我国煤电高质量发展路在何方？
――对话清华大学能源与动力工程系教授毛健雄
中国电力新闻网记者 冯义军
新年伊始，《中国电力报》记者就“十四五”期间中国电力发展规划等有关问题，再次访谈了清华大学能源与动力工程系教授毛健雄，就在“十四五”和以后一个较长期间中国煤电应当怎样高质量发展的问题进行了讨论.
《中国电力报》：为了应对气候变化的挑战，中国电力的电源结构将加快升级向低碳的方向发展，但是中国目前还是“以煤为主”的能源结构禀赋的现实，还难以在较短期间内实现煤电大幅度地实现“低碳发展”。请问您对今后煤电的发展方向有什么看法？
毛健雄：根据国网能源研究院的研究结果，如果按照《巴黎协定》要将全球平均温升控制主在2oC以内的要求，则2050年世界能源供应结构中，煤炭的占比只能是4%。这就意味着到2050年中国的能源结构中必须基本上将煤炭完全淘汰，而且煤电将必须完全退出。但从中国的能源资源以煤为主的禀赋现实看，到2050年中国实现完全的“去煤化”，将煤电发电量降低到零的建议是不可能的，也是不现实的。由于现在中国煤电的装机容量的体量已经是如此的巨大，2018年的煤电总装机容量超过了10亿千瓦，煤电的发电量占全国发电量的65%。2019年，中国正在建设的燃煤火电机组总容量为1.21 亿千瓦。这意味着即使不再增加新建的煤电机组，在近几年内，中国的煤电装机总容量将会超过12亿千瓦。试问，将如此巨大的煤电装机容量全部关停，有什么电源可以安全、稳定、可靠和灵活地替代煤电。对于一个国家来说，能源安全战略事关国家安全发展的全局，能源的发展是支持国家经济发展的基础。因此，煤炭的定位一定要从能源安全、低碳能源和经济发展之间的关联，处理好化石能源和非化石能源之间的关系。从能源安全的角度，以总装机容量超过10亿千瓦的中国煤电，作为中国电力的“压舱石”，煤电在一个相当长的时期内必须继续进行可持续的高质量发展。
此外，燃煤发电是最清洁高效的用煤方式，2018年，我国原煤产量36.8亿吨，消费量39亿吨，分别占一次能源生产和消费的69.6%和59%，但中国煤电的用煤比重只占全国煤炭消费总量的50.6%，不但远低于发达国家如美国（煤电用煤比重占91%）、经合组织国家（占80.2%）、欧盟国家（占76.2%），而且低于世界平均比重（67.2%）。因此，如果能够大大提高电煤在全国煤炭总消耗中的比重，在供给侧最大限度地将煤炭用于高效清洁发电，在需求侧将电力最大限度地用于交通（火车和电动汽车等）、工业和民用等一切可能的领域，真正实现中国的全面“电气化”，这将会大大促进中国的经济转型和改善人民的生活水平及环境空气质量。如果中国电煤在全国煤炭总消耗中的比重能够达到世界平均水平的67.2%或更高，不但能够有效地解决煤炭产生的污染，而且可以显著降低由于使用煤炭而产生的碳排放。所以，从对整个煤炭更高效清洁利用而需大幅度提高煤炭用于发电比重的角度，也不应该也不可能大幅度减退乃至完全停用煤电。
基于以上理由，预计到2050年，为了支撑中国在“第二个100年”达到中等发达国家目标的经济发展对电力的更大需求，全国电力总装机容量有可能需要达到30亿千瓦，而且，即使在能源转型需要持续消减煤炭消费总量的情况下，中国仍然需要在电力系统中维持13-14亿千瓦的煤电装机容量。
《中国电力报》：今年是“十三五”收官之年，也是从明年开始的“十四五”进行规划准备之年，因此，请问在“十四五”期间和以后，对煤电高质量发展的问题，您的设想是什么？
毛健雄：我想首先谈谈我对中国煤电高质量发展的一些看法。首先，什么是“煤电的高质量发展”，我的看法是，煤电的高质量发展的内容可以包括很多， 如发展“数字化、智慧化、物联网化”等等，但是，我认为，煤电高质量发展，重点应该是对应于煤电所面临的最主要挑战并加以解决的发展，也就是：
应对气候变化的“低碳发展”；
应对更高质量环境要求的“清洁发展”；
应对可有效消纳正在大力发展的可再生能源电力需求的安全、稳定、高效、低排放地大幅度调节负荷的“灵活性发展”。
面对我国超过10亿千瓦在役煤电机组的这“三大挑战”，煤电应该把牢高质量发展的定力，通过创新技术，对所有在役煤电机组进行实现上述“三个发展”的技术改造，达到更高的标准，这就是煤电的高质量发展。
《中国电力报》：您所谈到的煤电高质量发展的三大目标，即“低碳发展”、“清洁发展”和“灵活性发展”，特别是其中的“低碳发展”，您有没有更加具体的设想和建议？
毛健雄：煤炭是高碳能源，要达到煤电像可再生能源发电那样的低碳排放，现在除了采用大比例的生物质混烧或生物质转换，或采用“碳捕获与埋存（CCS）”技术外，将煤电的碳排放强度降低到小于100克CO2/千瓦时的低碳水平是不可能的，而在“十四五”期间，大规模采用生物质混烧或采用CCS来大幅度降低煤电二氧化碳排放也是不现实的。因此，在“十四五”乃至“十五五”和“十六五”的未来十五年期内，煤电可能的“低碳发展”路径无非是两条：一是如某些人建议的那样，从“十四五”开始就大幅度地逐步关停退出煤电容量，直至2050年将煤电全部关停。二是在当前十五年期内，首先通过创新技术实现煤电高质量改造，以达到最大限度地提高煤电效率和降低供电煤耗，以后，再逐步辅以生物质混烧以减少煤炭用量。特别是，到2050年，努力通过30年的奋斗，加大研发“碳捕获、利用与封存（CCUS）技术的力度，如果能够做到大幅度降低碳捕获的成本，同时采用创新催化技术，能够大规模利用捕获的CO2作为原料，制造高价值的化学品，如甲醇、烯烃、芳烃、汽油、甲酸、可降解塑料等。这样，煤电厂捕获的二氧化碳，就不需大规模埋存而可直接有价值地利用，则煤电的近零碳排放就有实现的可能。因此，在中国依然是“以煤为主”的能源结构形势下，除了少数小容量、高排放、低效率的老机组必须而且应该退出并关停外，激进的“完全去煤电化”绝对不是煤电“低碳发展”的选项。总结以上，在当前，只有一条出路，就是以现有已经经过实践检验过的各种煤电提效和灵活性的创新技术为基础，针对各种不同类型和容量等级的煤电机组，提出“低碳”、“清洁”、“灵活性”的升级改造的具体“量化”政策要求， 通过政策驱动，推进我国超过10亿千瓦容量的煤电机组，从“十四五”开始的一个10-15年的期间进行高质量升级改造。根据轻重缓急，从“十四五”起，立即启动亚临界机组的改造；从“十五五”起，全面启动超临界机组，包括低效超超临界机组的改造；从“十六五”起全面启动超超临界机组的改造。
《中国电力报》：您的建议是，从“十四五”开始，经过三个五年计划的15年期，完成中国的全部煤电容量的高质量升级改造。您有没有中国煤电高质量升级改造具体量化目标，以使其能够体现出是“高质量发展”？
毛健雄：根据我所了解的现在中国各类煤电机组实际的供电煤耗水平，以及现在已经开发出的各种煤电提效、减排和灵活性的创新技术能够达到的煤耗水平，以此为基础，我有以下的具体设想和建议供您参考：
对于在役亚临界机组：
（1）对30万等级的亚临界机组，升级改造后的额定工况下供电煤耗需低于285克标煤/千瓦时，年平均供电煤耗须低于295克标煤/千瓦时，污染物排放达到近零排放；不用油安全稳定高效低排放的负荷调峰“灵活性”能力须达到20%-100%的负荷范围。
（2）对60万等级的亚临界机组，升级改造后的额定工况下供电煤耗需低于280克标煤/千瓦时，年平均供电煤耗须低于290克标煤/千瓦时，污染物排放达到近零排放；不用油安全稳定高效低排放的负荷调峰的“灵活性”能力须达到20%-100%的负荷范围。
尽早启动超临界机组及低效超超临界机组的高效化改造试点，在“十五五”前完成鉴定及确立最改终造目标：
（1）对35万等级的超临界机组，原则上升级改造后纯凝工况下的额定工况供电煤耗需低于275克标煤/千瓦时，年平均供电煤耗须低于285克标煤/千瓦时，污染物排放达到近零排放；不用油安全稳定高效低排放的负荷调峰“灵活性”能力须达到20%-100%的负荷范围。
（2）对60万等级的超临界机组，原则上升级改造后的额定工况下供电煤耗需低于270克标煤/千瓦时，年平均供电煤耗须低于280克标煤/千瓦时，污染物排放达到近零排放；不用油安全稳定高效低排放的负荷调峰“灵活性”能力须达到20%-100%的负荷范围。
对于在役一次再热超超临界机组，原则上升级改造后额定工况下供电煤耗需低于263克标煤/千瓦时，年平均供电煤耗须低于273克标煤/千瓦时；污染物排放达到近零排放；不用油安全稳定高效低排放的负荷调峰“灵活性”能力须达到20%-100%的负荷范围。
对于在役二次再热超超临界机组，原则上升级改造后的额定工况供电煤耗需低于255克标煤/千瓦时，年平均供电煤耗须低于265克标煤/千瓦时；污染物排放达到近零排放；不用油安全稳定高效低排放的负荷调峰“灵活性”能力须达到20%-100%的范围。
对于少量新建煤电机组：必须采用最先进的二次再热超超临界技术，采用的技术要必须能够实现设计供电效率接近或达到50%，设计供电煤耗低于250克标煤/千瓦时，污染物排放达到近零排放；不用油安全稳定高效低排放的负荷调峰的“灵活性”能力须达到20%-100%的负荷范围。
对所有煤电在役机组，在“十四五”期间须完成污染物排放升级改造，从“超低排放”升级到“近零排放”，即
1）粉尘：0 - 1毫克/标米
2）二氧化硫：低于10毫克/标米
3）氮氧化物：低于20毫克/标米
《中国电力报》：您的上述煤电高质量升级改造建议的具体目标看来门槛非常高，对于现有在役的各种类型和容量的燃煤机组的各种要求有可能实现吗？
毛健雄：根据我了解的情况，实现上述高质量升级改造的煤耗、排放和调节性具体目标要求，是有一定根据的。实际上，上述所有对于各种类型和容量煤电机组的煤耗、排放和调节性要求的升级改造目标，已有各种相关创新技术和思路，并已经有成功的案例。有的案例的结果已经过有第三方授权机构正式测试数据或专家评审和鉴定结果，具备了可以在全国相关煤电机组中进行推广的条件。可以设想，如果上述建议能够得以实施，超过10亿千瓦的煤电可以降低的供电煤耗，将是一个巨大的减煤数字，也是一个巨大的二氧化碳减排数字，这是在以中国的现实国情为基础，保证中国能源安全和实现我国以煤为主的化石能源与太阳能及风电为主的非化石能源协调发展，相互补充，相得益彰，最终走向实现“巴黎协定”碳减排目标现实可行的煤电高质量发展道路。
上述对超过10亿千瓦的中国在役煤电高质量发展升级改造，是一个巨大的系统工程，预计需要经过2至3个五年计划期间能够实现，因此，必须按照轻重缓急，分批分期，通过试点，逐步完成。中国煤电高质量升级改造的先后次序应该是：①亚临界机组；②超临界机组；③一次再热超超临界机组；④二次再热超超临界机组，依次推进。对于新建的最先进二次再热超超临界机组，则根据需要而定，当前重点应放在在役煤电机组的升级改造，从亚临界机组开始。
在“十四五”期间，中国煤电高质量升级改造的重点应该是在役的亚临界机组，这是因为，现有的约3.5亿千瓦的亚临界机组是当前我国煤电机组中供电煤耗最高的机组，同时也是负荷调节灵活性较差的机组，据了解，现在能够安全稳定达到35%的低负荷灵活性能力的亚临界机组占比还很小。但相比于大容量的直流锅炉超临界和超超临界机组，容量较小的汽包锅炉亚临界机组，更加适合于调峰灵活性运行，因此，当前煤电机组的高质量升级改造，应从亚临界机组起步，同时，有条件有需求的少量超临界和超超临界机组的升级改造也可试点进行。如果在“十四五”期间有50%以上的亚临界机组的升级改造得以实现，那就是说，这些亚临界机组从改造前的年平均供电煤耗330克/千瓦时（30万千瓦等级）提升到改造后的295克/千瓦时，则每度电可降低供电煤耗35克，也就是把这些亚临界机组一下子提升到超超临界机组的水平，不但可大幅度减少煤炭的使用和大幅度降低二氧化碳的排放，并可实现20%-100%的大范围负荷调节的灵活性，从而可大大促进可再生能源电力的消纳能力。
但是，要能够实现上述煤电的低碳、清洁和灵活性高质量发展升级改造的目标，不仅仅是技术问题，国家的政策驱动是关键。2014年，三部委发布的《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014-2020）》,通过政策驱动，使中国煤电在约五年的时间内，基本实现了我国煤电的污染物超低排放，使中国成为世界上煤电排放最清洁的国家。这是通过国家政策驱动，实现中国煤电清洁发展的一个极好的案例。因此，“十四五”中国煤电在役机组高质量发展升级改造也应该像《行动计划》那样，针对不同地区，不同容量和类型机组，提出具体不同的升级改造时限要求和“煤耗、排放、调节性”的具体改造目标要求。按照时限要求完成升级改造的机组，其改造结果经须经过严格的验收考核，对于按时达标的机组，要有激励奖励政策的鼓励。同时要采取政策手段，对于虚假的煤耗、排放和灵活性能力数据和不能完成升级改造或不能达标的机组，也应该有政策处理的要求。
高慧君
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