我國(guó)煤電高質(zhì)量發(fā)展路在何方

我國(guó)煤電高質(zhì)量發(fā)展路在何方？

――對(duì)話清華大學(xué)能源與動(dòng)力工程系教授毛健雄

中國(guó)電力新聞網(wǎng)記者  馮義軍

　　新年伊始，《中國(guó)電力報(bào)》記者就“十四五”期間中國(guó)電力發(fā)展規(guī)劃等有關(guān)問題，再次訪談了清華大學(xué)能源與動(dòng)力工程系教授毛健雄，就在“十四五”和以后一個(gè)較長(zhǎng)期間中國(guó)煤電應(yīng)當(dāng)怎樣高質(zhì)量發(fā)展的問題進(jìn)行了討論.

　　《中國(guó)電力報(bào)》：為了應(yīng)對(duì)氣候變化的挑戰(zhàn)，中國(guó)電力的電源結(jié)構(gòu)將加快升級(jí)向低碳的方向發(fā)展，但是中國(guó)目前還是“以煤為主”的能源結(jié)構(gòu)稟賦的現(xiàn)實(shí)，還難以在較短期間內(nèi)實(shí)現(xiàn)煤電大幅度地實(shí)現(xiàn)“低碳發(fā)展”。請(qǐng)問您對(duì)今后煤電的發(fā)展方向有什么看法？

　　毛健雄：根據(jù)國(guó)網(wǎng)能源研究院的研究結(jié)果，如果按照《巴黎協(xié)定》要將全球平均溫升控制主在2oC以內(nèi)的要求，則2050年世界能源供應(yīng)結(jié)構(gòu)中，煤炭的占比只能是4%。這就意味著到2050年中國(guó)的能源結(jié)構(gòu)中必須基本上將煤炭完全淘汰，而且煤電將必須完全退出。但從中國(guó)的能源資源以煤為主的稟賦現(xiàn)實(shí)看，到2050年中國(guó)實(shí)現(xiàn)完全的“去煤化”，將煤電發(fā)電量降低到零的建議是不可能的，也是不現(xiàn)實(shí)的。由于現(xiàn)在中國(guó)煤電的裝機(jī)容量的體量已經(jīng)是如此的巨大，2018年的煤電總裝機(jī)容量超過了10億千瓦，煤電的發(fā)電量占全國(guó)發(fā)電量的65%。2019年，中國(guó)正在建設(shè)的燃煤火電機(jī)組總?cè)萘繛?.21 億千瓦。這意味著即使不再增加新建的煤電機(jī)組，在近幾年內(nèi)，中國(guó)的煤電裝機(jī)總?cè)萘繉?huì)超過12億千瓦。試問，將如此巨大的煤電裝機(jī)容量全部關(guān)停，有什么電源可以安全、穩(wěn)定、可靠和靈活地替代煤電。對(duì)于一個(gè)國(guó)家來說，能源安全戰(zhàn)略事關(guān)國(guó)家安全發(fā)展的全局，能源的發(fā)展是支持國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)。因此，煤炭的定位一定要從能源安全、低碳能源和經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的關(guān)聯(lián)，處理好化石能源和非化石能源之間的關(guān)系。從能源安全的角度，以總裝機(jī)容量超過10億千瓦的中國(guó)煤電，作為中國(guó)電力的“壓艙石”，煤電在一個(gè)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)必須繼續(xù)進(jìn)行可持續(xù)的高質(zhì)量發(fā)展。

　　此外，燃煤發(fā)電是最清潔高效的用煤方式，2018年，我國(guó)原煤產(chǎn)量36.8億噸，消費(fèi)量39億噸，分別占一次能源生產(chǎn)和消費(fèi)的69.6%和59%，但中國(guó)煤電的用煤比重只占全國(guó)煤炭消費(fèi)總量的50.6%，不但遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國(guó)家如美國(guó)（煤電用煤比重占91%）、經(jīng)合組織國(guó)家（占80.2%）、歐盟國(guó)家（占76.2%），而且低于世界平均比重（67.2%）。因此，如果能夠大大提高電煤在全國(guó)煤炭總消耗中的比重，在供給側(cè)最大限度地將煤炭用于高效清潔發(fā)電，在需求側(cè)將電力最大限度地用于交通（火車和電動(dòng)汽車等）、工業(yè)和民用等一切可能的領(lǐng)域，真正實(shí)現(xiàn)中國(guó)的全面“電氣化”，這將會(huì)大大促進(jìn)中國(guó)的經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型和改善人民的生活水平及環(huán)境空氣質(zhì)量。如果中國(guó)電煤在全國(guó)煤炭總消耗中的比重能夠達(dá)到世界平均水平的67.2%或更高，不但能夠有效地解決煤炭產(chǎn)生的污染，而且可以顯著降低由于使用煤炭而產(chǎn)生的碳排放。所以，從對(duì)整個(gè)煤炭更高效清潔利用而需大幅度提高煤炭用于發(fā)電比重的角度，也不應(yīng)該也不可能大幅度減退乃至完全停用煤電。

　　基于以上理由，預(yù)計(jì)到2050年，為了支撐中國(guó)在“第二個(gè)100年”達(dá)到中等發(fā)達(dá)國(guó)家目標(biāo)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)電力的更大需求，全國(guó)電力總裝機(jī)容量有可能需要達(dá)到30億千瓦，而且，即使在能源轉(zhuǎn)型需要持續(xù)消減煤炭消費(fèi)總量的情況下，中國(guó)仍然需要在電力系統(tǒng)中維持13-14億千瓦的煤電裝機(jī)容量。

　　《中國(guó)電力報(bào)》：今年是“十三五”收官之年，也是從明年開始的“十四五”進(jìn)行規(guī)劃準(zhǔn)備之年，因此，請(qǐng)問在“十四五”期間和以后，對(duì)煤電高質(zhì)量發(fā)展的問題，您的設(shè)想是什么？

　　毛健雄：我想首先談?wù)勎覍?duì)中國(guó)煤電高質(zhì)量發(fā)展的一些看法。首先，什么是“煤電的高質(zhì)量發(fā)展”，我的看法是，煤電的高質(zhì)量發(fā)展的內(nèi)容可以包括很多， 如發(fā)展“數(shù)字化、智慧化、物聯(lián)網(wǎng)化”等等，但是，我認(rèn)為，煤電高質(zhì)量發(fā)展，重點(diǎn)應(yīng)該是對(duì)應(yīng)于煤電所面臨的最主要挑戰(zhàn)并加以解決的發(fā)展，也就是：

　　應(yīng)對(duì)氣候變化的“低碳發(fā)展”；

　　應(yīng)對(duì)更高質(zhì)量環(huán)境要求的“清潔發(fā)展”；

　　應(yīng)對(duì)可有效消納正在大力發(fā)展的可再生能源電力需求的安全、穩(wěn)定、高效、低排放地大幅度調(diào)節(jié)負(fù)荷的“靈活性發(fā)展”。

　　面對(duì)我國(guó)超過10億千瓦在役煤電機(jī)組的這“三大挑戰(zhàn)”，煤電應(yīng)該把牢高質(zhì)量發(fā)展的定力，通過創(chuàng)新技術(shù)，對(duì)所有在役煤電機(jī)組進(jìn)行實(shí)現(xiàn)上述“三個(gè)發(fā)展”的技術(shù)改造，達(dá)到更高的標(biāo)準(zhǔn)，這就是煤電的高質(zhì)量發(fā)展。

　　《中國(guó)電力報(bào)》：您所談到的煤電高質(zhì)量發(fā)展的三大目標(biāo)，即“低碳發(fā)展”、“清潔發(fā)展”和“靈活性發(fā)展”，特別是其中的“低碳發(fā)展”，您有沒有更加具體的設(shè)想和建議？

　　毛健雄：煤炭是高碳能源，要達(dá)到煤電像可再生能源發(fā)電那樣的低碳排放，現(xiàn)在除了采用大比例的生物質(zhì)混燒或生物質(zhì)轉(zhuǎn)換，或采用“碳捕獲與埋存（CCS）”技術(shù)外，將煤電的碳排放強(qiáng)度降低到小于100克CO2/千瓦時(shí)的低碳水平是不可能的，而在“十四五”期間，大規(guī)模采用生物質(zhì)混燒或采用CCS來大幅度降低煤電二氧化碳排放也是不現(xiàn)實(shí)的。因此，在“十四五”乃至“十五五”和“十六五”的未來十五年期內(nèi)，煤電可能的“低碳發(fā)展”路徑無非是兩條：一是如某些人建議的那樣，從“十四五”開始就大幅度地逐步關(guān)停退出煤電容量，直至2050年將煤電全部關(guān)停。二是在當(dāng)前十五年期內(nèi)，首先通過創(chuàng)新技術(shù)實(shí)現(xiàn)煤電高質(zhì)量改造，以達(dá)到最大限度地提高煤電效率和降低供電煤耗，以后，再逐步輔以生物質(zhì)混燒以減少煤炭用量。特別是，到2050年，努力通過30年的奮斗，加大研發(fā)“碳捕獲、利用與封存（CCUS）技術(shù)的力度，如果能夠做到大幅度降低碳捕獲的成本，同時(shí)采用創(chuàng)新催化技術(shù)，能夠大規(guī)模利用捕獲的CO2作為原料，制造高價(jià)值的化學(xué)品，如甲醇、烯烴、芳烴、汽油、甲酸、可降解塑料等。這樣，煤電廠捕獲的二氧化碳，就不需大規(guī)模埋存而可直接有價(jià)值地利用，則煤電的近零碳排放就有實(shí)現(xiàn)的可能。因此，在中國(guó)依然是“以煤為主”的能源結(jié)構(gòu)形勢(shì)下，除了少數(shù)小容量、高排放、低效率的老機(jī)組必須而且應(yīng)該退出并關(guān)停外，激進(jìn)的“完全去煤電化”絕對(duì)不是煤電“低碳發(fā)展”的選項(xiàng)?？偨Y(jié)以上，在當(dāng)前，只有一條出路，就是以現(xiàn)有已經(jīng)經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn)過的各種煤電提效和靈活性的創(chuàng)新技術(shù)為基礎(chǔ)，針對(duì)各種不同類型和容量等級(jí)的煤電機(jī)組，提出“低碳”、“清潔”、“靈活性”的升級(jí)改造的具體“量化”政策要求， 通過政策驅(qū)動(dòng)，推進(jìn)我國(guó)超過10億千瓦容量的煤電機(jī)組，從“十四五”開始的一個(gè)10-15年的期間進(jìn)行高質(zhì)量升級(jí)改造。根據(jù)輕重緩急，從“十四五”起，立即啟動(dòng)亞臨界機(jī)組的改造；從“十五五”起，全面啟動(dòng)超臨界機(jī)組，包括低效超超臨界機(jī)組的改造；從“十六五”起全面啟動(dòng)超超臨界機(jī)組的改造。

　　《中國(guó)電力報(bào)》：您的建議是，從“十四五”開始，經(jīng)過三個(gè)五年計(jì)劃的15年期，完成中國(guó)的全部煤電容量的高質(zhì)量升級(jí)改造。您有沒有中國(guó)煤電高質(zhì)量升級(jí)改造具體量化目標(biāo)，以使其能夠體現(xiàn)出是“高質(zhì)量發(fā)展”？

　　毛健雄：根據(jù)我所了解的現(xiàn)在中國(guó)各類煤電機(jī)組實(shí)際的供電煤耗水平，以及現(xiàn)在已經(jīng)開發(fā)出的各種煤電提效、減排和靈活性的創(chuàng)新技術(shù)能夠達(dá)到的煤耗水平，以此為基礎(chǔ)，我有以下的具體設(shè)想和建議供您參考：

　　對(duì)于在役亞臨界機(jī)組：

　?。?）對(duì)30萬等級(jí)的亞臨界機(jī)組，升級(jí)改造后的額定工況下供電煤耗需低于285克標(biāo)煤/千瓦時(shí)，年平均供電煤耗須低于295克標(biāo)煤/千瓦時(shí)，污染物排放達(dá)到近零排放；不用油安全穩(wěn)定高效低排放的負(fù)荷調(diào)峰“靈活性”能力須達(dá)到20%-100%的負(fù)荷范圍。

　?。?）對(duì)60萬等級(jí)的亞臨界機(jī)組，升級(jí)改造后的額定工況下供電煤耗需低于280克標(biāo)煤/千瓦時(shí)，年平均供電煤耗須低于290克標(biāo)煤/千瓦時(shí)，污染物排放達(dá)到近零排放；不用油安全穩(wěn)定高效低排放的負(fù)荷調(diào)峰的“靈活性”能力須達(dá)到20%-100%的負(fù)荷范圍。

　　盡早啟動(dòng)超臨界機(jī)組及低效超超臨界機(jī)組的高效化改造試點(diǎn)，在“十五五”前完成鑒定及確立最改終造目標(biāo)：

　?。?）對(duì)35萬等級(jí)的超臨界機(jī)組，原則上升級(jí)改造后純凝工況下的額定工況供電煤耗需低于275克標(biāo)煤/千瓦時(shí)，年平均供電煤耗須低于285克標(biāo)煤/千瓦時(shí)，污染物排放達(dá)到近零排放；不用油安全穩(wěn)定高效低排放的負(fù)荷調(diào)峰“靈活性”能力須達(dá)到20%-100%的負(fù)荷范圍。

　?。?）對(duì)60萬等級(jí)的超臨界機(jī)組，原則上升級(jí)改造后的額定工況下供電煤耗需低于270克標(biāo)煤/千瓦時(shí)，年平均供電煤耗須低于280克標(biāo)煤/千瓦時(shí)，污染物排放達(dá)到近零排放；不用油安全穩(wěn)定高效低排放的負(fù)荷調(diào)峰“靈活性”能力須達(dá)到20%-100%的負(fù)荷范圍。

　　對(duì)于在役一次再熱超超臨界機(jī)組，原則上升級(jí)改造后額定工況下供電煤耗需低于263克標(biāo)煤/千瓦時(shí)，年平均供電煤耗須低于273克標(biāo)煤/千瓦時(shí)；污染物排放達(dá)到近零排放；不用油安全穩(wěn)定高效低排放的負(fù)荷調(diào)峰“靈活性”能力須達(dá)到20%-100%的負(fù)荷范圍。

　　對(duì)于在役二次再熱超超臨界機(jī)組，原則上升級(jí)改造后的額定工況供電煤耗需低于255克標(biāo)煤/千瓦時(shí)，年平均供電煤耗須低于265克標(biāo)煤/千瓦時(shí)；污染物排放達(dá)到近零排放；不用油安全穩(wěn)定高效低排放的負(fù)荷調(diào)峰“靈活性”能力須達(dá)到20%-100%的范圍。

　　對(duì)于少量新建煤電機(jī)組：必須采用最先進(jìn)的二次再熱超超臨界技術(shù)，采用的技術(shù)要必須能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計(jì)供電效率接近或達(dá)到50%，設(shè)計(jì)供電煤耗低于250克標(biāo)煤/千瓦時(shí)，污染物排放達(dá)到近零排放；不用油安全穩(wěn)定高效低排放的負(fù)荷調(diào)峰的“靈活性”能力須達(dá)到20%-100%的負(fù)荷范圍。

　　對(duì)所有煤電在役機(jī)組，在“十四五”期間須完成污染物排放升級(jí)改造，從“超低排放”升級(jí)到“近零排放”，即

　　1）粉塵：0 - 1毫克/標(biāo)米

　　2）二氧化硫：低于10毫克/標(biāo)米

　　3）氮氧化物：低于20毫克/標(biāo)米

　　《中國(guó)電力報(bào)》：您的上述煤電高質(zhì)量升級(jí)改造建議的具體目標(biāo)看來門檻非常高，對(duì)于現(xiàn)有在役的各種類型和容量的燃煤機(jī)組的各種要求有可能實(shí)現(xiàn)嗎？

　　毛健雄：根據(jù)我了解的情況，實(shí)現(xiàn)上述高質(zhì)量升級(jí)改造的煤耗、排放和調(diào)節(jié)性具體目標(biāo)要求，是有一定根據(jù)的。實(shí)際上，上述所有對(duì)于各種類型和容量煤電機(jī)組的煤耗、排放和調(diào)節(jié)性要求的升級(jí)改造目標(biāo)，已有各種相關(guān)創(chuàng)新技術(shù)和思路，并已經(jīng)有成功的案例。有的案例的結(jié)果已經(jīng)過有第三方授權(quán)機(jī)構(gòu)正式測(cè)試數(shù)據(jù)或?qū)＜以u(píng)審和鑒定結(jié)果，具備了可以在全國(guó)相關(guān)煤電機(jī)組中進(jìn)行推廣的條件?？梢栽O(shè)想，如果上述建議能夠得以實(shí)施，超過10億千瓦的煤電可以降低的供電煤耗，將是一個(gè)巨大的減煤數(shù)字，也是一個(gè)巨大的二氧化碳減排數(shù)字，這是在以中國(guó)的現(xiàn)實(shí)國(guó)情為基礎(chǔ)，保證中國(guó)能源安全和實(shí)現(xiàn)我國(guó)以煤為主的化石能源與太陽能及風(fēng)電為主的非化石能源協(xié)調(diào)發(fā)展，相互補(bǔ)充，相得益彰，最終走向?qū)崿F(xiàn)“巴黎協(xié)定”碳減排目標(biāo)現(xiàn)實(shí)可行的煤電高質(zhì)量發(fā)展道路。

　　上述對(duì)超過10億千瓦的中國(guó)在役煤電高質(zhì)量發(fā)展升級(jí)改造，是一個(gè)巨大的系統(tǒng)工程，預(yù)計(jì)需要經(jīng)過2至3個(gè)五年計(jì)劃期間能夠?qū)崿F(xiàn)，因此，必須按照輕重緩急，分批分期，通過試點(diǎn)，逐步完成。中國(guó)煤電高質(zhì)量升級(jí)改造的先后次序應(yīng)該是：①亞臨界機(jī)組；②超臨界機(jī)組；③一次再熱超超臨界機(jī)組；④二次再熱超超臨界機(jī)組，依次推進(jìn)。對(duì)于新建的最先進(jìn)二次再熱超超臨界機(jī)組，則根據(jù)需要而定，當(dāng)前重點(diǎn)應(yīng)放在在役煤電機(jī)組的升級(jí)改造，從亞臨界機(jī)組開始。

　　在“十四五”期間，中國(guó)煤電高質(zhì)量升級(jí)改造的重點(diǎn)應(yīng)該是在役的亞臨界機(jī)組，這是因?yàn)?，現(xiàn)有的約3.5億千瓦的亞臨界機(jī)組是當(dāng)前我國(guó)煤電機(jī)組中供電煤耗最高的機(jī)組，同時(shí)也是負(fù)荷調(diào)節(jié)靈活性較差的機(jī)組，據(jù)了解，現(xiàn)在能夠安全穩(wěn)定達(dá)到35%的低負(fù)荷靈活性能力的亞臨界機(jī)組占比還很小。但相比于大容量的直流鍋爐超臨界和超超臨界機(jī)組，容量較小的汽包鍋爐亞臨界機(jī)組，更加適合于調(diào)峰靈活性運(yùn)行，因此，當(dāng)前煤電機(jī)組的高質(zhì)量升級(jí)改造，應(yīng)從亞臨界機(jī)組起步，同時(shí)，有條件有需求的少量超臨界和超超臨界機(jī)組的升級(jí)改造也可試點(diǎn)進(jìn)行。如果在“十四五”期間有50%以上的亞臨界機(jī)組的升級(jí)改造得以實(shí)現(xiàn)，那就是說，這些亞臨界機(jī)組從改造前的年平均供電煤耗330克/千瓦時(shí)（30萬千瓦等級(jí)）提升到改造后的295克/千瓦時(shí)，則每度電可降低供電煤耗35克，也就是把這些亞臨界機(jī)組一下子提升到超超臨界機(jī)組的水平，不但可大幅度減少煤炭的使用和大幅度降低二氧化碳的排放，并可實(shí)現(xiàn)20%-100%的大范圍負(fù)荷調(diào)節(jié)的靈活性，從而可大大促進(jìn)可再生能源電力的消納能力。

　　但是，要能夠?qū)崿F(xiàn)上述煤電的低碳、清潔和靈活性高質(zhì)量發(fā)展升級(jí)改造的目標(biāo)，不僅僅是技術(shù)問題，國(guó)家的政策驅(qū)動(dòng)是關(guān)鍵。2014年，三部委發(fā)布的《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃（2014-2020）》,通過政策驅(qū)動(dòng)，使中國(guó)煤電在約五年的時(shí)間內(nèi)，基本實(shí)現(xiàn)了我國(guó)煤電的污染物超低排放，使中國(guó)成為世界上煤電排放最清潔的國(guó)家。這是通過國(guó)家政策驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)中國(guó)煤電清潔發(fā)展的一個(gè)極好的案例。因此，“十四五”中國(guó)煤電在役機(jī)組高質(zhì)量發(fā)展升級(jí)改造也應(yīng)該像《行動(dòng)計(jì)劃》那樣，針對(duì)不同地區(qū)，不同容量和類型機(jī)組，提出具體不同的升級(jí)改造時(shí)限要求和“煤耗、排放、調(diào)節(jié)性”的具體改造目標(biāo)要求。按照時(shí)限要求完成升級(jí)改造的機(jī)組，其改造結(jié)果經(jīng)須經(jīng)過嚴(yán)格的驗(yàn)收考核，對(duì)于按時(shí)達(dá)標(biāo)的機(jī)組，要有激勵(lì)獎(jiǎng)勵(lì)政策的鼓勵(lì)。同時(shí)要采取政策手段，對(duì)于虛假的煤耗、排放和靈活性能力數(shù)據(jù)和不能完成升級(jí)改造或不能達(dá)標(biāo)的機(jī)組，也應(yīng)該有政策處理的要求。

高慧君