中國儲能網(wǎng)訊：7月15日，國家發(fā)改委、國家能源局印發(fā)《煤電低碳化改造建設行動方案（2024—2027年）》，再次將我國煤電的產(chǎn)業(yè)政策頂層設計推向焦點。從減少二氧化碳排放的角度而言，燃煤機組發(fā)電量應盡可能地“再見”，但在以電網(wǎng)為主要電力利用方式的前提下，煤電正在為可再生能源成為主要電量生產(chǎn)者保駕護航。作為系統(tǒng)可靠性的“帶刀侍衛(wèi)”，煤電仍需“再建”?！笆逦濉奔磳砼R，在碳達峰前的最后一個規(guī)劃周期里，煤電的發(fā)展方向或決定“雙碳”目標能否實現(xiàn)、能源轉型是否成功，當然，也關乎各方利益主體的正和共榮。
我國煤電的辯證發(fā)展
我國“富煤、貧油、少氣”的資源稟賦特點，形成了長期以化石能源為主的能源消費結構，也決定了煤電在很長一段時間內占據(jù)著我國電力系統(tǒng)的絕對主導地位。過去二十年，煤電歷經(jīng)了肯定、否定、再肯定的辯證周期，最終確定了其在能源革命中的正確定位，也就是煤電的容量需隨著最大負荷的增加而增加，而煤電的電量需隨著可再生能源發(fā)電量的增加而減少，以同時滿足電力需求的增長和高質量發(fā)展新能源的合理消納率。
圖1 2000年~2023年中國煤電新增容量（單位：萬千瓦）
回顧二十一世紀以來我國煤電辯證的發(fā)展歷程：2001年~2007年為煤電的快速擴張期。2001年，我國加入世界貿(mào)易組織（WTO），國際貿(mào)易產(chǎn)能大幅提高，帶動電力需求激增，2005年前后部分地區(qū)一度發(fā)生拉閘限電。為此，各地大干快上燃煤發(fā)電廠，我國煤電裝機容量得以翻倍增長。2008年~2015年，煤電開始平穩(wěn)發(fā)展。2008年后，國際煤價提升，煤電企業(yè)經(jīng)營情況不佳，疊加次貸危機帶來的海外市場需求降低與融資壓力增加、國家出臺關停小火電機組等環(huán)保政策，發(fā)電企業(yè)擴張意愿減弱，煤電裝機增速在這一階段維持較低水平。
2016年~2022年，煤電進入政策性緊縮期。2016年，我國煤電利用小時數(shù)創(chuàng)五十年新低，部分省份為防范潛在的產(chǎn)能過剩風險，對煤電建設進行調控，導致煤電新增裝機逐年下降。2020年“雙碳”目標提出，煤電發(fā)展進一步緊縮。盡管同時期可再生能源的裝機容量不斷上升，但在新型電力系統(tǒng)建設初期，行業(yè)對系統(tǒng)環(huán)境改變的認識并未及時跟上，在冬夏“雙峰”期間，“供需緊平衡”“出現(xiàn)電力缺口”等字眼仍頻頻出現(xiàn)。云南是我國的電力大省，其中，水電裝機8143萬千瓦，而煤電裝機僅1416萬千瓦，占比不足11%。由于水電“看天吃飯”的特性，易受極端天氣影響，云南自2020年起多次陷入“缺電”危機。如2021年5月，上游來水偏枯三至四成、入汛時間大幅滯后，全省水電發(fā)電量大幅下跌，遭遇“斷崖式缺電”；2022年7月，來水時而偏枯時而偏豐，枯汛轉換頻繁導致電力再度緊張；2023年，省內大部分地區(qū)降雨少、來水枯，水電蓄能減少，云南電力供給呈現(xiàn)出“枯期缺、汛期缺、月月缺”的新形勢。
事實上，由大量可再生能源增加的系統(tǒng)總裝機容量，并沒有緩解部分省份的“缺電”問題，其根本原因在于電力系統(tǒng)有效容量儲備不足，無法及時應對電力系統(tǒng)最大負荷的持續(xù)增長。有效容量，是指能主動適應負荷波動特性而調整，主要增加出力的裝機，而機組容量的有效價值主要取決于發(fā)電與負荷時間特性的匹配程度。基于穩(wěn)定可調的出力特性，煤電的有效容量在80%~90%左右，是同等銘牌容量下多年調節(jié)式水電有效容量的2倍，徑流式水電、風電有效容量的10~20倍。隨著新型電力系統(tǒng)建設的深入推進以及行業(yè)對有效容量認識的不斷加深，自2023年起，煤電進入增長回暖和轉型成熟期，為緩解系統(tǒng)有效容量充裕性不足引發(fā)的種種問題，各地重新規(guī)劃煤電建設，其裝機呈現(xiàn)反彈增長。
煤電在全球碳減排下的跌宕起伏
在全球能源轉型的大環(huán)境中，各國都處于同一起跑線上。至今還沒有哪一個國家已成功抵達終點，也沒有哪一個國家可以為其他國家提供可復制可參考的典型經(jīng)驗。隨著政治經(jīng)濟格局的不斷變化，各國煤電發(fā)展同樣幾經(jīng)波折、跌宕起伏。對于煤電，幾乎全世界的能源管理部門都面臨以“徹底消滅”為理想狀態(tài)，而“迫不得已”繼續(xù)發(fā)展的兩難境地。
德國是全球最大的褐煤生產(chǎn)國，擁有400億噸的褐煤儲量。為做好能源綠色轉型國際先行者的表率作用，早在2000年，德國就頒布了《可再生能源法案》，從投融資、技術創(chuàng)新等方面大力支持可再生能源發(fā)展。2019年，德國宣布在2038年前關閉所有燃煤電廠，在2035年實現(xiàn)能源行業(yè)碳中和，即可再生能源發(fā)電占比100%。得益于政策傾斜和國際輿論的雙重發(fā)酵，2021年，德國可再生能源發(fā)電量占全國總發(fā)電量的47.1%，而曾經(jīng)的主力煤炭（包括褐煤與硬煤），發(fā)電量僅占23.8%。
然而，減排的成績背后，是巨大的經(jīng)濟成本和安全風險?！犊稍偕茉捶ò浮芬欢纫箅娋W(wǎng)運營商以固定上網(wǎng)電價收購可再生能源發(fā)電量，由此產(chǎn)生的可再生能源附加費由電力用戶承擔?？稍偕茉吹拇笠?guī)模發(fā)展伴生該費用的急速上漲，一定程度上助推了德國的終端電價位于歐洲最高水平。2023年，德國家庭的用電價格高達45.2歐分/千瓦時（折合人民幣3.3元/千瓦時），遠超我國居民農(nóng)業(yè)和工商業(yè)電價。安全方面，德國進口電量逐年增多，并于2023年首次成為電力凈進口國，其中三分之一來自法國的核電。
德國的脫煤進程在2022年遭遇瓶頸。2022年2月，俄烏沖突發(fā)生，歐盟對俄羅斯進行能源領域制裁，導致天然氣價格高企，德國天然氣發(fā)電量占比從2020年最高峰的11.9%下降至2022年的7.7%，相應地，煤炭發(fā)電量占比在2019年下降至30%以下后重新回升至2022年的33.7%。為此，德國議會不得不宣布取消2035年可再生能源發(fā)電占比100%的目標。到2023年冬季，為應對寒冷天氣可能出現(xiàn)的天然氣短缺問題，德國決定重啟已封存的燃煤電廠。
不僅德國，歐盟其他宣稱煤炭退出的國家也紛紛延緩腳步。希臘宣布繼續(xù)開采煤炭，并將燃煤電廠運行時間延長至2028年；荷蘭政府表示取消燃煤電廠最大發(fā)電量35%的產(chǎn)量上限，允許其滿負荷運轉至2024年；奧地利作為歐洲第二個完全依靠煤炭發(fā)電的國家，被迫重啟南部一座已經(jīng)關停的燃煤發(fā)電廠。就連主要依靠核電的法國，也先后取消燃煤電廠運行小時數(shù)的限制以及延長國內最后兩座燃煤電廠的使用壽命，以保障電力供應穩(wěn)定。
事實上，一向嚴謹?shù)牡聡耍瑢Υ娏π袠I(yè)脫煤，可能比我們更為保守。
圖2 2011年~2023年德國發(fā)電容量結構（單位：萬千瓦）
從德國歷年不同類型機組的裝機容量可以看出，德國的煤電并未迅速減少。截至2023年底，德國傳統(tǒng)火電裝機容量共7730萬千瓦（煤電3746萬千瓦，氣電3469萬千瓦，礦物油、礦井瓦斯等515萬千瓦），而當年全網(wǎng)最大負荷為7400萬千瓦。也就是說，德國在提高可再生能源發(fā)電量占比的同時，仍堅持以煤電為主的傳統(tǒng)火電裝機容量能夠滿足系統(tǒng)最大負荷的原則。
在美國，頁巖氣革命改變了當?shù)氐哪茉垂┙o格局，高產(chǎn)廉價的天然氣使得氣電代替煤電，成為美國電力系統(tǒng)的主力電源之一。截至2022年底，得州的氣電裝機容量為7103萬千瓦，煤電裝機容量1814萬千瓦，兩者之和已遠遠超過得州的最大用電負荷（歷史上為7400萬千瓦~7500萬千瓦），這一點與德國不謀而合。但相對得州的循序漸進，加州采取了更為“進取”的能源轉型路徑。2018年，加州簽署了關于州可再生能源組合標準方案的法案，宣稱在2026年前實現(xiàn)可再生能源供電占比達50%，并在2045年底將該比例提高到100%（該目標后由拜登政府提前至2035年）。但在2020年的8月14日，因極端高溫天氣導致可再生能源電力供應不足，200萬加州人陷入長達4小時的停電黑暗中。同時，加州電網(wǎng)運營商號召用戶在每天下午3點到晚上10點進入“極度節(jié)能”狀態(tài)。無獨有偶，2021年9月9日，在美國能源部提出到2035年太陽能有望為全美提供40%電力的第二天，加州電力系統(tǒng)再次告急，加州電網(wǎng)運營商（CASIO）向美國能源部提交請求緊急文件，請求聯(lián)邦政府宣布發(fā)生“電力可靠性緊急情況”，以及允許使用更多的化石燃料發(fā)電來防止大規(guī)模停電。在系統(tǒng)越來越不穩(wěn)定的事實面前，加州似乎仍在一心求零碳，設想通過巨型電池在部分時段取代化石燃料，以一種增加高昂成本冗余的方法實現(xiàn)系統(tǒng)整體可靠。
能源轉化技術未取得突破前
煤電何去何從
在對煤電何去何從問題的討論中，不得不提到能源“不可能三角”理論。該理論源于金融領域，解釋為一個國家在金融政策方面不可能同時實現(xiàn)資本流動自由、貨幣政策獨立、匯率穩(wěn)定，三者只能實現(xiàn)其二。應用到能源領域后，普遍認為國家的能源政策也存在安全、綠色和經(jīng)濟的“不可能三角”問題。當前，“綠色低碳”已成為剛性目標，而“人民對美好生活的向往，就是我們的奮斗目標”“能源的飯碗必須端在自己手里”等要求，以及人民日益增長的美好生活需要和不平衡不充分的發(fā)展之間的社會主要矛盾，均表明現(xiàn)階段，我國電力系統(tǒng)的安全性較經(jīng)濟性更具優(yōu)先級，以煤電為主要支撐的有效容量必須跟上電力需求增長。
“十四五”期間，我國最大用電負荷屢創(chuàng)新高，“平時充裕、尖峰緊張”的電力供需特性凸顯。2021年至2023年，全國最大用電負荷從11.9億千瓦增加到13.45億千瓦，平均每年增長7750萬千瓦。據(jù)中電聯(lián)最新預測，2024年我國最大用電負荷還將比上一年增加1億千瓦，若出現(xiàn)持續(xù)大范圍極端高溫天氣，最大用電負荷可能達14.7億千瓦。
展望“十五五”，從我國未來產(chǎn)業(yè)布局和經(jīng)濟發(fā)展戰(zhàn)略來看，一方面，新能源汽車、光伏組件、鋰離子電池等新質生產(chǎn)力的加速培育，是我國工業(yè)用電新增長極；另一方面，以5G基站服務、人工智能為代表的數(shù)字經(jīng)濟推動我國服務業(yè)用電增長。若以5%的年增長率保守估算，到2030年，全國最大用電負荷將逼近20億大關。屆時，取水電、氣電、核電、抽蓄及風電光伏等各類型電源裝機的規(guī)劃值，在分別考慮其有效容量折算以及系統(tǒng)合理備用基礎上，煤電裝機仍需保證每年7000萬千瓦~9000萬千瓦的增長，才能保障系統(tǒng)的持續(xù)可靠。
當然，煤電容量的增長不等同于碳排放的增長。從電量來看，全國電源裝機容量已遠超過全社會總用電量。煤電和可再生能源裝機的同步攀升勢必帶來煤電發(fā)電利用小時數(shù)下降，也意味著煤電開始從電力電量并重的支撐性調節(jié)性電源向頂峰、深調、應急備用的調節(jié)性電源轉型。
在能源轉化技術未取得突破前，要走好這關鍵的轉型之路，煤電需從轉變已有認知、提升自身性能以及完善市場機制等多方面入手。
一是改變煤電產(chǎn)能是否過剩的衡量標準。在呈現(xiàn)“雙高”特點的新型電力系統(tǒng)中，通過年利用小時數(shù)判斷煤電產(chǎn)能是否過剩已經(jīng)不再具有太大參考意義。系統(tǒng)有效容量應與最大負荷相匹配，基于我國資源稟賦，煤電仍是電力系統(tǒng)能提供大部分有效容量的可行來源。因此，煤電產(chǎn)能過剩的衡量標準應向適應系統(tǒng)最大負荷的方向改變。
二是“經(jīng)濟能耗”不再是煤電的第一追求。隨著新能源的加速發(fā)展，煤電利用小時數(shù)進一步下降，機組通過經(jīng)濟煤耗優(yōu)勢回收增量投資成本變得愈發(fā)困難。未來煤電機組將通過提供電力平衡責任獲得大部分經(jīng)濟收入，而不再依賴于降低煤耗節(jié)省燃煤費用來提高收益。
三是加快提升煤電靈活調節(jié)能力。明確煤電基礎保障性和系統(tǒng)調節(jié)性電源的功能定位，對機組進行特定技術改造，提高靈活調節(jié)能力，實現(xiàn)更快速的爬坡和更低成本的快速啟停以及長期備用能力，充分發(fā)揮系統(tǒng)可靠性“帶刀侍衛(wèi)”職能。
四是建立健全煤電經(jīng)濟性回報機制。當系統(tǒng)最大負荷持續(xù)時間不及預期（最多一周），煤電產(chǎn)能過剩的衡量標準、機組調節(jié)能力以及“經(jīng)濟能耗”的第一追求均已發(fā)生改變的前提下，煤電頂峰機組除在冬夏雙峰發(fā)揮作用外，將長時間處于備用狀態(tài)，導致其經(jīng)濟性下滑嚴重。為此，在政策制定方面要杜絕“小農(nóng)意識”，通過提高容量電費、放開市場限價、取消煤電套利回收等方式，允許煤電企業(yè)在市場中獲得高收益，以滿足基本生存需求。同時，加快電力現(xiàn)貨市場建設，有效疏導輔助服務費用，集齊煤電經(jīng)濟性回報的完整拼圖，讓企業(yè)停止“自掏腰包”。
能源綠色轉型不應該“談煤色變”。在注重供給側結構性改革的同時，也應意識到需求側的重要性，將綠色發(fā)展理念貫穿于經(jīng)濟社會發(fā)展全過程各方面。為促進能源轉型，需加快我國高耗能產(chǎn)業(yè)節(jié)能降碳改造，追求更高附加值的產(chǎn)業(yè)升級，突出科技在實現(xiàn)中國式現(xiàn)代化中的作用。在“雙碳”目標下，煤電將繼續(xù)在電力系統(tǒng)中發(fā)揮關鍵功作用，遠不到說再見的時候，當然，這需要煤電切實完成角色轉變，同時推動市場機制不斷健全完善。
