“雙碳”背景下煤電的機遇與挑戰
發布日期：2023-02-10
“雙碳”背景下煤電的機遇與挑戰
——訪國家能源集團科學技術研究院副總經理朱法華
我國電力系統既面臨為經濟社會發展不斷增加電力供應的需求，又面臨為實現“雙碳”目標持續減少碳排放的壓力，一邊是要面對缺煤可能帶來的電力短缺等實際問題，另一邊卻是減煤的必由之路。在嚴控煤電和“雙碳”目標的背景下，我國煤電行業需不需要發展、如何實現高質量發展，已經成為亟待解決的問題。
煤電發展所面臨的機遇
中能傳媒：當前，煤電在“雙碳”目標下有哪些機遇？
朱法華：調整能源結構是實現碳中和目標的主要途徑之一，未來我國的能源結構逐漸轉變為風能、太陽能等非化石能源為主。根據規劃要求：2030年一次能源消費量控制在60億噸標準煤以內，非化石能源占一次能源消費比重達到25%左右，2050年占比超過一半，2060年達到80%以上，其中2030年天然氣占一次能源消費比重達到15%左右。
結合我國的化石能源查明儲量的實際情況，考慮到能源安全，我國的石油消費量不宜增長且占比不宜超過天然氣，若2030年石油消費占比也按15%計算，消費量小于9億噸標準煤，則煤炭消費占比為45%，消費量小于27億噸標準煤。
根據國家發展戰略，2035年我國基本實現現代化，2050年全面實現現代化，能源產業要繼續發展，否則不足以支撐現代化建設，2050年一次能源消費總量按70億噸標準煤計算。
《中共中央 國務院關于完整準確全面貫徹新發展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》明確指出：加快煤炭減量步伐，“十四五”時期嚴控煤炭消費增長，“十五五”時期逐步減少，石油消費“十五五”時期進入峰值平臺期。因此，2050年我國天然氣和石油消費量仍分別維持在2030年9億噸標準煤的水平，則兩者分別占比13%，煤炭消費占比不超過24%，消費量低于17億噸標準煤。2050年非化石能源占一次能源消費總量的50%以上，非化石能源包括風電、太陽能發電、水電、核電、生物質發電等，這些非化石能源中單一種類的能源占比都不會超過24%。可見，2050年煤炭在我國的能源消費中依然排在第一。
2050年我國將全面實現現代化，此后的經濟發展與能源消費基本脫鉤，2060年一次能源消費總量仍按70億噸標準煤計算。根據黨中央確定的目標，到2060年，綠色低碳循環發展的經濟體系和清潔低碳安全高效的能源體系全面建立，能源利用效率達到國際先進水平，非化石能源消費比重達到80%以上，碳中和目標順利實現，生態文明建設取得豐碩成果，開創人與自然和諧共生新境界。2060年我國化石能源消費量不會超過70億噸標準煤的20%，即不超過14億噸標準煤。
根據《中華人民共和國2020年國民經濟和社會發展統計公報》，2020年我國原油產量19476.9萬噸，折算為2.78億噸標準煤；天然氣產量1925億立方米，折算為2.36億噸標準煤。另據中國石油規劃總院預測，2060年國產天然氣規模可達到2300億立方米，折算為3.06億噸標準煤。考慮能源安全，各種能源進口依存度不宜超過50%，并考慮我國居民對天然氣的需求，2060年我國化石能源消費煤炭需低于5億噸標準煤、石油需低于4億噸標準煤、天然氣需低于5億噸標準煤。盡管未來化石能源在能源消費總量中的占比不斷下降，但不可缺少，到2060年仍占比約20%。
可見，煤炭仍將在未來相當長一段時間內發揮重要作用，是我國能源安全和穩定供應的“壓艙石”。
構建新型電力系統是一個長期的過程，盡管我國目前的風電、光伏發電裝機規模都處于世界第一的水平，但總發電量占比仍然很低。即使在最有利的氣候條件下，風能和太陽能也無法產生足夠的電能滿足全年100%的需求，無法填補能源需求的空白。
截至2020年底，我國煤電機組平均運行年齡僅為12年，顯著低于歐美國家平均運行40年的水平。讓這些煤電機組提前退役，不僅會給相關企業造成高額的沉沒成本與財務負擔，更會對電力系統的安全與穩定構成威脅，并造成經濟社會資源配置的低效率。因此，我國煤電在電力保供中的地位短期內難以改變，仍需有序發展，防止煤電大規模過快退出而影響電力安全穩定供應，解決好煤電發展問題是我國穩妥實現碳中和的關鍵。
國家政策很明確，“十四五”期間嚴控煤電項目，根據發展需要合理建設先進煤電，繼續有序淘汰落后煤電。預計“十四五”期間煤電規模及發電量仍有較大增長空間，裝機容量增長約在2億千瓦；“十五五”后期，將逐步削減煤電存量，不過削減量不大；到2030~2035年，削減會加速；到2060年，我國仍需要保留5億千瓦左右煤電。
煤電發展需應對的挑戰
中能傳媒：未來煤電在碳中和目標實現中面臨哪些挑戰，如何應對？
朱法華：煤電是二氧化碳排放的最大來源之一，碳中和要求能源消費結構向低碳化、無碳化調整，因此煤電是實現碳中和目標的“排頭兵”。在未來一段時間內，煤電將與非化石能源并存，煤電地位由“主體”向“兜底”轉變，煤電發電利用小時數減少、占比逐年下降，面對高比例非化石能源發電的新時代，煤電在未來需積累化石能源與非化石能源發電相結合的經驗，面臨清潔低碳化、深調靈活化、功能多元化和能源智慧化的改造技術挑戰，在碳中和時期為電力系統發揮電力平衡和調節作用。
一是清潔低碳化。我國煤電發展的主要制約因素已從常規污染物排放控制轉為低碳排放，清潔低碳化是面臨的首要挑戰。在清潔化（污染物排放控制）方面，煤電機組在發電標準煤耗不大于全國平均水平時比燃氣電廠更清潔，在污染物控制技術上，繼續向深度一體化協同控制發展，逐步使大氣污染物排放接近于零。要實現煤電機組低碳發展，需要逐步完成低碳—零碳—負碳排放，這主要需在節能改造技術、生物質等非煤燃料摻燒技術、煤電機組耦合碳捕集利用與封存（CCUS）技術三方面進行技術突破。
二是深調靈活化。未來大規模可再生能源接入的電力系統對靈活性電源的需求將不斷提高，煤電機組需要承擔基荷和峰荷等多重功能，需要深度參與系統調峰、調頻、調壓和備用等電力輔助服務。提升電力系統深調靈活技術將成為碳中和時期煤電發展的關鍵，國家明確“十四五”期間完成存量煤電機組靈活性改造2億千瓦，增加系統調節能力3000萬~4000萬千瓦。此外煤電機組利用小時數逐年降低，還需電力市場化改革加快推動煤電功能定位調整，建立包括電量、財稅、補貼、容量供給等服務在內的煤電評估機制和政策，通過市場手段，確保高效機組獲得經濟發電小時數，調峰機組得到符合市場規則的效益，進而促進風電、太陽能發電的消納。
三是功能多元化。我國電力企業需要從能源供應商向能源服務商轉化，實現功能多元化。煤電可利用生物質、垃圾、污泥等與煤摻燒發電，能將大量的能源植物收購作為能源利用，獲得較好的經濟收益，并為城市消納生活工業垃圾、污泥等“靜脈服務”。建設以煤電機組為核心的供熱、供汽、供水、蓄熱、蓄電等跨能源系統利用方式，為城市提供“電、熱、冷、汽、水、氫、壓縮空氣”等“動脈服務”，實現多種能源的相互轉化、相互控制、互補應用，促進多能融合互補，打通城市發展建設的“動、靜脈”。
四是能源智慧化。煤電未來要通過互聯網與能源生產、傳輸、存儲、消費以及能源市場深度融合，利用大數據、云計算提供智能感知、預警及診斷、綜合一體化全流程協同控制等綜合服務，實現自動化管理、精細化管理、精準化預測，從而完成煤電向數字化轉型。集成先進的傳感測量技術、通信技術、信息技術、計算機技術和控制技術，提升煤電機組運行靈活性，連續監測污染物排放，調整催化劑輸入等，構建基于實時在線煤質、爐內燃燒及污染物生成機理的“煤風水汽電污”智能全流程一體化協同聯動控制，開發形成煤電—儲能耦合發電多場景多目標應用的高效低碳新型智能化協同控制系統。