“双碳”背景下煤电的机遇与挑战

发布日期:2023-02-10

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“双碳”背景下煤电的机遇与挑战

——访国家能源集团科学技术研究院副总经理朱法华

我国电力系统既面临为经济社会发展不断增加电力供应的需求,又面临为实现“双碳”目标持续减少碳排放的压力,一边是要面对缺煤可能带来的电力短缺等实际问题,另一边却是减煤的必由之路。在严控煤电和“双碳”目标的背景下,我国煤电行业需不需要发展、如何实现高质量发展,已经成为亟待解决的问题。

煤电发展所面临的机遇

中能传媒:当前,煤电在“双碳”目标下有哪些机遇?

朱法华:调整能源结构是实现碳中和目标的主要途径之一,未来我国的能源结构逐渐转变为风能、太阳能等非化石能源为主。根据规划要求:2030年一次能源消费量控制在60亿吨标准煤以内,非化石能源占一次能源消费比重达到25%左右,2050年占比超过一半,2060年达到80%以上,其中2030年天然气占一次能源消费比重达到15%左右。

结合我国的化石能源查明储量的实际情况,考虑到能源安全,我国的石油消费量不宜增长且占比不宜超过天然气,若2030年石油消费占比也按15%计算,消费量小于9亿吨标准煤,则煤炭消费占比为45%,消费量小于27亿吨标准煤。

根据国家发展战略,2035年我国基本实现现代化,2050年全面实现现代化,能源产业要继续发展,否则不足以支撑现代化建设,2050年一次能源消费总量按70亿吨标准煤计算。

《中共中央 国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》明确指出:加快煤炭减量步伐,“十四五”时期严控煤炭消费增长,“十五五”时期逐步减少,石油消费“十五五”时期进入峰值平台期。因此,2050年我国天然气和石油消费量仍分别维持在2030年9亿吨标准煤的水平,则两者分别占比13%,煤炭消费占比不超过24%,消费量低于17亿吨标准煤。2050年非化石能源占一次能源消费总量的50%以上,非化石能源包括风电、太阳能发电、水电、核电、生物质发电等,这些非化石能源中单一种类的能源占比都不会超过24%。可见,2050年煤炭在我国的能源消费中依然排在第一。

2050年我国将全面实现现代化,此后的经济发展与能源消费基本脱钩,2060年一次能源消费总量仍按70亿吨标准煤计算。根据党中央确定的目标,到2060年,绿色低碳循环发展的经济体系和清洁低碳安全高效的能源体系全面建立,能源利用效率达到国际先进水平,非化石能源消费比重达到80%以上,碳中和目标顺利实现,生态文明建设取得丰硕成果,开创人与自然和谐共生新境界。2060年我国化石能源消费量不会超过70亿吨标准煤的20%,即不超过14亿吨标准煤。

根据《中华人民共和国2020年国民经济和社会发展统计公报》,2020年我国原油产量19476.9万吨,折算为2.78亿吨标准煤;天然气产量1925亿立方米,折算为2.36亿吨标准煤。另据中国石油规划总院预测,2060年国产天然气规模可达到2300亿立方米,折算为3.06亿吨标准煤。考虑能源安全,各种能源进口依存度不宜超过50%,并考虑我国居民对天然气的需求,2060年我国化石能源消费煤炭需低于5亿吨标准煤、石油需低于4亿吨标准煤、天然气需低于5亿吨标准煤。尽管未来化石能源在能源消费总量中的占比不断下降,但不可缺少,到2060年仍占比约20%。

可见,煤炭仍将在未来相当长一段时间内发挥重要作用,是我国能源安全和稳定供应的“压舱石”。

构建新型电力系统是一个长期的过程,尽管我国目前的风电、光伏发电装机规模都处于世界第一的水平,但总发电量占比仍然很低。即使在最有利的气候条件下,风能和太阳能也无法产生足够的电能满足全年100%的需求,无法填补能源需求的空白。

截至2020年底,我国煤电机组平均运行年龄仅为12年,显著低于欧美国家平均运行40年的水平。让这些煤电机组提前退役,不仅会给相关企业造成高额的沉没成本与财务负担,更会对电力系统的安全与稳定构成威胁,并造成经济社会资源配置的低效率。因此,我国煤电在电力保供中的地位短期内难以改变,仍需有序发展,防止煤电大规模过快退出而影响电力安全稳定供应,解决好煤电发展问题是我国稳妥实现碳中和的关键。

国家政策很明确,“十四五”期间严控煤电项目,根据发展需要合理建设先进煤电,继续有序淘汰落后煤电。预计“十四五”期间煤电规模及发电量仍有较大增长空间,装机容量增长约在2亿千瓦;“十五五”后期,将逐步削减煤电存量,不过削减量不大;到2030~2035年,削减会加速;到2060年,我国仍需要保留5亿千瓦左右煤电。

煤电发展需应对的挑战

中能传媒:未来煤电在碳中和目标实现中面临哪些挑战,如何应对?

朱法华:煤电是二氧化碳排放的最大来源之一,碳中和要求能源消费结构向低碳化、无碳化调整,因此煤电是实现碳中和目标的“排头兵”。在未来一段时间内,煤电将与非化石能源并存,煤电地位由“主体”向“兜底”转变,煤电发电利用小时数减少、占比逐年下降,面对高比例非化石能源发电的新时代,煤电在未来需积累化石能源与非化石能源发电相结合的经验,面临清洁低碳化、深调灵活化、功能多元化和能源智慧化的改造技术挑战,在碳中和时期为电力系统发挥电力平衡和调节作用。

一是清洁低碳化。我国煤电发展的主要制约因素已从常规污染物排放控制转为低碳排放,清洁低碳化是面临的首要挑战。在清洁化(污染物排放控制)方面,煤电机组在发电标准煤耗不大于全国平均水平时比燃气电厂更清洁,在污染物控制技术上,继续向深度一体化协同控制发展,逐步使大气污染物排放接近于零。要实现煤电机组低碳发展,需要逐步完成低碳—零碳—负碳排放,这主要需在节能改造技术、生物质等非煤燃料掺烧技术、煤电机组耦合碳捕集利用与封存(CCUS)技术三方面进行技术突破。

二是深调灵活化。未来大规模可再生能源接入的电力系统对灵活性电源的需求将不断提高,煤电机组需要承担基荷和峰荷等多重功能,需要深度参与系统调峰、调频、调压和备用等电力辅助服务。提升电力系统深调灵活技术将成为碳中和时期煤电发展的关键,国家明确“十四五”期间完成存量煤电机组灵活性改造2亿千瓦,增加系统调节能力3000万~4000万千瓦。此外煤电机组利用小时数逐年降低,还需电力市场化改革加快推动煤电功能定位调整,建立包括电量、财税、补贴、容量供给等服务在内的煤电评估机制和政策,通过市场手段,确保高效机组获得经济发电小时数,调峰机组得到符合市场规则的效益,进而促进风电、太阳能发电的消纳。

三是功能多元化。我国电力企业需要从能源供应商向能源服务商转化,实现功能多元化。煤电可利用生物质、垃圾、污泥等与煤掺烧发电,能将大量的能源植物收购作为能源利用,获得较好的经济收益,并为城市消纳生活工业垃圾、污泥等“静脉服务”。建设以煤电机组为核心的供热、供汽、供水、蓄热、蓄电等跨能源系统利用方式,为城市提供“电、热、冷、汽、水、氢、压缩空气”等“动脉服务”,实现多种能源的相互转化、相互控制、互补应用,促进多能融合互补,打通城市发展建设的“动、静脉”。

四是能源智慧化。煤电未来要通过互联网与能源生产、传输、存储、消费以及能源市场深度融合,利用大数据、云计算提供智能感知、预警及诊断、综合一体化全流程协同控制等综合服务,实现自动化管理、精细化管理、精准化预测,从而完成煤电向数字化转型。集成先进的传感测量技术、通信技术、信息技术、计算机技术和控制技术,提升煤电机组运行灵活性,连续监测污染物排放,调整催化剂输入等,构建基于实时在线煤质、炉内燃烧及污染物生成机理的“煤风水汽电污”智能全流程一体化协同联动控制,开发形成煤电—储能耦合发电多场景多目标应用的高效低碳新型智能化协同控制系统。