中國儲能網(wǎng)訊：2013年，全世界煤炭消費(fèi)占一次能源消費(fèi)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(jī)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(jī)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(jī)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(dá)到25.06%。全國發(fā)電設(shè)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?？梢姡腔茉窗l(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(jìn)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(qiáng)，政策支持有效落實(shí)
中國通過一系列法律、行政以及經(jīng)濟(jì)手段等，加強(qiáng)對燃煤電廠能效和污染物排放的嚴(yán)格管理。在能效要求方面，對新建燃煤機(jī)組有強(qiáng)制性的單位電能能源消耗限額，如國家強(qiáng)制性要求《常規(guī)燃煤發(fā)電機(jī)組單位產(chǎn)品能源消耗限額》(GB21258-2013);對老機(jī)組也有提高效率的目標(biāo)，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(qiáng)制性的污染物排放限值要求，如《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13223-2011)中的排放限值已是世界最嚴(yán)，而且一大批燃煤機(jī)組還要按照中央有關(guān)政府部門和地方政府更嚴(yán)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(qiáng)度控制要求，頒布了《碳排放權(quán)交易管理暫行辦法》等。在加強(qiáng)強(qiáng)制性管制的同時，也給予了有力的政策支持，成為促進(jìn)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(shè)施建設(shè)達(dá)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(jìn)電廠加快治理污染，有的地方政府對于提前完成技改任務(wù)的電廠給予一定的資金獎勵，并采取獎勵發(fā)電量指標(biāo)或者優(yōu)先上網(wǎng)發(fā)電的方式。
機(jī)組技術(shù)水平不斷提高，結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化
一是采用大容量、高參數(shù)機(jī)組。中國新建機(jī)組基本上是60萬千瓦及以上超超臨界參數(shù)的大機(jī)組，2014年底中國單機(jī)容量為100萬千瓦的超超臨界機(jī)組約100臺(2013年底為63臺);參數(shù)在25~28兆帕600℃/600 ℃的機(jī)組得到大規(guī)模應(yīng)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(jī)組的實(shí)際凈效率已達(dá)到了44.5%(供電煤耗276克/千瓦時)為世界最高，如果折算到設(shè)計工況下凈效率可達(dá)45.5%。二是不斷提高熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組比重，并以熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組替代了大量的散燒供熱鍋爐。熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的比例由2000年的13.3%，提高至2013年的28.9%。三是以大機(jī)組替代小機(jī)組。30萬千瓦及以上火電機(jī)組比例由1995年27.8%提高至2014年77.7%。四是積極進(jìn)行現(xiàn)役機(jī)組汽輪機(jī)的通流改造、煙氣余熱回收利用、電機(jī)變頻等節(jié)能技術(shù)改造，以綜合技術(shù)提高效率。五是提高劣質(zhì)煤清潔利用水平，加大循環(huán)流化床(CFB)鍋爐的技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用，目前有近100臺30萬千瓦級的CFB鍋爐在投運(yùn);2013年中國自主研發(fā)的世界首臺單機(jī)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(yùn)。CFB鍋爐的效率和環(huán)保水平已達(dá)到世界先進(jìn)或領(lǐng)先水平。
通過結(jié)構(gòu)調(diào)整、技術(shù)創(chuàng)新、科學(xué)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(jī)組中90%左右為燃煤機(jī)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(dá)到世界先進(jìn)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(shù)逐步升級為高效電除塵器、袋式除塵器、電袋復(fù)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(shù)大范圍應(yīng)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(yīng)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(jī)比重接近100%，其中煙氣脫硫裝機(jī)比重91.5%(比美國高約30個百分點(diǎn));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(shù)和SCR技術(shù)，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(jī)組脫硝比例達(dá)到82.5%(比美國高約33個百分點(diǎn));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(dá)標(biāo)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(dá)到世界先進(jìn)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(dá)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(dá)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(jìn)展
電廠二氧化碳捕集、利用、埋存的試點(diǎn)取得了成功經(jīng)驗(yàn)。燃煤或燃?xì)怆姀S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(diǎn)項(xiàng)目在運(yùn)行;二氧化碳埋存的地質(zhì)調(diào)查也做了大量工作;基于工程項(xiàng)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(zhǔn)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(guān)研究，電力二氧化碳減排的貢獻(xiàn)見下圖。
對煤炭清潔高效利用的幾點(diǎn)認(rèn)識
煤電是支撐中國能源與電力轉(zhuǎn)型的基礎(chǔ)
雖然能源轉(zhuǎn)型的重要標(biāo)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(jié)構(gòu)和以煤電為主的電力結(jié)構(gòu)而言，任何輕視煤炭作用的行為對能源轉(zhuǎn)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(zhuǎn)型過程中對能源安全、經(jīng)濟(jì)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(guān)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(jìn)調(diào)整區(qū)域及產(chǎn)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)等作用。
經(jīng)濟(jì)性因素決定了煤電主導(dǎo)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(yīng)的每噸二氧化碳為330～660元人民幣，而當(dāng)前我國試點(diǎn)碳排放交易的價格在20～55元/噸CO2。可見，即使考慮了碳的價格，煤炭仍有很強(qiáng)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(nèi)的環(huán)境影響、能源安全、二氧化碳控制等要求后的經(jīng)濟(jì)性。
優(yōu)化發(fā)展煤電及電力替代是解決環(huán)境問題的關(guān)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(jié)構(gòu)是禍?zhǔn)字?，但從本質(zhì)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(yuǎn)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(zhì)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(zhì)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(zhì)量的影響占到80%甚至更高。這是因?yàn)槲廴疚锱欧帕繉Νh(huán)境質(zhì)量的影響不僅與排放量有關(guān)，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(zhì)量影響之間呈非線性關(guān)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(dá)國家電煤消費(fèi)占煤炭消費(fèi)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(dá)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(jìn)一步大幅度降低機(jī)動車在城市的污染問題。
從現(xiàn)有的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性來看，常規(guī)污染物的控制已不構(gòu)成對煤電發(fā)展的關(guān)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(jìn)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(xiàng)污染物年排放總量之和將控制在年300萬噸左右，相當(dāng)于全國不到1億噸散燒煤排放的三項(xiàng)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(dá)到峰值且將努力早日達(dá)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(yīng)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(shù)改造，現(xiàn)役煤電機(jī)組的經(jīng)濟(jì)節(jié)能降耗潛力很小，繼續(xù)提高經(jīng)濟(jì)效率空間有限。二是伴隨風(fēng)電、太陽能等可再生能源發(fā)電比重的快速提高，煤電調(diào)峰作用將顯著增強(qiáng)，機(jī)組參與調(diào)峰越多，利用小時、負(fù)荷率將持續(xù)走低，影響機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，尤其是大容量、高效率機(jī)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?xì)廨啓C(jī)用于調(diào)峰，而中國燃機(jī)發(fā)電成本要高得多，美國燃煤機(jī)組的年利用小時可以達(dá)到6000小時左右，中國的煤電機(jī)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(jī)組方法優(yōu)化煤電機(jī)組結(jié)構(gòu)降低供電煤耗的空間越來越小。四是煤電環(huán)保設(shè)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(shè)施頻繁重復(fù)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(shù)、監(jiān)測技術(shù)等不僅需要進(jìn)一步通過實(shí)踐的檢驗(yàn)，還要從全社會角度系統(tǒng)評價環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益之比。六是社會發(fā)展進(jìn)入新階段、經(jīng)濟(jì)進(jìn)入新常態(tài)，以“互聯(lián)網(wǎng)+”為代表的新的經(jīng)濟(jì)形態(tài)將會對能源、尤其是對具有網(wǎng)絡(luò)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(diǎn)促進(jìn)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(shù)與現(xiàn)代制造業(yè)、生產(chǎn)性服務(wù)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(jìn)國民經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級。因此，電力行業(yè)要有高度的敏感性，認(rèn)真研究“互聯(lián)網(wǎng)+”對電力工業(yè)的影響，與時俱進(jìn)，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(jī)、人均電量達(dá)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(jì)社會發(fā)展水平、能源資源稟賦等因素，結(jié)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(yù)計2020年、2030年，電力裝機(jī)將達(dá)到約20億千瓦和31.7億千瓦;發(fā)電量將達(dá)到8.5萬億千瓦時、12萬億千瓦時。其中，煤電裝機(jī)將分別達(dá)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(jī)和發(fā)電量的比重將持續(xù)下降，2020年、2030年煤電裝機(jī)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(diǎn)考慮，一是我們要主動加快電能替代，而不是把電量當(dāng)成絕對“過剩”來看待;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(fèi)比重已達(dá)到22%左右，與發(fā)達(dá)國家持平，但是由于我國天然氣比重太低，應(yīng)把電力當(dāng)成天然氣使用，所以電能的比重應(yīng)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(jìn)了全社會總體二氧化碳的減排。
結(jié)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(jī)結(jié)構(gòu)和發(fā)電量結(jié)構(gòu)的估計，見表。
對煤電清潔高效利用的建議
一是進(jìn)一步明確煤電的戰(zhàn)略定位。應(yīng)把加快提高煤炭轉(zhuǎn)換為電力的比重和電能占終端能源消費(fèi)的比重，確定為解決中國能源優(yōu)化利用和環(huán)境保護(hù)的重大、基礎(chǔ)戰(zhàn)略，較長時期內(nèi)不可動搖，短期內(nèi)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(biāo)體系和標(biāo)準(zhǔn)，即以能源革命的價值導(dǎo)向?yàn)橹笇?dǎo)，與國際經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，建立新的評價體系。從歷史和發(fā)展眼光看，指標(biāo)體系和評價標(biāo)準(zhǔn)都是與時俱進(jìn)的。在新常態(tài)下，電力彈性系數(shù)、年裝機(jī)容量、年發(fā)電量、設(shè)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(dá)8000小時的核電裝機(jī)容量與年利用小時數(shù)約1000多小時的光伏裝機(jī)相加來說明裝機(jī)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(biāo)將成為重要指標(biāo)。對智能電網(wǎng)的評價指標(biāo)也應(yīng)當(dāng)加以改革和改進(jìn)。
三是持續(xù)研究提高煤電效率與能量系統(tǒng)優(yōu)化相結(jié)合。繼續(xù)研究新技術(shù)，如700℃超超臨界燃煤發(fā)電技術(shù)、IGCC技術(shù)，從各個環(huán)節(jié)挖掘技術(shù)節(jié)能潛力(如上海外高橋第三熱電廠的技術(shù)改造)的同時，更加重視熱電聯(lián)供等能量梯級利用的技術(shù)推進(jìn)，從能量系統(tǒng)綜合優(yōu)化利用中尋找更為經(jīng)濟(jì)有效的提效方法。實(shí)際上我國燃煤電廠凈效率達(dá)到國際先進(jìn)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(bǔ)。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(bǔ);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(bǔ);更加重視“互聯(lián)網(wǎng)+”帶來的需求側(cè)響應(yīng)的重大變化與智能電網(wǎng)的聯(lián)動協(xié)調(diào)。要創(chuàng)新性發(fā)展能量與資源互補(bǔ)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(zhuǎn)化為一種電量“物質(zhì)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(zhǔn)蓄能。再如科學(xué)有序的煤炭多聯(lián)產(chǎn)工藝也可以做到能量與物質(zhì)的聯(lián)合梯級利用，更加重視科學(xué)的循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展?？梢哉f，“互聯(lián)網(wǎng)+”的發(fā)展，將會極大地促進(jìn)能量系統(tǒng)以及能量系統(tǒng)與物質(zhì)系統(tǒng)(雖然從廣義講能量也是物質(zhì))的綜合優(yōu)化。
五是節(jié)能減排的管理應(yīng)逐步過渡到以碳排放控制為主體、各種要求相協(xié)調(diào)的管理思路上來。應(yīng)加快把工作重點(diǎn)從煤電常規(guī)污染物控制、能效控制轉(zhuǎn)移到二氧化碳為主體的控制思路上來。由嚴(yán)控效率轉(zhuǎn)移到嚴(yán)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(qiáng)制要求，國家應(yīng)當(dāng)將二氧化碳作為煤電的核心問題加以管理，將現(xiàn)有的強(qiáng)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(dǎo)性指標(biāo)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(diào)節(jié)能、減碳、省水、控制常規(guī)污染物的各種關(guān)系，綜合推進(jìn)滿足環(huán)境質(zhì)量的低成本、低物耗、少產(chǎn)生二次污染的減排技術(shù)。
六是堅(jiān)持市場化改革和法治化管理。要根據(jù)《關(guān)于進(jìn)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(quán)不可為”、“法定職責(zé)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。
