王 彤

(高效清潔燃煤電站鍋爐國家重點實驗室(哈爾濱鍋爐廠有限責任公司)，哈爾濱 150046)

0 引 言

2014年，中央將煤電權限下放，而地方審批的一個結(jié)果是求煤電總量不斷擴大，新增裝機速度不斷加快，煤電的規(guī)模已經(jīng)超過需求。從2014年至今，煤電機組的利用效率下降，年利用小時數(shù)均保持在5 000 h以下，達到了歷史最低位，說明煤電產(chǎn)能已經(jīng)嚴重過剩。煤電機組的盲目擴張使得煤電企業(yè)的經(jīng)濟效益大幅下降，同時嚴重阻礙了可再生能源的發(fā)展。2016年，國家逐漸出臺相關政策，來解決煤電產(chǎn)能過剩日益嚴重的問題。2017年，根據(jù)中央下發(fā)的《關于推進供給側(cè)結(jié)構性改革，防范化解煤電產(chǎn)能過剩風險的意見》，“十三五”全國煤電要停建一批、緩建一批、淘汰一批，受到影響的煤電產(chǎn)能在1.7億千瓦左右，其中停建緩建1.5億千瓦，淘汰0.2億千瓦；到2020年燃煤發(fā)電的裝機總量要達到11億千瓦左右[1]。上級政府通過一系列措施，降低了煤電的過量增長速度，但是原本煤電增量擴展過快，在短期內(nèi)將繼續(xù)慣性增長。隨著全球能源向低碳轉(zhuǎn)型的浪潮，中國煤電正面臨碳排、環(huán)境污染甚至到經(jīng)濟性等多重挑戰(zhàn)。在即將到來的“十四五”時期，中國煤電產(chǎn)業(yè)將如何發(fā)展是能源結(jié)構轉(zhuǎn)型升級高質(zhì)量發(fā)展的重中之重。

1 煤電發(fā)展的現(xiàn)狀及挑戰(zhàn)

1.1 煤電發(fā)展的現(xiàn)狀

截至到2018年末，中國煤電裝機總量達到了10.1億千瓦，煤電裝機量已排在世界第一，達到全世界煤電裝機總量的半數(shù)以上，如圖1所示。

圖1 世界煤電裝機量

我國煤電技術不斷進步，發(fā)電效率不斷提高，供電煤耗不斷降低。2018年，中國燃煤機組的供電煤耗已經(jīng)降至308 g/kWh，處于全球領先水平[2]。然而在煤電技術不斷進步的同時，當前的煤電利用率始終較低，已不匹配現(xiàn)有的技術水平。2014年以來，年利用小時數(shù)均處于5 000 h以下，這一數(shù)據(jù)明顯低于標桿電價核定基準。目前這一數(shù)據(jù)依舊呈現(xiàn)下滑趨勢，由此可以得出我國燃煤發(fā)電機組的利用率仍然偏低，產(chǎn)能過剩問題已十分嚴峻，如圖2所示。

圖2 火電平均利用小時數(shù)

從火電裝機整體上來看，在國家去產(chǎn)能政策尤其是去煤電政策的影響下，火力發(fā)電裝機容量增速下降效果顯著。但是，在前些年火電建設項目不斷投產(chǎn)的影響下，短時間來看我國的火電裝機容量將依舊呈現(xiàn)增長態(tài)勢。另一方面，受國家宏觀調(diào)控的影響，可再生能源發(fā)搭建裝機量增長迅速，火電的裝機量表現(xiàn)處逐年小幅下降的趨勢，這一趨勢在國家完成能源轉(zhuǎn)型升級之前將一直持續(xù)。但我國煤炭占主導地位的能源結(jié)構短時間內(nèi)不會扭轉(zhuǎn)，因此煤電仍將占據(jù)電力主導地位，如圖3-4所示。

圖3 火電裝機容量

圖4 我國各類型發(fā)電新增裝機

1.2 煤電發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)

國家大力推進清潔低碳的能源體系建設，煤電必然要走清潔發(fā)展的道路，而日益加強的污染物控制力度對煤電全面超低排放的相關技術提出了更加嚴格的要求。我國的高硫高堿劣質(zhì)煤儲量十分豐富，對于這些燃燒難度高的煤種，如何清潔高效利用仍然是現(xiàn)階段存在的一個難題。同時，市政污泥、垃圾及生物質(zhì)綜合處理對煤電提出更高的要求，煤電需要加強耦合利用能力，針對廢棄物進行協(xié)同處理。

隨著可再生能源的不斷發(fā)展，風電、光伏大量并網(wǎng)，其發(fā)電存在間歇性以及隨機性的問題日益突出，無法保證電能的質(zhì)量，影響整個電網(wǎng)的平穩(wěn)運行。因此優(yōu)質(zhì)的靈活性電源對于可再生能源的發(fā)展有著不可替代的作用，而煤電的靈活性改造及運行技術是現(xiàn)階段電源調(diào)峰的關鍵。然而，煤電的深度調(diào)峰也存在一定弊端，如會導致機組運行效率下降、污染無排放不易控制等問題。因此開發(fā)出能夠快速響應、寬負荷運行的煤電技術在煤電定位轉(zhuǎn)型的過程中顯得尤為重要，這也是煤電面臨的問題與挑戰(zhàn)。

2 煤電的發(fā)展定位及趨勢分析

當前，中國應對大氣污染治理還存在較大的壓力，受限于煤炭占主導地位的能源結(jié)構，中國電力發(fā)展的重點任務任然是煤電的清潔高效利用。在今后相對較短的時間內(nèi)，全國煤電發(fā)電量會逐漸達到峰值，綜合持續(xù)提高的燃煤機組發(fā)電效率、持續(xù)優(yōu)化的煤電結(jié)構等眾多因素，燃電總煤耗將于2020年前后到達峰值，預估總量約為13.3億tce。在現(xiàn)階段，現(xiàn)有燃煤發(fā)電的產(chǎn)量不會顯著增加，但燃煤發(fā)電產(chǎn)能過剩依舊較為嚴重。此外，國家宏觀調(diào)控影響下的可再生能源發(fā)電的大量并網(wǎng)，考慮到這一因素，煤電的定位應盡快從電量型轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏﹄娏啃停礊榭稍偕茉刺峁┹o助服務，以確保電力能源整體的靈活性和可靠性。

2019年中央下發(fā)《關于建立健全可再生能源電力消納保障機制的通知》，提出加快構建清潔低碳、安全高效的能源體系，促進可再生能源開發(fā)利用，制定分省級區(qū)域消納可再生能源責任權重，建立可靠機制保障可再生能源消納[3]。 “十四五”期間電力需求的增速將繼續(xù)放緩，但可再生能源裝機大規(guī)模增長，煤電的新增裝機將進一步下降；預計2030年，我國發(fā)電結(jié)構將實現(xiàn)由目前的煤電為主到以可再生能源為主、其它能源為輔的轉(zhuǎn)變[4]。

3 “十四五”我國煤電技術發(fā)展方向

隨著我國能源結(jié)構調(diào)整升級，煤電需要充分發(fā)揮在能源和電力轉(zhuǎn)型發(fā)展過程中電熱基礎作用、靈活性調(diào)峰作用、降低碳減排作用及固廢耦合消納作用，通過自我轉(zhuǎn)變和技術升級為能源電力轉(zhuǎn)型提供有力支撐。今后的一段時間內(nèi)，高效、清潔、靈活和智能將是我國煤電發(fā)展的方向。

3.1 持續(xù)發(fā)展高效發(fā)電技術

煤電行業(yè)需要不斷提高發(fā)電效率，這是減少煤炭消耗并降低污染物排放及碳排放的重要措施。在“十四五”期間，我國的煤電應通過以下發(fā)面來繼續(xù)提升高效發(fā)電技術。

一是持續(xù)提升機組效率。對于一次再熱機組要進行煙氣余熱利用等技術優(yōu)化提升，使發(fā)電效率可再提高約2%～3%，發(fā)電煤耗減少約10～18 g/kWh。對現(xiàn)運行的超超臨界二次再熱機組進行總結(jié)推廣，并進一步開發(fā)630 ℃以上的超超臨界二次再熱技術、高效超超臨界循環(huán)流化床技術及循環(huán)流化床二次再熱技術。當前630 ℃示范機組項目正在推進建設，設計發(fā)電效率值第一次大于50%，在這一基礎之上，進一步攻關適合630、650及700 ℃等級的材料、關鍵部件和總體設計等，促進更高效發(fā)電技術發(fā)展，為工程應用奠定基礎。

二是促進清潔高效熱電聯(lián)產(chǎn)技術的應用。在“十四五”，我國北部城市供熱的清潔性始終是一個嚴峻的問題，采用清潔高效的熱電聯(lián)產(chǎn)技術仍將是解決問題的重要手段。目前我國電和熱匹配程度不高，應使用盡可能低的新裝機容量來達到供暖要求。對于現(xiàn)有機組，應重點推廣提高供熱能力的技術，如大型溫差吸收式熱泵、高背壓循環(huán)水直接供熱。對于新添加的機組，重點發(fā)展凝抽背(NCB)等技術。

三是不斷融合創(chuàng)新，開展前瞻性研發(fā)。一是研究開發(fā)整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)與高溫燃料電池相結(jié)合的發(fā)電系統(tǒng)(IGFC)。這一系統(tǒng)可提高其效率至56%～58%以上，并且有利于污染物控制及降低碳排放，“十四五”期間應開展IGFC集成示范。二是研究開發(fā)超臨界二氧化碳發(fā)電技術，這一技術比蒸汽循環(huán)機組效率可提升2%～3%，同時具備結(jié)構緊湊的優(yōu)點。目前我國已完成了5 MW等級的超臨界二氧化碳發(fā)電試驗平臺，“十四五”期間應開展更高容量的超臨界二氧化碳發(fā)發(fā)電試驗示范，為工程應用奠定基礎。

3.2 主動提高靈活發(fā)電技術

火電市場不斷緊縮，可再生能源快速發(fā)展，要求電力系統(tǒng)的安全運行和調(diào)峰技術更加嚴格。燃煤電廠需要結(jié)合自身的特點進行靈活性改造及運行，以適應電力系統(tǒng)調(diào)峰的功能需求，保障可再生能源安全合理消納。一是提高提高鍋爐的低負荷穩(wěn)定燃燒能力，增加現(xiàn)有燃煤發(fā)電機組的調(diào)峰幅度、爬升能力和停啟速度，來達到機組靈活性運行的目的。二是加強機組的寬負荷運行技術研究，提高低負荷調(diào)峰運行條件下的運行效率，并避免出現(xiàn)大氣污染物不穩(wěn)定排放的情形。

3.3 不斷提升清潔發(fā)電技術

我國的煤電機組大氣污染物排放標準在全球范圍基本是最嚴格的。截止至2019年末，全國達到超低排放的燃煤機組達到了85%，即8.9億千瓦，我國清潔煤電規(guī)模在全球處于領先地位。目前未達到超低排放標準的燃煤機組雖僅占15%，但其污染物排放總量占比近50%?！笆奈濉睍r期，煤電依然能夠主動持續(xù)提升清潔發(fā)電能力?！笆奈濉逼陂g除了淘汰高排放高污染低效率的落后機組外，要升級其余機組的超低排放技術，推進煤電機組超低排放全面實現(xiàn)。

在“十四五”時期，煤電行業(yè)應進一步完善發(fā)脫除重金屬技術，固廢處理與綜合利用技術，電廠廢水零排放技術，并通過現(xiàn)有的超低排放技術加強協(xié)作控制，注重經(jīng)濟性的同時提升脫除及排放效率。

加強研法高硫高堿等難燃煤種的燃用技術，開展燃用劣質(zhì)煤大容量高參數(shù)鍋爐技術工程示范，提高其機組效率和排放水平。

3.4 深度融合智能發(fā)電技術

隨著信息時代不斷發(fā)展，大數(shù)據(jù)、人工智能、5G、互聯(lián)網(wǎng)+等現(xiàn)代信息技術對傳統(tǒng)工業(yè)帶來了巨大沖擊，但同時也為傳統(tǒng)工業(yè)帶來了轉(zhuǎn)型的機遇。能源領域的未來發(fā)展趨勢之一便是與信息技術不斷融合，推進智能制造，傳統(tǒng)電力的商業(yè)模式、生產(chǎn)模式乃至整個電力體系都將發(fā)生重大變革。國務院下發(fā)的《關于推進“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源發(fā)展的指導意見》中指出要推進化石能源生產(chǎn)潔凈高效智能化。目前，我國已經(jīng)基本擁有了發(fā)展智慧電廠的基礎能力，“十四五”期間應通過頂層設計，統(tǒng)籌信息技術與能源技術，開展工程應用示范。

4 結(jié)束語

現(xiàn)今中國煤電的裝機量規(guī)模大、占比高，產(chǎn)能嚴重過剩。根據(jù)目前的經(jīng)濟及能源發(fā)展趨勢進行展望，今后的電力需求增速將維持在較低的平穩(wěn)水平?！笆奈濉睍r期，隨著能源結(jié)構及電力市場的深化改革，煤電要充分發(fā)揮在轉(zhuǎn)型中的功能定位作用，不斷向著高效、清潔、靈活和智能化邁進。