中國儲能網(wǎng)訊：2013年，全世界煤炭消費占一次能源消費比重為30%，中國為66%。中國煤電發(fā)電量長期以來占總發(fā)電量比重為80%左右，雖然近十年可再生能源發(fā)電迅猛增長，但2014年煤電裝機比重仍為60%，煤電發(fā)電量比重為70%。
據(jù)國家統(tǒng)計局和中國電力企業(yè)聯(lián)合會統(tǒng)計，截至2014年底，全國全口徑發(fā)電裝機容量為13.6億千瓦、同比增長8.7%，其中非化石能源發(fā)電裝機容量4.5億千瓦、占比為33.3%。2014年，全國全口徑發(fā)電量5.65萬億千瓦時、同比增長4.0%，其中非化石能源發(fā)電量1.42萬億千瓦時、同比增長19.6%，非化石能源發(fā)電量占總發(fā)電量比重自新中國成立以來首次超過25%達到25.06%。全國發(fā)電設備利用小時4286小時，為1978年以來的年度最低水平，同比降低235小時。可見，非化石能源發(fā)電在替代化石燃料發(fā)電尤其是燃煤發(fā)電的步伐正在加快，燃煤電廠在繼煤電矛盾之后，煤電與低碳發(fā)展的矛盾、煤電發(fā)展與可再生能源發(fā)電的矛盾將日趨尖銳，煤電清潔高效利用的發(fā)展需求將進一步迫切。
煤電清潔高效發(fā)展取得了歷史性跨越
環(huán)保管制要求不斷加強，政策支持有效落實
中國通過一系列法律、行政以及經(jīng)濟手段等，加強對燃煤電廠能效和污染物排放的嚴格管理。在能效要求方面，對新建燃煤機組有強制性的單位電能能源消耗限額，如國家強制性要求《常規(guī)燃煤發(fā)電機組單位產(chǎn)品能源消耗限額》(GB21258-2013);對老機組也有提高效率的目標，如《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃(2014~2020年)》(發(fā)改能源[2014]2093號)中的要求。對污染物排放要求，有強制性的污染物排放限值要求，如《火電廠大氣污染物排放標準》(GB13223-2011)中的排放限值已是世界最嚴，而且一大批燃煤機組還要按照中央有關政府部門和地方政府更嚴格的要求，開展“超低排放”環(huán)保改造，即要求排放煙氣中的顆粒物、二氧化硫、氮氧化物排放濃度每立方米分別不超過10毫克(有的要求為5毫克)、35毫克、50毫克。在二氧化碳控制要求方面，提出了單位GDP碳排放強度控制要求，頒布了《碳排放權交易管理暫行辦法》等。在加強強制性管制的同時，也給予了有力的政策支持，成為促進企業(yè)節(jié)能減排的主要動力。如通過提高環(huán)保電價措施，使環(huán)保成本傳遞到電力用戶，目前，燃煤電廠脫硫、脫硝、除塵設施建設達到要求的電廠，上網(wǎng)電價每千瓦時平均提高了約0.027元。為了促進電廠加快治理污染，有的地方政府對于提前完成技改任務的電廠給予一定的資金獎勵，并采取獎勵發(fā)電量指標或者優(yōu)先上網(wǎng)發(fā)電的方式。
機組技術水平不斷提高，結構不斷優(yōu)化
一是采用大容量、高參數(shù)機組。中國新建機組基本上是60萬千瓦及以上超超臨界參數(shù)的大機組，2014年底中國單機容量為100萬千瓦的超超臨界機組約100臺(2013年底為63臺);參數(shù)在25~28兆帕600℃/600 ℃的機組得到大規(guī)模應用，其中效率最高的上海外高橋第三發(fā)電廠2臺100萬千瓦超超臨界機組的實際凈效率已達到了44.5%(供電煤耗276克/千瓦時)為世界最高，如果折算到設計工況下凈效率可達45.5%。二是不斷提高熱電聯(lián)產(chǎn)機組比重，并以熱電聯(lián)產(chǎn)機組替代了大量的散燒供熱鍋爐。熱電聯(lián)產(chǎn)機組的比例由2000年的13.3%，提高至2013年的28.9%。三是以大機組替代小機組。30萬千瓦及以上火電機組比例由1995年27.8%提高至2014年77.7%。四是積極進行現(xiàn)役機組汽輪機的通流改造、煙氣余熱回收利用、電機變頻等節(jié)能技術改造，以綜合技術提高效率。五是提高劣質煤清潔利用水平，加大循環(huán)流化床(CFB)鍋爐的技術創(chuàng)新和應用，目前有近100臺30萬千瓦級的CFB鍋爐在投運;2013年中國自主研發(fā)的世界首臺單機容量最大的60萬千瓦的超臨界CFB鍋爐在四川白馬電廠投運。CFB鍋爐的效率和環(huán)保水平已達到世界先進或領先水平。
通過結構調整、技術創(chuàng)新、科學管理等多方面的措施，中國火電廠平均凈效率由1978年的26.1%(發(fā)電熱效率為28.3%)提高到2014年的38.6%(發(fā)電熱效率為41%)，即單位供電量燃料消耗率下降了48%(由于在火電機組中90%左右為燃煤機組，火電廠平均效率基本上代表了燃煤電廠的平均效率)，中國燃煤電廠的平均效率達到世界先進水平。
煤電污染物控制水平、資源綜合利用水平都顯著提高
根據(jù)中電聯(lián)統(tǒng)計分析，主要情況如下：
煙塵控制方面，除塵技術逐步升級為高效電除塵器、袋式除塵器、電袋復合除塵器等，尤其是近兩年低溫電除塵器等更高效的除塵技術大范圍應用。平均除塵效率由1985年的90.6%提高至2014年的99.75%;每千瓦時煙塵排放相應地由1985年的10.5克降至2014年的0.23克。
二氧化硫控制方面，2005年以來的近10年間，電站鍋爐脫硫裝機比重接近100%，其中煙氣脫硫裝機比重91.5%(比美國高約30個百分點);每千瓦時排放量由2005年的6.4克降至2014年的1.49克。
氮氧化物控制方面，采用低氮燃燒技術和SCR技術，2010年以后大規(guī)模加裝SCR裝置。截至2014年底，僅5年時間，煤電機組脫硝比例達到82.5%(比美國高約33個百分點);每千瓦時氮氧化物的排放量由2005年的3.6克降至2014年的1.49克。
在煙氣汞治理方面，主要是通過除塵、脫硫、脫硝裝置協(xié)同控制，使排放濃度能夠滿足排放限值要求。
通過以上控制措施，雖然2014年火電發(fā)電量比1980年增長了16倍，但電力煙塵排放量由年排放400萬噸下降到98萬噸，下降了75.4%;電力二氧化硫排放量從2006年1350萬噸的峰值降至620萬噸，下降了54.1%;氮氧化物排放量比2011年峰值下降了38.2%。根據(jù)達標排放改造要求，2015年還會有大幅度的下降。單位發(fā)電量污染物排放量達到世界先進水平。
在固體廢物綜合利用方面，脫硫石膏產(chǎn)生量由2005年的500萬噸增長至最高2013年的7550萬噸;綜合利用量由50萬噸增長至5400萬噸左右，綜合利用率達到72%。粉煤灰產(chǎn)量從2001年的1.5億噸到最高2013年的5.5億噸;利用量從2001年的0.97億噸到最高2013年的3.8億噸，綜合利用率達到69%。
在電廠節(jié)水和廢水控制方面，火電發(fā)電耗水量從2001年的3.9千克/千瓦時降至2013年的2千克/千瓦時?；痣姲l(fā)電廢水排放量由2001年的1.31千克/千瓦時降至2013年的0.1千克/千瓦時。
燃煤電廠二氧化碳減排方面取得了有效進展
電廠二氧化碳捕集、利用、埋存的試點取得了成功經(jīng)驗。燃煤或燃氣電廠煙氣中的二氧化碳捕集能力為3000噸/年到12萬噸/年的幾個試點項目在運行;二氧化碳埋存的地質調查也做了大量工作;基于工程項目的燃煤電廠富氧燃燒捕集二氧化碳的國際合作研究有效開展。中國通過發(fā)展非化石能源、降低煤耗和線損率等措施，以2005年為基準年，2006～2014年，累計減排二氧化碳約60億噸，2014年單位發(fā)電量二氧化碳排放量比2005年降低了19%。根據(jù)作者的相關研究，電力二氧化碳減排的貢獻見下圖。
對煤炭清潔高效利用的幾點認識
煤電是支撐中國能源與電力轉型的基礎
雖然能源轉型的重要標志之一是可再生能源替代傳統(tǒng)的化石能源，尤其是煤炭，但對于中國這樣以煤為主的能源結構和以煤電為主的電力結構而言，任何輕視煤炭作用的行為對能源轉型都是不可取的。你可以厭惡煤炭，但你不能忽視煤炭;你希望大力發(fā)展可再生能源，但你必須首先重視煤電在轉型過程中對能源安全、經(jīng)濟發(fā)展的支撐作用。要快速解決中國的霧霾污染問題，優(yōu)化煤炭的使用是最有效最關鍵的措施。在能源革命的新形勢下，綠色煤電將發(fā)揮資源空間優(yōu)化配置、支持非化石能源發(fā)展、促進調整區(qū)域及產(chǎn)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟等作用。
經(jīng)濟性因素決定了煤電主導地位的時間長短
目前中國天然氣發(fā)電的成本比污染物超低排放的煤電成本高約0.2～0.4元/千瓦時。這個成本差價如果折算到碳價上對應的每噸二氧化碳為330～660元人民幣，而當前我國試點碳排放交易的價格在20～55元/噸CO2?？梢姡词箍紤]了碳的價格，煤炭仍有很強的競爭力。因此，各種能源的最終競爭力或是否被替代，取決于在考慮了全生命周期內的環(huán)境影響、能源安全、二氧化碳控制等要求后的經(jīng)濟性。
優(yōu)化發(fā)展煤電及電力替代是解決環(huán)境問題的關鍵性措施之一
我國大氣污染問題從表象上看，煤炭為主的能源結構是禍首之一，但從本質上看主要是由對煤炭的不合理利用造成的。約占燃煤總量20%的散燒煤炭污染物排放遠高于燃煤總量55%的電力排放對環(huán)境的影響。在排放的污染物對環(huán)境質量的影響方面，也有類似“二八定律”現(xiàn)象，即電力行業(yè)大氣污染物的排放比例為80%，但是對環(huán)境質量的影響占20%，甚至不到10%，而其他污染源排放量占20%，但環(huán)境質量的影響占到80%甚至更高。這是因為污染物排放量對環(huán)境質量的影響不僅與排放量有關，更取決于污染氣象條件和排放布局情況，即污染排放與環(huán)境質量影響之間呈非線性關系。如電廠排放的污染物與低矮源排放的污染物如果排放量相同，但對環(huán)境的影響不同，低矮源排放就在人群的周圍，影響要比電廠大得多。發(fā)達國家電煤消費占煤炭消費的比重要比我國高得多，如美國約93%、加拿大85%、德國84%、英國75%、俄羅斯64%，世界平均比例約78%。如果中國能夠達到世界平均水平，其煤炭的污染就能完全有效解決。此外，電能替代燃油，還能進一步大幅度降低機動車在城市的污染問題。
從現(xiàn)有的技術和經(jīng)濟性來看，常規(guī)污染物的控制已不構成對煤電發(fā)展的關鍵性制約條件。即使按照現(xiàn)有的環(huán)保要求，再用10年的時間，每千瓦時煙塵、二氧化硫、氮氧化物會進一步降低到0.04克、0.15克、0.2克左右甚至更低。假如有35億噸的原煤用于發(fā)電，這三項污染物年排放總量之和將控制在年300萬噸左右，相當于全國不到1億噸散燒煤排放的三項污染物之和。二氧化碳的問題是煤電發(fā)展最大的障礙。中國確定2030年左右二氧化碳排放達到峰值且將努力早日達峰。對煤電來說，溫室氣體排放控制成為煤炭利用的制約瓶頸，是需要花大力氣解決的問題。持續(xù)的提高效率和寄希望于CCUS的大規(guī)模應用是煤電人需要攻克的堡壘.
煤電在清潔高效發(fā)展方面存在的主要問題
一是經(jīng)過大規(guī)模持續(xù)節(jié)能技術改造，現(xiàn)役煤電機組的經(jīng)濟節(jié)能降耗潛力很小，繼續(xù)提高經(jīng)濟效率空間有限。二是伴隨風電、太陽能等可再生能源發(fā)電比重的快速提高，煤電調峰作用將顯著增強，機組參與調峰越多，利用小時、負荷率將持續(xù)走低，影響機組運行經(jīng)濟性，尤其是大容量、高效率機組的低煤耗優(yōu)勢得不到充分發(fā)揮。如，美國天然氣價格低，燃氣輪機用于調峰，而中國燃機發(fā)電成本要高得多，美國燃煤機組的年利用小時可以達到6000小時左右，中國的煤電機組目前降至4700小時左右，這就是重要原因。三是通過增加新機組方法優(yōu)化煤電機組結構降低供電煤耗的空間越來越小。四是煤電環(huán)保設施的持續(xù)改造，總體上增加了煙氣系統(tǒng)的阻力，從而增加了能耗。在煤電環(huán)保設施頻繁重復改造的同時，污染物削減邊際成本也大幅度提高。五是穩(wěn)定的超低排放技術、監(jiān)測技術等不僅需要進一步通過實踐的檢驗，還要從全社會角度系統(tǒng)評價環(huán)境效益和經(jīng)濟效益之比。六是社會發(fā)展進入新階段、經(jīng)濟進入新常態(tài)，以“互聯(lián)網(wǎng)+”為代表的新的經(jīng)濟形態(tài)將會對能源、尤其是對具有網(wǎng)絡性的電力工業(yè)產(chǎn)生重大的影響。2015年中國政府工作報告中首次提出了要制訂“互聯(lián)網(wǎng)+”行動計劃，行動計劃將重點促進以云計算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)為代表的新一代信息技術與現(xiàn)代制造業(yè)、生產(chǎn)性服務業(yè)等的融合創(chuàng)新，發(fā)展壯大新興業(yè)態(tài)，為大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新提供環(huán)境，為產(chǎn)業(yè)智能化提供支撐，促進國民經(jīng)濟轉型升級。因此，電力行業(yè)要有高度的敏感性，認真研究“互聯(lián)網(wǎng)+”對電力工業(yè)的影響，與時俱進，積極采取各種有效對策。
中國煤電發(fā)展的展望及建議
煤電及電力發(fā)展展望
雖然中國的人均發(fā)電裝機、人均電量達到了幾代電力人夢寐以求的成效，但是綜合考慮中國經(jīng)濟社會發(fā)展水平、能源資源稟賦等因素，結合能源革命的要求，中國電力和煤電仍有較大的發(fā)展空間。筆者預計2020年、2030年，電力裝機將達到約20億千瓦和31.7億千瓦;發(fā)電量將達到8.5萬億千瓦時、12萬億千瓦時。其中，煤電裝機將分別達到11億千瓦、14.5億千瓦，分別比2014年增長33%、76%。
但是煤電發(fā)電裝機和發(fā)電量的比重將持續(xù)下降，2020年、2030年煤電裝機比重將由2014年的60.7%分別下降至55%、46%，發(fā)電量比重分別下降至66%、56%。筆者估計電力發(fā)展還有較大的空間，是基于兩點考慮，一是我們要主動加快電能替代，而不是把電量當成絕對“過?！眮砜创?二是我國天然氣長期缺乏，價格高，雖然我國電力占終端消費比重已達到22%左右，與發(fā)達國家持平，但是由于我國天然氣比重太低，應把電力當成天然氣使用，所以電能的比重應該更高，這是國情決定的。即便如此，電力二氧化碳排放在2030年前仍將持續(xù)增加，但正是電力二氧化碳的增加，促進了全社會總體二氧化碳的減排。
結合能源革命的要求，經(jīng)過綜合分析，作者提出2020年底及2030年底中國電力裝機結構和發(fā)電量結構的估計，見表。
對煤電清潔高效利用的建議
一是進一步明確煤電的戰(zhàn)略定位。應把加快提高煤炭轉換為電力的比重和電能占終端能源消費的比重，確定為解決中國能源優(yōu)化利用和環(huán)境保護的重大、基礎戰(zhàn)略，較長時期內不可動搖，短期內去煤化的政策或者對煤炭、煤電基本作用搖擺不定的政策對中國能源發(fā)展是不利的。
二是要研究新常態(tài)下對電力發(fā)展評價新的指標體系和標準，即以能源革命的價值導向為指導，與國際經(jīng)驗相結合，建立新的評價體系。從歷史和發(fā)展眼光看，指標體系和評價標準都是與時俱進的。在新常態(tài)下，電力彈性系數(shù)、年裝機容量、年發(fā)電量、設備利用小時數(shù)、備用率、效率、常規(guī)污染排放總量、績效、線損……需要完善或重新定義。如把年利用小時數(shù)可達8000小時的核電裝機容量與年利用小時數(shù)約1000多小時的光伏裝機相加來說明裝機的多少，沒有太大意義，可以考慮把年利用率5000小時作為折算小時。再如，常規(guī)污染物排放總量考核也即將失去意義，而碳排放、耗水量等指標將成為重要指標。對智能電網(wǎng)的評價指標也應當加以改革和改進。
三是持續(xù)研究提高煤電效率與能量系統(tǒng)優(yōu)化相結合。繼續(xù)研究新技術，如700℃超超臨界燃煤發(fā)電技術、IGCC技術，從各個環(huán)節(jié)挖掘技術節(jié)能潛力(如上海外高橋第三熱電廠的技術改造)的同時，更加重視熱電聯(lián)供等能量梯級利用的技術推進，從能量系統(tǒng)綜合優(yōu)化利用中尋找更為經(jīng)濟有效的提效方法。實際上我國燃煤電廠凈效率達到國際先進水平，其中熱電聯(lián)產(chǎn)電廠比例的提高起到了重大作用。
四是更加注重更大范圍的各種電能與各種資源的優(yōu)勢互補。更加重視煤電與氣電、核電、可再生能源發(fā)電、抽水蓄能之間的優(yōu)勢互補;更加重視大電網(wǎng)、更大能源資源的優(yōu)化配置與分布式能源發(fā)電的互補;更加重視“互聯(lián)網(wǎng)+”帶來的需求側響應的重大變化與智能電網(wǎng)的聯(lián)動協(xié)調。要創(chuàng)新性發(fā)展能量與資源互補和系統(tǒng)優(yōu)化，如智能化工廠和工藝可以將電解鋁這樣的高載能(而不宜稱為“高耗能”)產(chǎn)品生產(chǎn)轉化為一種電量“物質化”產(chǎn)品，從而在客觀上起到蓄電的作用，也可以將此種功能稱為準蓄能。再如科學有序的煤炭多聯(lián)產(chǎn)工藝也可以做到能量與物質的聯(lián)合梯級利用，更加重視科學的循環(huán)經(jīng)濟的發(fā)展?？梢哉f，“互聯(lián)網(wǎng)+”的發(fā)展，將會極大地促進能量系統(tǒng)以及能量系統(tǒng)與物質系統(tǒng)(雖然從廣義講能量也是物質)的綜合優(yōu)化。
五是節(jié)能減排的管理應逐步過渡到以碳排放控制為主體、各種要求相協(xié)調的管理思路上來。應加快把工作重點從煤電常規(guī)污染物控制、能效控制轉移到二氧化碳為主體的控制思路上來。由嚴控效率轉移到嚴格控制碳減排上來，由于碳排放將是真正的硬約束條件。如全世界并沒國際公約要求效率是多少，但是對二氧化碳減排將有法律的強制要求，國家應當將二氧化碳作為煤電的核心問題加以管理，將現(xiàn)有的強制性的節(jié)能提效要求由碳減排替代，而效率要求只是作為指導性指標由企業(yè)自行決定。在常規(guī)污染物控制方面，避免單純地要求“超低”排放，而是統(tǒng)籌協(xié)調節(jié)能、減碳、省水、控制常規(guī)污染物的各種關系，綜合推進滿足環(huán)境質量的低成本、低物耗、少產(chǎn)生二次污染的減排技術。
六是堅持市場化改革和法治化管理。要根據(jù)《關于進一步深化電力體制改革的若干意見》(中發(fā)〔2015〕9號)加快配套各種制度，真正使政府做到“法無授權不可為”、“法定職責必須為”，使企業(yè)做到“法無禁止即可為”，使中國煤電清潔高效發(fā)展納入市場化和法治化軌道。
