煤电在中国仍然具有不可替代性
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2019-12-16
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1前言中国的煤电目前处在一个十分尴尬的境地。从节能来讲，煤电最好都搞成热电联产、冷热电联产，能源利用率可提高到80%;从节煤来讲，煤电最好都以大化小，建成单机百万千瓦的超超临界机组
1前言
中国的煤电目前处在一个十分尴尬的境地。从节能来讲，煤电最好都搞成热电联产、冷热电联产，能源利用率可提高到80%;从节煤来讲，煤电最好都以大化小，建成单机百万千瓦的超超临界机组;但从配合水电、核电、风电和光伏发电的调峰、调频和作为备用容量来讲，煤电的技术最小出力最好能降低到10%甚至更低，煤电大机组承担深度调峰、调频机组，超超临界机组的效率马上降为亚临界。
中国的气电同样处在十分尴尬的境地。从节能来讲，气电最好搞分布式能源系统、分布式热电联产、分布式冷热电联产，能源利用率可达到80%;从节能效益来讲，气电最好能建成燃气蒸汽联合循环电厂;但从配合水电、核电、风电和光伏发电的调峰、调频和作为备用容量来讲，气电最好能建成单循环燃气轮机电厂，虽然发电效率不是很高，但作为水电、核电、风电、光伏发电的调峰、调频、备用电源却是得心应手。
2中国火电的分类
中国把火电分类成：煤电、气电、油电和其他(包括①余温、余气、余压发电，②垃圾焚烧发电，③秸秆、蔗渣、林木质发电)。其中煤电、气电、油电应归类为化石能源发电。煤电、油电又称为高碳、高污染能源发电，气电又称为低碳清洁能源发电。其他3类发电可归类为非化石能源发电。从这个分类中可以看出，气电和其他3类发电是应当提倡的，油电很少，可以忽略不计，只有煤电属要逐步淘汰的电力。2015年第8期《能源》杂志提出向下的火电，其实应当改为向下的煤电。但是煤电是否应该向下，则有待讨论。中国的火电分类分得很清楚，国外并没有把火电分得如此清楚。从20个电力大国的统计资料来看，只把火电发电量分为煤电、油电、气电和生物质发电进行统计，虽然没像我国分得那么细，但大致是分清楚了。但火电的装机容量就无法分清楚，原因是使用的燃料有单一燃料(如固体、液体、气体和生物质)，还有混合燃料(如固体/液体、固体/天然气、液体/天然气，还有固体/液体/气体)，发电量可以按使用的固体、液体、气体量来测算，但是用混合燃料发电的装机容量就很难计算固体、液体、气体各自的装机容量。所以联合国的电力统计资料中，世界20个国家的电力只有火电总装机容量，火电总发电量和煤电、油电、气电、生物质能发电的分类发电量，相应地只有火电设备利用小时数，没有煤电、油电、气电和生物质能发电的设备利用小时数。
3主要电力大国的电力结构
如前所述，电力是一个很复杂的复合体，包括最脏的电源———煤电，也包括清洁的化石能源(天然气)发电，还包括像垃圾焚烧发电和生物质能源这样的新能源电力。煤电是要控制发展的，气电和新能源发电是要鼓励发展的。一般说来风电、太阳能光伏等新能源发电具有间歇性、随机性、不稳定性，需要有灵活性电源配合运行，包括天然气发电、抽水蓄能电站、调节性能好的大中型水电站，当灵活电源不足时，燃煤电厂也可作为新能源的配合电源，当然还有储能设施。用什么电源作为配合新能源发电运行的灵活电源，取决于各国的电源结构。
要求搞清火电结构还有以下理由：①煤电发电效率低，而气电发电效率高，发达国家煤电比重小、气电比重大，各种指标都用火电，就分不清何种能源的发电能效高。特别是中国主要是煤电，气电很少，所谓火电的经济指标，实际上就是煤电指标，中国最先进的煤电也比不了落后的气电，所以最好把火电分类分清楚，便于比较。②火电厂中煤电和气电的作用不同，前者用于承担基载和腰载，后者用于调峰、调频。美国这两者的设备利用小时相差一倍以上，如近10年美国煤电设备利用小时数高达6000h，而不是火电平均利用小时3000~4000h，原因就是煤电、气电统算帐，煤电的利用小时数被气电平均以后火电平均利用小时数就低了。看来应该搞清火电构成，煤电、气电和新能源发电应当分别统计。不过美国的气电也是最近10来年才上去的。据统计，发电量中，1990年美国煤电比重为53.07%，气电仅11.92%;2000年煤电比重52.9%，气电比重15.76%，变化不大。页岩气革命之后，美国才用页岩气代煤炭，到2012年美国煤电才降为38.31%，气电上升到29.83%，有了较大的变化。所以美国煤电承担基荷、腰荷，气电承担调峰、调频也是近几年的事，没有气电，煤电峰荷、腰荷，基荷都得承担，就像中国目前的情况一样。
世界各国火电结构各不相同，电源结构更是千差万别。20个电力大国的电力结构(见表1)中，有的国家以煤电为主，如南非占93.77%，波兰占84.33%，中国占70.45%，澳大利亚占69.70%，印度占67.94%。有的国家气电比重比较大，气电占总发电量50%以上的国家只有墨西哥(占52.22%);气电占40%以上的国家有3个，日本占41.2%，俄罗斯占49.31%，还有意大利占46.15%。有的国家以水电为主，如挪威占96.63%，加拿大占58.86%，巴西占80.60%。核电为主的国家只有法国，占76.65%。
煤电在中国仍然具有不可替代性
欧美各国发展新能源电力，西班牙、意大利、英国、美国都可利用气电作为灵活的调峰、调频、备用电源，像德国气电数量不多，新能源电力发展多了，还得靠煤电调峰、调频和备用。我国情况和德国相似，气电很少，只占2.1%，水电和新能源电力的调节主要靠煤电。
4中国煤电的发展前景
4.1中国的电力需求与煤电的作用
最近几年中国电力需求增长较慢，2014年只增长3.8%，2015年上半年增长1.3%，1~7月份仅增长0.8%。电力需求增长慢，新增电力装机都要发电，都要创收，所以矛盾很突出。2015年1~7月份全国规模以上电厂发电量只增加0.4%，可水电同比增长9.6%，核电同比增长3.5%，而煤电同比下降3%。2015年1~7月份全国发电设备累计平均利用小时为2293h，比上年同期下降188h。其中水电1911h，比上年同期增加59h;核电4183h，比上年同期增加114h;风电1107h，比上年同期下降10h;火电2535h，比上年同期下降259h。从这里可以看到，当电力需求疲软，电力供大于求时，首先要保非化石能源发电，让水电、核电、风电、太阳能光伏发电优先发电，尽量减少弃水、弃风、弃光，所以水电、核电发电量较上年大幅度增长，水电、核电的发电设备利用小时数也上升，而火电设备利用小时数则大幅下降。中国燃气电厂很少，刚刚在发展，由于天然气价格是煤价的数倍，中国气电上网电价在0.8元/kWh，比煤电贵一倍多，气电代煤电不顺畅，所以中国火电利用小时数下降，实质就是煤电设备利用小时数大幅度下降。
煤电设备利用小时下降有两个原因：一是煤电用作水电、核电、风电、太阳能光伏发电的配套电源，作为非化石能源电力的调峰、调频、备用电源，所以设备利用小时下降。在中国来说，煤电是最好、最便宜的配套电源，据说用蓄电池作为配套电源每千瓦要投资四五万元，是煤电投资的10倍;寿命仅5年，为煤电的1/6;损耗为30%，煤电不存在损耗。
其他如制氢储能、压缩空气储能等都存在投资大、寿命短、能量损失大等问题。现在认为最成熟的抽水蓄能储能，本来是低谷蓄能、高峰时发电，可取得最好的积极效益，但当光伏发电盛行时，抽水蓄能高峰发电难以实现，惟有火电配合最为合适。中国的煤电为中国的非化石能源电力的大发展创造了最为优越的条件。二是煤电作为机动电源，当用电需求增长较慢、非化石能源增长迅猛、电力系统无法消纳时，煤电要让位于非化石能源发电，煤电的发电量和利用小时数会急剧下降，而非化石能源电力在任何时候都不存在减产的问题。所以当电力需求疲软时，受冲击最大的是煤电。在电力需求疲软时，人们忽视了煤电在电力系统中对非化石能源电力的作用，都希望减少煤电，但如果煤电配合不上，那么水电弃水，风电弃风，光电弃光会更严重。
4.2电力需求的预测
在上述情况下，希望电力需求预测能引领电力投资，但电力需求预测是一件极其困难的事情。曾经有人预测2014~2015年电力需求增长4%~6%，可是实际上2014年只增长3.8%。2015年电力需求增长更慢，1~2月增长2.5%，1~3月0.8%，1~4月0.9%，1~5月1.1%1~6月达到1.3%。从2015年上半年的趋势看，以为下半年电力需求会继续升高，全年可以达到3%左右，结果1~7月只增长0.08%。
连上半年都预测不了下半年，那么要预测10年、20年就更困难了。在需求疲软增长率下行时，大家都比较谨慎。如有的单位预测：未来中国电力需求增长速度最高值将是4%以上，不到5%。据有关部门研究显示，从目前至2030年电力需求增速会逐步放缓，2020~2030年平均增速将放缓至2.7%，市场供需形势变化带来的直接后果是火力发电小时数下降。从最近几次经济危机来看，这种预测都是不可靠的，与实际有很大差距。1997年东亚经济危机当年中国电力消费增长4.8%，1998年仅2.8%。当时预测中国十五电力计划，发电量年增长5.04%，装机容量年增长4.08%，十五计划实际执行结果，发电量年增长121.7%，装机容量年增长10.1%，实际增长都比计划高出一倍多。2008年美国次贷危机波及中国，2008年电力消费增长仅5.6%，2008年以后年发电量平均增长10.92%，装机容量年平均增长10.96%，增长率恢复都很快。当前虽然与十五、十二五处于不同历史时期，但是不可能会有这么大的差别。看来想通过基于平均供需情况来决定新增电力容量，基于需求信号来引导电力投资，是非常困难的。
电力需求预测在计划经济条件下比较好预测，在市场经济条件下预测就困难，特别是经济转折关头，如1997年东南亚金融危机、2008年美国次贷危机，又如2014年开始的经济新常态下的变革等。如果按照《关于进一步深化电力体制改革的若干意见(中发[2015]9号文)》的设计，管住中间，放开两头，大、小、中用户都向发电厂购电，通过用户的长期合同就能了解用户对电力的远景需求，也就能知道远景该建多少发电厂，该建什么样的发电厂，包括该
建多少煤电和气电发电厂。但是因中发[2015]9号文刚刚发布不久，依靠电力市场机制的体制尚未建立起来，用户尚未与电厂签订长期合约。
4.3中国发展非化石能源的瓶颈
为了发展非化石能源电力，气电和煤电还是有必要存在下去。气电和煤电在相当长的时期内要作为非化石能源电力的调峰、调频和备用电源存在下去。既然它们有存在的必要，就应该提供它们存活下去的条件，即赋于火电承担调峰、调频、备用的任务与提供相应的收益，也就是火电因承担非化石能源的配套作用而降低设备利用小时的部分应给予合理补偿。这就是中发[2015]9号文提出的：建立辅助服务分担共享新机制。适应电网调峰、调频、调压和用户可中断负荷等辅助服务的新需求，完善并网分担企业辅助服务考核新机制和补偿机制。根据电网可靠性和服务质量，按照谁受益、谁承担的原则，建立用户参与的辅助服务分担共享机制。
电力需求预测虽有困难，但是电力建设的比例关系是可以预测的，中国电力工业的特点是火力发电比重大，且火电中无调节能力的小火电比重大。大中型水电站的调节性能都较差，水电是中国非化石能源电力中对煤电依赖最大的电力。这几年中国新能源电力和核电蓬勃发展，也对煤电提出了很高的要求。天然气发电由于天然气比煤贵，天然气发电的上网价比煤电贵一倍多，天然气发电虽然机动性比煤电好，但经济上缺乏竞争力，所以天然气发电替代煤电进展较慢。除此以外，煤电、天然气发电都有发展热电联产和冷热电联产的任务，所以煤电和气电真正能用作非化石能源电力的配套电源并不多。如煤电2014年号称发电能力有8.2亿kW，扣除热电机组2.5亿kW，60万~100万kW超临界、超超临界大机组用于基础发电约3.5亿kW，能作为配套电源的仅为2.20亿kW;天然气发电0.55亿kW，扣去0.2亿kW分布式能源系统，可用于配套电源的为0.35亿kW;此外，还有用于配套电源的抽水蓄能.0.2亿kW。以上3项合计2.75亿kW。而要求配套电源的有常规水电2.8亿kW、核电0.2亿kW、风电0.95亿kW、太阳能光伏发电0.26亿kW，合计4.21亿kW。按每千瓦非化石能源电力配备配套电源1kW计，非化石能源电力需配备配套电源4.21亿kW，上述三者合计可提供配套电源为2.75亿kW，两者相减尚缺灵活配套电源1.46亿kW。这里还没有考虑输变电工程部配套的问题。这是中国目前弃风、弃水、弃光的根本原因。所以虽不能准确预测电力需求，但可以测算一下灵活配套电源是否跟得上非化石能源电力的发展，如果煤电、气电、抽水蓄能不增建，那么应当适当控制非化石能源电力的发展。
5煤电在中国的不可替代性
对于能源供给革命有各种各样的理解，习近平总书记对推动能源供给革命的诠释是：推动能源供给革命，建立多元供给体系。立足国内多元供应保安全，大力推进煤炭清洁高效利用，着力发展非煤能源，形成煤、油、气、核、新能源、可再生能源多轮驱动的能源供应体系，同步加强能源输配网络和储备设施建设。习总书记主张在能源领域建立多元供应体系，并没有排斥煤炭的意思。煤炭是我国能源领域中立足于国内的一种能源，也是多元化能源供应中的重要组成部分，能起到保证国内能源安全、平抑能源价格的重要作用。习总书记一方面提出要大力推动煤炭清洁高效利用，另一方面又要着力发展非煤能源。非煤能源的含义应该比非化石能源广泛，它应当包括清洁高效利用石油、天然气在内。习近平总书记的这一论断是建立在中国最新的电力科技成就的基础上的。
中国的煤电与中国的能源革命戚戚相关，中国是一个能源以煤为主的国家，相应的发电能源也是以煤为主的，我国发电装机容量中60%是煤电，发电量中70%是煤电。煤电真要是像发达国家那样要用别的电源来替代，是一件非同小可的事情。中国煤电行业下决心着力解决燃煤发电的污染问题，发达国家没有做到的事，中国已做到了。中国在煤电脱硫、脱氢、除尘等方面通过努力，已经实现了污染物近零排放、超低排放，可以做到比天然气发电排放的污染物还要少，现在煤电行业正在努力解决CO2减排的问题。所以，习近平总书记所说的大力推动煤炭清洁高效利用就是要使煤炭发电能和天然气发电一样清洁高效，能和风能、太阳能一样清洁高效，而且可以保证国家的能源安全和获得廉价能源，这是完全正确的战略决策。
从另一方面看，煤电的规模很大，2014年末装机容量8.25亿kW，年发电量3.9万亿kWh，要想用非化石能源替代在短时间内难以实现，中国火电已开发3亿kW，从可开发的资源量来讲，最多只能再开发1亿kW。我国核电专家认为，中国核电装机宜控制在1.5亿kW左右，最多不要超过2亿kW，而且要稳妥把握建设节奏。这就是说核电最多不会超过2亿kW，所以非化石能源电力中两种条件比较好的资源数量有限，不可能替代煤电。由于风电、太阳能光伏发电的间歇性和随机性，在储能问题解决之前风电和太阳能光伏发电还得依靠煤电和气电作为调峰、调频和备用电源，所以也不可能完全替代煤电。气电和煤电在今后相当长时间内还有存在的必要，甚至煤电还应有所发展。
中国煤电已实现近零排放，超低排放，超临界、超超临界机组发展迅速，使煤耗年年下降。中国煤电为非化石能源发展提供了辅助服务保障，为能源安全、电力安全提供了保障，为维持世界最低电价提供了保障。中国煤炭实现清洁高效利用使中国能源的低碳绿色发展成为现实。中国煤电可实现环保、安全、廉价三者同时具备的最佳效果。
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