姚德全 張艷艷 劉峻 賴小垚

（中國電建集團福建省電力勘測設計院有限公司 福建福州 350003）

0 引言

清潔發(fā)展煤電是在我國自身資源稟賦和環(huán)境減排壓力下的必然選擇，也是履行氣候變化國際責任的必要選擇［1］。 我國的能源生產(chǎn)革命將主要通過傳統(tǒng)化石能源的清潔化以及可再生能源的規(guī)?；l(fā)展來實現(xiàn)。 要實現(xiàn)2030 年碳排放峰值的目標、2050 年兩個“50%”的目標，倒逼電力規(guī)劃和電源結構調整，需嚴守煤電裝機總量上限，保障中長期電源結構的合理經(jīng)濟、綠色環(huán)保。

當前福建省的煤電建設充裕度預警為綠色， 可適度發(fā)展燃煤機組。 但隨著電力市場化改革和風電平價上網(wǎng)進程的推進，疊加環(huán)保、煤價等成本壓力，煤電的價格優(yōu)勢逐漸弱化。 煤電行業(yè)的發(fā)展關乎電力市場化改革、“十四五”電力規(guī)劃目標、能源革命目標、NDC 減排目標、區(qū)域環(huán)保目標等的實現(xiàn)。因此，捋清各方約束條件，進而調整煤電中長期發(fā)展定位、促進能源高質量發(fā)展，是關系中長期電源結構調整的重要課題。

1 我國中長期發(fā)展的能源與環(huán)境約束指標

1.1 我國能源消費總量控制目標

文獻［2］著眼于當前到2050 年全球能源轉型和中國能源變革趨勢，測算得出2035—2040 年我國一次能源需求將達57億t 標煤的峰值，之后保持平穩(wěn)態(tài)勢。 一次能源消費結構將以煤炭、油氣和新能源三足鼎立之勢。 用能中心也將逐步轉入生活側。

2035 年和2050 年，我國非化石能源占比分別升至28.0%和37.8%， 煤炭占一次能源需求的比重分別降至40.5%和30.7%。 油氣占比在2035 年后基本保持在31.5%左右。

我國電力發(fā)展隨著5G 時代的到來會出現(xiàn)大幅增長的態(tài)勢。終端部門電氣化水平將從2018 年的23.2%提升到2035 年的32.0%與2050 年的38.4%。 相應的我國電力需求將從2018年6.4 萬億kWh 增加到2035 年的10.6 萬億kWh 和2050 年的12.2 萬億kWh。

1.2 我國碳排放總量指標分析

在發(fā)達國家，90%以上的碳排放量和75%的溫室氣體總排放量來自于能源生產(chǎn)和消費活動， 其中二氧化碳主要來源于化石燃料燃燒［3］。

公開數(shù)據(jù)顯示，伴隨經(jīng)濟發(fā)展和能源消費能力提升，我國碳排放總量由2000 年的31.3 億t 逐步增加至2018 年的93.1億t。 從碳排放量增速來看，2000—2010 年是我國經(jīng)濟快速發(fā)展期，全國碳排放量水平增長了42.3 億t；而進入“十二五”以來，隨著我國加強對節(jié)能減排、環(huán)境保護的控制措施，碳排放增長水平逐步趨緩， 特別是2015 年習總書記出席巴黎大會后，碳排放量增長速度進一步下降。 我國近年來碳排放量及增速情況見圖1 所示。

圖1 我國近年來碳排放總量及增速情況趨勢圖

文獻［4］通過搭建CGE 模型對我國碳排放的需求進行了詳細的測算，預測2020 年、2025 年分別達到103 億t、105 億t，表明碳排放總量在2020 年之后增幅已經(jīng)大幅減小，2025 年左右進入峰值平臺期， 有望在2025—2027 年達到碳排放頂峰，2028—2030 年預期將保持這一峰值或呈現(xiàn)下滑。

1.3 我國單位GDP 碳排放指標分析

21 世紀以來，我國單位GDP 碳排放強度呈現(xiàn)先升后降的趨勢，2005 年達到了頂峰。此后隨著工業(yè)化節(jié)能降耗水平的提升， 單位GDP 碳排放量逐步下滑 （變化曲線詳見圖2， 折合2015 年GDP 可比價，下同）。

由圖2 可知，2018 年單位GDP 碳排放強度較2005 年下降了42.9%，已提前實現(xiàn)了我國2020 年目標（碳排放強度下降40%～45%）。按照我國2030 年單位GDP 二氧化碳排放比2005年下降60%～65%的目標， 初步測算2030 年單位GDP 碳排放強度為0.685 t/萬元～0.783 t/萬元。

圖2 我國近年來碳排放強度及降幅情況趨勢圖

2 福建省中長期能源消費與碳排放總量分析

2.1 福建省能源消費總量分析

福建省2016—2019 年能源消費總量年均增長率約3.7%，能源消費強度年均降幅為4.5%。 初步核算，2019 年能源消費總量為13 718 萬t 標煤， 能源消費強度指標約為0.324 t/萬元。

從能源消費結構分析，福建省近年來煤炭、石油占能源消費比重約70%， 總體呈下降趨勢； 其中煤炭消費比重降低至50%以下，低于全國目標10 個百分點左右；天然氣消費起步較晚、氣價較高，比重呈逐步上升態(tài)勢，天然氣現(xiàn)狀消費比重僅占約5%；其余為水電、核電、風電等一次電力及其他能源，占比約25%。 按照能源規(guī)劃情況，“十四五”期間福建省仍將投產(chǎn)部分規(guī)劃的煤電機組，而清潔能源消費比重有較大幅度提高，主要得益于核電、風電等清潔裝機的投產(chǎn)及發(fā)電。

福建省2019 年人均能源消費量3.41 t/人， 與我國人均能源消費量3.47 t/人基本相當； 福建省是東部沿海相對發(fā)達省份，2019 年人均GDP 為8.93 萬元（2015 年可比價），約為全國的1.4 倍，單位GDP 能耗強度僅為全國的0.7 倍。

按照中長期能源消費量預測， 全國能源消費總量峰值約57 億t 標煤，人均能源消費量約4.75 t 標煤。 福建省為東南沿海重要能源基地，在全國基礎上適度考慮10%～15%的能源儲備需求， 預期福建省人均能源消費量峰值為5.22 t～5.46 t 標煤，遠景能源消費總量基本保持在2.2 億t 標煤范圍內。 從各品類能源結構角度分析， 煤炭、 石油消費總量控制在2025—2030 年期間達到消費峰值，此后保持下降趨勢，遠期煤炭消費總量應控制在35%的目標及以下； 天然氣消費水平按照福建省的氣源、管網(wǎng)建設情況平穩(wěn)上升。 結合碳排放峰值的約束條件要求，測算的福建省能源消費總量及結構情況見圖3 所示。

2.2 福建省碳排放總量分析

目前，福建省尚未有碳排放的專門統(tǒng)計數(shù)據(jù)。 對比分析顯示不同的數(shù)據(jù)來源從統(tǒng)計角度看差異性不明顯， 故采用如下公式對福建省碳排放總量進行估算［5］：

c=∑mi×δi

式中：c 為碳排放量；mi 為一次能源的消費標準量；δi 為i 類能源的碳排放系數(shù)。

由此可計算福建省2000—2019 年碳排放總量和碳排放強度指標（煤、油、氣的噸消費碳排放量取按國家發(fā)改委能源研究所計算數(shù)據(jù)），結果見圖4 所示。

圖3 福建省能源消費總量及結構預測結果圖

圖4 福建省近年來碳排放總量及強度變化曲線圖

分析表明，福建省碳排放總量呈上升趨勢（2016 年略有下降），碳排放量的增幅逐步減小。 碳排放強度呈現(xiàn)倒V 型變化趨勢，2005 年達到頂峰，此后逐步呈下降趨勢，與全國的碳排放強度走勢基本一致。 按照我國碳排放量峰值的控制要求，結合碳排放強度指標的分析可知， 福建省碳排放強度在全國的0.65 倍～0.8 倍范圍內，并逐步穩(wěn)定在0.68 倍～0.74 倍的區(qū)間范圍內。 全國2030 年碳排放強度為0.685 t/萬元，按照區(qū)間均值0.71 倍折算，福建省2030 年碳排放強度為0.486 t/萬元。 全省GDP“十四五”“十五五”的不變價增速分別按照6.2%、5.5%考慮，預測2030 年全省GDP 約6.7 萬億元（2015 年可比價）。 由此可得出福建省應控制的碳排放總量峰值約為3.26 億t。

結合碳排放量及能源消費總量的控制目標， 得到福建省中長期的碳排放總量及碳排放強度預測曲線，見圖5。

圖5 福建省中長期碳排放總量及強度預測曲線圖

3 低碳約束下的福建省煤電開發(fā)規(guī)模分析

3.1 煤電發(fā)展定位分析

“十三五”期間，國家組織全面開展了煤電機組超低排放和節(jié)能改造、落后機組淘汰工作，在煤電清潔化方面走在世界前列。 結合電源結構現(xiàn)狀，未來煤電裝機規(guī)模在福建省電力體系中依然占據(jù)重要地位， 但中長期內要根據(jù)電力供需基本面和主要矛盾、 煤電裝機規(guī)模預期、 可再生能源發(fā)展與替代潛力、靈活性改造潛力等，通過市場機制、金融政策，引導優(yōu)化煤電找準細分功能定位， 以適應未來高比例可再生能源電力系統(tǒng)的安全運行需要。 不同類型、狀態(tài)、標準的煤電機組要按需承擔基荷、調峰及輔助備用的角色［6］。

具體而言，福建省中長期煤電發(fā)展定位可分為以下幾類：大容量高參數(shù)的先進煤電機組要充分發(fā)揮高能效優(yōu)勢作為基荷電源運行，可以進一步通過提供熱、汽、水等綜合能源服務來提高能源利用效率；通過完善的輔助服務產(chǎn)品設計，保障30萬kW～60 萬kW 亞臨界機組科學合理地發(fā)揮靈活性輔助服務作用，實現(xiàn)存量機組由電量型機組向電力型機組轉變；用熱需求旺盛的區(qū)域通過集中供熱形式，提升燃煤發(fā)電效率，實現(xiàn)煤電清潔高效利用。

3.2 電煤消費水平分析

按照清潔低碳的能源發(fā)展思路， 結合福建省煤炭消費總量占比逐年下降的趨勢， 由碳排放峰值約束和能源總量約束進行測算煤炭消費水平，遠期2050 年煤炭占能源消費比重應控制在35%以下。 考慮節(jié)能減排和天然氣替代的因素，遠期煤炭消費總量預計穩(wěn)定在7 200 萬t～7 500 萬t 標煤左右。

福建省中長期煤炭消耗主要為電煤（含熱電聯(lián)產(chǎn)），比重呈逐年上升趨勢。 從國外發(fā)達國家電煤占比來看， 美國是93%、加拿大85%、德國84%、英國75%、俄羅斯64%，世界平均也在78%左右。 因此，在控制碳排放、減少煤炭消耗總量的同時，應著力于提高電煤消費比重。 從上述碳排放峰值和能源消費總量約束情況， 并考慮到鋼鐵、 化工企業(yè)仍將有用煤需求，結合福建省實際情況進行測算，遠期電煤消費占比峰值預計可爭取達80%，電煤消費總量約為5 760 萬t 標準煤。

3.3 煤電裝機規(guī)模分析

結合當前發(fā)電煤耗情況， 可測算出未來福建省煤電發(fā)電電量控制的約束上限。 2020 年福建省燃煤發(fā)電機組平均供電煤耗目標是低于310 g/kWh［7］。 隨著中長期的燃煤超低排放改造的技術進步，預期煤電平均供電煤耗仍可在2020 年的基礎上下降20%，即達到約250 g/kWh［8］，以此測算福建省的燃煤發(fā)電裝機規(guī)?？刂频募s束如表1 所示。

為滿足碳排放約束要求，福建省“十四五”末的煤電裝機規(guī)模應控制在3 820 萬kW 以內。 隨著發(fā)電煤耗水平的下降，可適度發(fā)展煤電規(guī)模，2050 年煤電規(guī)模應控制在4 800 萬kW以內。 遠期煤電可作為全省可再生電源發(fā)展的重要支撐，保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。

隨著福建省管網(wǎng)的逐步形成， 天然氣發(fā)電廠或將有一定的市場空間。 在環(huán)境約束方面，燃煤電廠每千瓦時的碳排放約850 g，而燃氣電廠每kWh 碳排放430 g，每增加100 萬kW 的燃氣電廠，碳排放總量減少約126 萬t。 在未來能源體制改革以及電力市場改革逐步成熟后， 天然氣發(fā)電的技術和經(jīng)濟優(yōu)勢將進一步體現(xiàn)。 由于燃氣電廠發(fā)電二氧化碳排放量顯著低于燃煤電廠，調峰能力較好，因此，結合碳排放總量的控制要求，在2030 年后可結合煤電退役，在城市中心區(qū)、控煤區(qū)域適度發(fā)展燃氣裝機，以優(yōu)化電源結構，提升系統(tǒng)調峰能力。

表1 燃煤電廠裝機規(guī)?？刂萍s束表

4 結語

清潔低碳是能源高質量發(fā)展的重要方向， 是踐行氣候變化國際責任的要求。 福建省是典型的缺能省份， 構建清潔低碳、安全高效的能源體系是今后能源發(fā)展的重點。 本文基于福建省能源消費總量和碳排放的控制目標進行測算， 進而得出全省煤電發(fā)展規(guī)模的約束指標，對優(yōu)化全省電源結構、促進煤電高質量發(fā)展、保障能源轉型，具有重要指導作用。