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我國煤電高質量發展路在何方

來源: 中國電力新聞網      日期:20.01.20

我國煤電高質量發展路在何方?

——對話清華大學能源與動力工程系教授毛健雄

中國電力新聞網記者  馮義軍

  新年伊始,《中國電力報》記者就“十四五”期間中國電力發展規劃等有關問題,再次訪談了清華大學能源與動力工程系教授毛健雄,就在“十四五”和以后一個較長期間中國煤電應當怎樣高質量發展的問題進行了討論.

  《中國電力報》:為了應對氣候變化的挑戰,中國電力的電源結構將加快升級向低碳的方向發展,但是中國目前還是“以煤為主”的能源結構稟賦的現實,還難以在較短期間內實現煤電大幅度地實現“低碳發展”。請問您對今后煤電的發展方向有什么看法?

  毛健雄:根據國網能源研究院的研究結果,如果按照《巴黎協定》要將全球平均溫升控制主在2oC以內的要求,則2050年世界能源供應結構中,煤炭的占比只能是4%。這就意味著到2050年中國的能源結構中必須基本上將煤炭完全淘汰,而且煤電將必須完全退出。但從中國的能源資源以煤為主的稟賦現實看,到2050年中國實現完全的“去煤化”,將煤電發電量降低到零的建議是不可能的,也是不現實的。由于現在中國煤電的裝機容量的體量已經是如此的巨大,2018年的煤電總裝機容量超過了10億千瓦,煤電的發電量占全國發電量的65%。2019年,中國正在建設的燃煤火電機組總容量為1.21 億千瓦。這意味著即使不再增加新建的煤電機組,在近幾年內,中國的煤電裝機總容量將會超過12億千瓦。試問,將如此巨大的煤電裝機容量全部關停,有什么電源可以安全、穩定、可靠和靈活地替代煤電。對于一個國家來說,能源安全戰略事關國家安全發展的全局,能源的發展是支持國家經濟發展的基礎。因此,煤炭的定位一定要從能源安全、低碳能源和經濟發展之間的關聯,處理好化石能源和非化石能源之間的關系。從能源安全的角度,以總裝機容量超過10億千瓦的中國煤電,作為中國電力的“壓艙石”,煤電在一個相當長的時期內必須繼續進行可持續的高質量發展。

  此外,燃煤發電是最清潔高效的用煤方式,2018年,我國原煤產量36.8億噸,消費量39億噸,分別占一次能源生產和消費的69.6%和59%,但中國煤電的用煤比重只占全國煤炭消費總量的50.6%,不但遠低于發達國家如美國(煤電用煤比重占91%)、經合組織國家(占80.2%)、歐盟國家(占76.2%),而且低于世界平均比重(67.2%)。因此,如果能夠大大提高電煤在全國煤炭總消耗中的比重,在供給側最大限度地將煤炭用于高效清潔發電,在需求側將電力最大限度地用于交通(火車和電動汽車等)、工業和民用等一切可能的領域,真正實現中國的全面“電氣化”,這將會大大促進中國的經濟轉型和改善人民的生活水平及環境空氣質量。如果中國電煤在全國煤炭總消耗中的比重能夠達到世界平均水平的67.2%或更高,不但能夠有效地解決煤炭產生的污染,而且可以顯著降低由于使用煤炭而產生的碳排放。所以,從對整個煤炭更高效清潔利用而需大幅度提高煤炭用于發電比重的角度,也不應該也不可能大幅度減退乃至完全停用煤電。

  基于以上理由,預計到2050年,為了支撐中國在“第二個100年”達到中等發達國家目標的經濟發展對電力的更大需求,全國電力總裝機容量有可能需要達到30億千瓦,而且,即使在能源轉型需要持續消減煤炭消費總量的情況下,中國仍然需要在電力系統中維持13-14億千瓦的煤電裝機容量。

  《中國電力報》:今年是“十三五”收官之年,也是從明年開始的“十四五”進行規劃準備之年,因此,請問在“十四五”期間和以后,對煤電高質量發展的問題,您的設想是什么?

  毛健雄:我想首先談談我對中國煤電高質量發展的一些看法。首先,什么是“煤電的高質量發展”,我的看法是,煤電的高質量發展的內容可以包括很多, 如發展“數字化、智慧化、物聯網化”等等,但是,我認為,煤電高質量發展,重點應該是對應于煤電所面臨的最主要挑戰并加以解決的發展,也就是:

  應對氣候變化的“低碳發展”;

  應對更高質量環境要求的“清潔發展”;

  應對可有效消納正在大力發展的可再生能源電力需求的安全、穩定、高效、低排放地大幅度調節負荷的“靈活性發展”。

  面對我國超過10億千瓦在役煤電機組的這“三大挑戰”,煤電應該把牢高質量發展的定力,通過創新技術,對所有在役煤電機組進行實現上述“三個發展”的技術改造,達到更高的標準,這就是煤電的高質量發展。

  《中國電力報》:您所談到的煤電高質量發展的三大目標,即“低碳發展”、“清潔發展”和“靈活性發展”,特別是其中的“低碳發展”,您有沒有更加具體的設想和建議?

  毛健雄:煤炭是高碳能源,要達到煤電像可再生能源發電那樣的低碳排放,現在除了采用大比例的生物質混燒或生物質轉換,或采用“碳捕獲與埋存(CCS)”技術外,將煤電的碳排放強度降低到小于100克CO2/千瓦時的低碳水平是不可能的,而在“十四五”期間,大規模采用生物質混燒或采用CCS來大幅度降低煤電二氧化碳排放也是不現實的。因此,在“十四五”乃至“十五五”和“十六五”的未來十五年期內,煤電可能的“低碳發展”路徑無非是兩條:一是如某些人建議的那樣,從“十四五”開始就大幅度地逐步關停退出煤電容量,直至2050年將煤電全部關停。二是在當前十五年期內,首先通過創新技術實現煤電高質量改造,以達到最大限度地提高煤電效率和降低供電煤耗,以后,再逐步輔以生物質混燒以減少煤炭用量。特別是,到2050年,努力通過30年的奮斗,加大研發“碳捕獲、利用與封存(CCUS)技術的力度,如果能夠做到大幅度降低碳捕獲的成本,同時采用創新催化技術,能夠大規模利用捕獲的CO2作為原料,制造高價值的化學品,如甲醇、烯烴、芳烴、汽油、甲酸、可降解塑料等。這樣,煤電廠捕獲的二氧化碳,就不需大規模埋存而可直接有價值地利用,則煤電的近零碳排放就有實現的可能。因此,在中國依然是“以煤為主”的能源結構形勢下,除了少數小容量、高排放、低效率的老機組必須而且應該退出并關停外,激進的“完全去煤電化”絕對不是煤電“低碳發展”的選項?偨Y以上,在當前,只有一條出路,就是以現有已經經過實踐檢驗過的各種煤電提效和靈活性的創新技術為基礎,針對各種不同類型和容量等級的煤電機組,提出“低碳”、“清潔”、“靈活性”的升級改造的具體“量化”政策要求, 通過政策驅動,推進我國超過10億千瓦容量的煤電機組,從“十四五”開始的一個10-15年的期間進行高質量升級改造。根據輕重緩急,從“十四五”起,立即啟動亞臨界機組的改造;從“十五五”起,全面啟動超臨界機組,包括低效超超臨界機組的改造;從“十六五”起全面啟動超超臨界機組的改造。

  《中國電力報》:您的建議是,從“十四五”開始,經過三個五年計劃的15年期,完成中國的全部煤電容量的高質量升級改造。您有沒有中國煤電高質量升級改造具體量化目標,以使其能夠體現出是“高質量發展”?

  毛健雄:根據我所了解的現在中國各類煤電機組實際的供電煤耗水平,以及現在已經開發出的各種煤電提效、減排和靈活性的創新技術能夠達到的煤耗水平,以此為基礎,我有以下的具體設想和建議供您參考:

  對于在役亞臨界機組:

 。1)對30萬等級的亞臨界機組,升級改造后的額定工況下供電煤耗需低于285克標煤/千瓦時,年平均供電煤耗須低于295克標煤/千瓦時,污染物排放達到近零排放;不用油安全穩定高效低排放的負荷調峰“靈活性”能力須達到20%-100%的負荷范圍。

 。2)對60萬等級的亞臨界機組,升級改造后的額定工況下供電煤耗需低于280克標煤/千瓦時,年平均供電煤耗須低于290克標煤/千瓦時,污染物排放達到近零排放;不用油安全穩定高效低排放的負荷調峰的“靈活性”能力須達到20%-100%的負荷范圍。

  盡早啟動超臨界機組及低效超超臨界機組的高效化改造試點,在“十五五”前完成鑒定及確立最改終造目標:

 。1)對35萬等級的超臨界機組,原則上升級改造后純凝工況下的額定工況供電煤耗需低于275克標煤/千瓦時,年平均供電煤耗須低于285克標煤/千瓦時,污染物排放達到近零排放;不用油安全穩定高效低排放的負荷調峰“靈活性”能力須達到20%-100%的負荷范圍。

 。2)對60萬等級的超臨界機組,原則上升級改造后的額定工況下供電煤耗需低于270克標煤/千瓦時,年平均供電煤耗須低于280克標煤/千瓦時,污染物排放達到近零排放;不用油安全穩定高效低排放的負荷調峰“靈活性”能力須達到20%-100%的負荷范圍。

  對于在役一次再熱超超臨界機組,原則上升級改造后額定工況下供電煤耗需低于263克標煤/千瓦時,年平均供電煤耗須低于273克標煤/千瓦時;污染物排放達到近零排放;不用油安全穩定高效低排放的負荷調峰“靈活性”能力須達到20%-100%的負荷范圍。

  對于在役二次再熱超超臨界機組,原則上升級改造后的額定工況供電煤耗需低于255克標煤/千瓦時,年平均供電煤耗須低于265克標煤/千瓦時;污染物排放達到近零排放;不用油安全穩定高效低排放的負荷調峰“靈活性”能力須達到20%-100%的范圍。

  對于少量新建煤電機組:必須采用最先進的二次再熱超超臨界技術,采用的技術要必須能夠實現設計供電效率接近或達到50%,設計供電煤耗低于250克標煤/千瓦時,污染物排放達到近零排放;不用油安全穩定高效低排放的負荷調峰的“靈活性”能力須達到20%-100%的負荷范圍。

  對所有煤電在役機組,在“十四五”期間須完成污染物排放升級改造,從“超低排放”升級到“近零排放”,即

  1)粉塵:0 - 1毫克/標米

  2)二氧化硫:低于10毫克/標米

  3)氮氧化物:低于20毫克/標米

  《中國電力報》:您的上述煤電高質量升級改造建議的具體目標看來門檻非常高,對于現有在役的各種類型和容量的燃煤機組的各種要求有可能實現嗎?

  毛健雄:根據我了解的情況,實現上述高質量升級改造的煤耗、排放和調節性具體目標要求,是有一定根據的。實際上,上述所有對于各種類型和容量煤電機組的煤耗、排放和調節性要求的升級改造目標,已有各種相關創新技術和思路,并已經有成功的案例。有的案例的結果已經過有第三方授權機構正式測試數據或專家評審和鑒定結果,具備了可以在全國相關煤電機組中進行推廣的條件?梢栽O想,如果上述建議能夠得以實施,超過10億千瓦的煤電可以降低的供電煤耗,將是一個巨大的減煤數字,也是一個巨大的二氧化碳減排數字,這是在以中國的現實國情為基礎,保證中國能源安全和實現我國以煤為主的化石能源與太陽能及風電為主的非化石能源協調發展,相互補充,相得益彰,最終走向實現“巴黎協定”碳減排目標現實可行的煤電高質量發展道路。

  上述對超過10億千瓦的中國在役煤電高質量發展升級改造,是一個巨大的系統工程,預計需要經過2至3個五年計劃期間能夠實現,因此,必須按照輕重緩急,分批分期,通過試點,逐步完成。中國煤電高質量升級改造的先后次序應該是:①亞臨界機組;②超臨界機組;③一次再熱超超臨界機組;④二次再熱超超臨界機組,依次推進。對于新建的最先進二次再熱超超臨界機組,則根據需要而定,當前重點應放在在役煤電機組的升級改造,從亞臨界機組開始。

  在“十四五”期間,中國煤電高質量升級改造的重點應該是在役的亞臨界機組,這是因為,現有的約3.5億千瓦的亞臨界機組是當前我國煤電機組中供電煤耗最高的機組,同時也是負荷調節靈活性較差的機組,據了解,現在能夠安全穩定達到35%的低負荷靈活性能力的亞臨界機組占比還很小。但相比于大容量的直流鍋爐超臨界和超超臨界機組,容量較小的汽包鍋爐亞臨界機組,更加適合于調峰靈活性運行,因此,當前煤電機組的高質量升級改造,應從亞臨界機組起步,同時,有條件有需求的少量超臨界和超超臨界機組的升級改造也可試點進行。如果在“十四五”期間有50%以上的亞臨界機組的升級改造得以實現,那就是說,這些亞臨界機組從改造前的年平均供電煤耗330克/千瓦時(30萬千瓦等級)提升到改造后的295克/千瓦時,則每度電可降低供電煤耗35克,也就是把這些亞臨界機組一下子提升到超超臨界機組的水平,不但可大幅度減少煤炭的使用和大幅度降低二氧化碳的排放,并可實現20%-100%的大范圍負荷調節的靈活性,從而可大大促進可再生能源電力的消納能力。

  但是,要能夠實現上述煤電的低碳、清潔和靈活性高質量發展升級改造的目標,不僅僅是技術問題,國家的政策驅動是關鍵。2014年,三部委發布的《煤電節能減排升級與改造行動計劃(2014-2020)》,通過政策驅動,使中國煤電在約五年的時間內,基本實現了我國煤電的污染物超低排放,使中國成為世界上煤電排放最清潔的國家。這是通過國家政策驅動,實現中國煤電清潔發展的一個極好的案例。因此,“十四五”中國煤電在役機組高質量發展升級改造也應該像《行動計劃》那樣,針對不同地區,不同容量和類型機組,提出具體不同的升級改造時限要求和“煤耗、排放、調節性”的具體改造目標要求。按照時限要求完成升級改造的機組,其改造結果經須經過嚴格的驗收考核,對于按時達標的機組,要有激勵獎勵政策的鼓勵。同時要采取政策手段,對于虛假的煤耗、排放和靈活性能力數據和不能完成升級改造或不能達標的機組,也應該有政策處理的要求。

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