需求側(cè)負(fù)荷曲線劇烈波動(dòng)，需要煤電調(diào)峰來保持電力系統(tǒng)平衡，導(dǎo)致煤電利用小時(shí)下行。供給側(cè)大規(guī)模風(fēng)電、光伏等可再生能源的接入需要煤電讓出電量空間并提供足夠的電力負(fù)荷、輔助性服務(wù)支持，這也導(dǎo)致煤電利用小時(shí)下行。
“十三五”期間，國內(nèi)的三產(chǎn)結(jié)構(gòu)及用電結(jié)構(gòu)相對于“十二五”并未發(fā)生根本性的變化，因此除供需平衡因素外，影響煤電利用小時(shí)變化的因素主要來自于發(fā)電結(jié)構(gòu)的變化。我們選取全國典型省份煤電進(jìn)行比較分析，將該省煤電分為基本型和調(diào)節(jié)型煤電，并將調(diào)節(jié)型煤電與風(fēng)光打捆折算，折算后的基本型煤電年利用小時(shí)如圖1所示。
圖1 全國部分省份基本型煤電年利用小時(shí)
從圖1可以看出，不考慮為風(fēng)光發(fā)電讓出電量的影響，全國不同省份之間煤電利用情況存在很大的不同。陜西、浙江、吉林和湖南煤電利用小時(shí)均不足4500小時(shí)，屬于電力供給寬松的范圍；而江西超過6000小時(shí)，安徽接近5500小時(shí)，均為電力供給緊張。因此，“十三五”不同區(qū)域電力存在寬松與緊張并存的問題。
（三）需求響應(yīng)能力不足導(dǎo)致個(gè)別地區(qū)出現(xiàn)短期負(fù)荷緊張
2019年以來，我國個(gè)別省份出現(xiàn)了“有序用電”的事件，2020年年底，我國湖南、江西等地也出現(xiàn)過短暫的電力供應(yīng)緊張，一時(shí)間電力供給短缺成為業(yè)界討論的熱點(diǎn)。
但就如同發(fā)用電結(jié)構(gòu)變化導(dǎo)致的煤電利用小時(shí)下行被誤認(rèn)為是供給過剩一樣，相應(yīng)的需求響應(yīng)能力不足引起的負(fù)荷緊張也被認(rèn)為電力供給不足。國家電網(wǎng)公司的信息顯示[4]，2019年全國超過最大負(fù)荷95%的時(shí)間不足24小時(shí)，超過最大負(fù)荷90%的持續(xù)時(shí)間普遍低于168小時(shí)（湖北、湖南、江西等省低于48小時(shí)）。按照全國最高負(fù)荷12億千瓦左右來計(jì)算，前5%、前10%對應(yīng)的負(fù)荷規(guī)模分別是6000萬千瓦、1.2億千瓦。這部分持續(xù)時(shí)間超短、需要多次啟停的負(fù)荷需求利用任何電源來滿足都是極為不經(jīng)濟(jì)的，最好的解決辦法是利用需求響應(yīng)的方式來解決。因此，最近幾年來個(gè)別地區(qū)的“有序用電”難以歸類為電力供給不足，而應(yīng)該歸類為需求響應(yīng)能力不足。
二、“十四五”用電情景預(yù)測
“十二五”期間，我國用電量增長14934億千瓦時(shí)，年均用電量增速6.3%；“十三五”期間，用電量增長18177億千瓦時(shí)，年均用電量增速5.7%。2020年受疫情影響，用電量增速僅3.1%。國內(nèi)多家權(quán)威機(jī)構(gòu)[5、6]預(yù)測，“十四五”用電量增速放緩至4%～5%。
2020年我國人均用電量5320千瓦時(shí)，已經(jīng)進(jìn)入到發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)的初期發(fā)展階段；但是根據(jù)當(dāng)年人均生活用電量776千瓦時(shí)來衡量，我國還停留在工業(yè)化的后期階段。參考經(jīng)合組織國家的用電結(jié)構(gòu)，未來我國居民用電和第三產(chǎn)業(yè)用電占比仍將不斷提高。居民用電和第三產(chǎn)業(yè)用電的特點(diǎn)是負(fù)荷曲線受到氣候變化影響導(dǎo)致的尖峰特征更加明顯?！笆濉币詠?，我國絕大部分省市用電負(fù)荷增速大于用電量增速一個(gè)百分點(diǎn)左右[7]，預(yù)計(jì)“十四五”這種趨勢不會(huì)改變。因此預(yù)計(jì)“十四五”全國最高用電負(fù)荷增速比用電量增速高一個(gè)百分點(diǎn)，預(yù)計(jì)維持5%～6%的增速。
三、“十四五”電力規(guī)劃推薦情景
（一）“十四五”電力規(guī)劃的背景
第一，“雙碳”目標(biāo)已經(jīng)成為“十四五”電力規(guī)劃的硬約束。我國自去年9月提出“雙碳”目標(biāo)后，去年12月提出了2030年風(fēng)電、太陽能發(fā)電總裝機(jī)達(dá)到12億千瓦以上的發(fā)展目標(biāo)；今年3月進(jìn)一步提出了構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)的戰(zhàn)略目標(biāo)。到“十四五”末，預(yù)計(jì)可再生能源在全社會(huì)用電量增量中的比重將達(dá)到三分之二左右，在一次能源消費(fèi)增量中的比重將超過50%。因此“十四五”電力發(fā)展規(guī)劃的制定必須以“雙碳”目標(biāo)作為強(qiáng)約束。
第二，煤電、水電、風(fēng)電和光伏發(fā)電等的成本因素不再是限制規(guī)劃結(jié)果的關(guān)鍵因素。進(jìn)行電力規(guī)劃的主要目標(biāo)函數(shù)是在滿足用電需求的情況下使全社會(huì)的總用電成本最低。不考慮輸配電成本情況，僅從發(fā)電側(cè)來評(píng)估，煤電、水電、風(fēng)電和光伏任何一種電源都難以在全國層面相對于其他電源形成成本優(yōu)勢，煤電只是在某些區(qū)域或某些項(xiàng)目上具有相對成本優(yōu)勢，但隨著風(fēng)光發(fā)電成本的進(jìn)一步降低，這種優(yōu)勢在“十四五”會(huì)逐步消失。因此“十四五”電力規(guī)劃中煤電、水電、風(fēng)電、光伏四種電源的成本問題不再是約束規(guī)劃的關(guān)鍵因素。
第三，將需求側(cè)資源納入規(guī)劃已經(jīng)成為業(yè)界的共識(shí)。隨著用電負(fù)荷尖峰特征的逐步凸顯，電網(wǎng)公司、地方政府都逐步意識(shí)到僅依靠供給側(cè)增加電源的方式滿足電力需求既不經(jīng)濟(jì)也沒有必要，將需求側(cè)資源納入電力規(guī)劃，利用需求響應(yīng)的方式削減尖峰負(fù)荷逐步成為大家的共識(shí)。2019年國網(wǎng)公司就提出建議按照尖峰負(fù)荷95%來進(jìn)行電力規(guī)劃，超出部分利用需求側(cè)管理的方式來滿足[4]。山東、江蘇、浙江等省份2020年年度的電力平衡方案中也提出了按照最大負(fù)荷5%設(shè)置需求側(cè)響應(yīng)的目標(biāo)[8-10]。
（二）“十四五”電力規(guī)劃推薦情景分析
基于“十四五”電力規(guī)劃的背景，本文根據(jù)前述分析直接給出推薦情景，具體的數(shù)據(jù)信息如表1所示。
表1 “十四五”電力規(guī)劃推薦情景數(shù)據(jù)表
（三）推薦情景關(guān)鍵指標(biāo)解釋
水電方面，預(yù)計(jì)“十四五”常規(guī)水電每年新投產(chǎn)1000萬千瓦左右，裝機(jī)由2020年的3.4億千瓦增加到3.9億千瓦；新投產(chǎn)的機(jī)組主要集中在金沙江中上游、怒江和瀾滄江流域。抽水蓄能在“十四五”將迎來大發(fā)展，在目前3100萬千瓦在運(yùn)的基礎(chǔ)上，再增加5000萬千瓦左右，總規(guī)劃超過8000萬千瓦，繼續(xù)保持世界第一。
天然氣發(fā)電方面，適當(dāng)加快發(fā)展速度，在東部沿海地區(qū)建設(shè)一批重點(diǎn)調(diào)峰項(xiàng)目，到2025年天然氣發(fā)電規(guī)模達(dá)到1.5億千瓦。
核電方面，預(yù)計(jì)已經(jīng)在建17臺(tái)機(jī)組除霞浦2號(hào)外全部建成，2020年核準(zhǔn)未建的3臺(tái)機(jī)組將有兩臺(tái)建成，核電新增裝機(jī)2000萬千瓦，總規(guī)模達(dá)到7000萬千瓦。
風(fēng)電和太陽能方面，受“雙碳”目標(biāo)的激勵(lì)，行業(yè)各機(jī)構(gòu)都預(yù)測風(fēng)電和太陽能將迎來大發(fā)展，但考慮到上下游產(chǎn)業(yè)鏈配套產(chǎn)能的可持續(xù)發(fā)展，預(yù)計(jì)風(fēng)電、光伏每年合理的新增規(guī)模分別為5000萬千瓦、6000萬千瓦，2025年風(fēng)電和光伏的裝機(jī)規(guī)模分別達(dá)到5.3億千瓦、5.5億千瓦，成為滿足增量電力需求的主力電源。需要說明的是，盡管在部分區(qū)域，風(fēng)電、光伏難以達(dá)到20%、15%的有效出力系數(shù)，但是考慮到中西部負(fù)荷時(shí)序上的差異和跨區(qū)域輸電的影響，再加上調(diào)度的優(yōu)化，在全國總體層面20%、15%的出力系數(shù)是可以達(dá)到的。
生物質(zhì)發(fā)電方面，優(yōu)化資源利用，每年新增生物質(zhì)秸稈發(fā)電200萬千瓦、新增垃圾發(fā)電200萬千瓦，2050年總裝機(jī)達(dá)到5500萬千瓦左右。
新型儲(chǔ)能方面，國家規(guī)劃中提出的3000萬千瓦發(fā)展目標(biāo)能夠完成。但是新型儲(chǔ)能預(yù)計(jì)更多應(yīng)用在負(fù)荷側(cè)，并和分布式、微網(wǎng)結(jié)合。
需求響應(yīng)方面，至少按照最大負(fù)荷的5%來規(guī)劃，“十四五”通過需求響應(yīng)的方式至少能減少6000萬千瓦的尖峰負(fù)荷需求。
（四）推薦情景規(guī)劃結(jié)果分析
按照推薦規(guī)劃方案，2025年全國電力總裝機(jī)達(dá)到30.88億千瓦，2025年全社會(huì)總發(fā)電量達(dá)到9.72萬億千瓦時(shí)，比2020年高出2.1萬億千瓦時(shí)，能夠保證年均用電量5%、最高負(fù)荷6%的用電增量需求。
按照此推薦方案，2025年可再生能源裝機(jī)占比將達(dá)到53%，“十四五”增量用電部分的67%來自于可再生能源，“雙碳”目標(biāo)約束下的電力發(fā)展目標(biāo)能夠滿足。
按照此推薦方案，電力行業(yè)將在“十四五”期間實(shí)現(xiàn)煤電裝機(jī)、發(fā)電耗煤和碳排放量的“三達(dá)峰”，峰值分別是11.5億千瓦、13.8億噸標(biāo)煤和45億噸碳排放，提前5年實(shí)現(xiàn)國家制定的碳排放達(dá)峰目標(biāo)，并為碳中和目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
四、“十四五”煤電發(fā)展
第一，嚴(yán)控煤電新增規(guī)模。將煤電核準(zhǔn)權(quán)限重新上收，除特殊情況外，不再核準(zhǔn)新的商用煤電機(jī)組。為了保證燃煤發(fā)電技術(shù)不斷創(chuàng)新并且為光熱發(fā)電、氫燃料發(fā)電等進(jìn)行技術(shù)儲(chǔ)備，每年安排400萬千瓦左右的先進(jìn)技術(shù)示范項(xiàng)目；同時(shí)加快落后機(jī)組淘汰和過剩機(jī)組的封存?zhèn)溆谩Ｊ姑弘娫谀壳?0.9億千瓦在運(yùn)、1億千瓦左右在建的基礎(chǔ)上，2025年煤電總裝機(jī)量控制在11.5億千瓦左右。
第二，推動(dòng)煤電定位轉(zhuǎn)變。加大60萬千瓦及以上超臨界、超超臨界供熱改造的力度，使高效煤電機(jī)組在全力保障供電安全的同時(shí)更多承擔(dān)供熱、供氣職能，提高資源利用效率。加大30萬、60萬千瓦級(jí)亞臨界機(jī)組的靈活性改造力度，使中型機(jī)組在電力系統(tǒng)中承擔(dān)更多的輔助服務(wù)職能。加大中小型落后煤電機(jī)組的淘汰力度，為30萬千瓦及以下排放達(dá)標(biāo)機(jī)組讓出電量和熱力空間，使30萬千瓦級(jí)煤電在保障區(qū)域供熱、供氣和區(qū)域電網(wǎng)調(diào)頻調(diào)峰中承擔(dān)更多的責(zé)任。
第三，優(yōu)化煤電布局。按照有減有增的原則，推動(dòng)煤電在全國區(qū)域內(nèi)布局的優(yōu)化。在東北、西北等煤電過剩的地區(qū)及豫北、鄂西等部分區(qū)域加大過剩煤電淘汰的力度，提高現(xiàn)有高效煤電機(jī)組的利用效率，并且為其他地區(qū)煤電發(fā)展讓出指標(biāo)空間。在三北特高壓送端科學(xué)布局合理規(guī)模的煤電，為高比例可再生能源的送出提供保障，提高特高壓線路的利用效率。在華中、華東地區(qū)因地、因時(shí)布局少量高效煤電機(jī)組，保障當(dāng)?shù)仉娏?、熱力供給。
五、政策建議
第一，準(zhǔn)確計(jì)算電力的安全裕度及所需靈活性資源閾值下限。目前，很多專家學(xué)者從保障用電安全、為可再生能源提供靈活性等角度來支持進(jìn)一步增加煤電；但是“十三五”規(guī)劃的實(shí)踐已經(jīng)證明我國電力規(guī)劃中留有較大的安全裕度。為了進(jìn)一步推動(dòng)可再生能源的發(fā)展，同時(shí)避免出現(xiàn)美國得州的大停電事故，需要采用“自下而上”的方式分省、分地區(qū)對未來電力系統(tǒng)的安全裕度進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)估，對保持電力系統(tǒng)安全所必須的靈活性資源下限進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算，以推動(dòng)電力行業(yè)在保持安全的情況下盡快實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰的目標(biāo)。
第二，收緊煤電核準(zhǔn)權(quán)限，制定更加嚴(yán)格的控制目標(biāo)。因?yàn)槭艿紾DP、稅收、就業(yè)等多方面因素的影響，地方政府在煤電發(fā)展上一直保持很高的熱情。因此，一定要收緊煤電核準(zhǔn)的權(quán)限，并制定嚴(yán)格的規(guī)劃約束目標(biāo)和考核指標(biāo)，避免在實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的關(guān)鍵時(shí)期出現(xiàn)“剎車失靈”問題。
第三，高度重視需求側(cè)響應(yīng)手段的應(yīng)用。從前文的分析中可以看出，業(yè)內(nèi)所關(guān)注的局部地區(qū)“缺電”問題不是真正的電力短缺，而是因?yàn)殡娏π枨髠?cè)缺乏靈活響應(yīng)造成的。因此利用市場化的手段提高需求側(cè)響應(yīng)能力是解決這種“缺電”的最有效手段。
第四，建立合理的收益和成本分?jǐn)倷C(jī)制。在保障用電安全的情況下提高電力的清潔、低碳水平勢必要增加用電成本，這種增量成本不能一直在電力系統(tǒng)內(nèi)部消納，必須選擇合適的機(jī)會(huì)疏導(dǎo)出來。因此應(yīng)該合理計(jì)算高比例可再生能源并網(wǎng)的成本，并建立合理的分?jǐn)偤褪鑼?dǎo)機(jī)制，讓成本有效分?jǐn)?，以推?dòng)電力行業(yè)可持續(xù)發(fā)展。
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