中國究竟需要多少煤電？

國網(wǎng)能源研究院研究員 張寧

中國究竟需要多少煤電？

國網(wǎng)能源研究院研究員 張寧

近年來，我國火電機(jī)組利用小時(shí)數(shù)持續(xù)下降，反映出煤電怎樣的過剩程度？隨著新能源發(fā)展，煤電機(jī)組的角色將從電量供應(yīng)逐步向電力供應(yīng)、靈活調(diào)峰供應(yīng)轉(zhuǎn)變，在不同角色定位下，我國還有多少新增煤電需求？面對(duì)煤電產(chǎn)能過剩風(fēng)險(xiǎn)，宜采取哪些政策措施？文中嘗試對(duì)這三個(gè)問題進(jìn)行分析與解答。

一、利用小時(shí)數(shù)僅為國際均值70.9%

利用小時(shí)數(shù)是反應(yīng)裝機(jī)過剩程度的主要判據(jù)。近年來，我國火電機(jī)組利用小時(shí)數(shù)不斷下降，2016年僅為4165小時(shí)，連續(xù)第二年低于4500小時(shí)的紅線。一般而言，5500小時(shí)往往是煤電機(jī)組規(guī)劃設(shè)計(jì)的基準(zhǔn)線，如果利用小時(shí)數(shù)低于5000則可認(rèn)為存在裝機(jī)過剩。在我國風(fēng)光電發(fā)電量占比只有5.1%的情況下，煤電機(jī)組的角色與運(yùn)行方式尚未受到明顯影響，故上述標(biāo)準(zhǔn)仍然適用。我國當(dāng)前煤電利用水平僅為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)的75.7%。

從世界主要國家情況看，澳大利亞、希臘、德國、印度、韓國、南非等國家與我國一樣以煤電為主力電源，2015年煤電機(jī)組平均利用小時(shí)數(shù)分別為5994、5848、4999、5694、7033、5694小時(shí)，均明顯高于我國水平。上述國家煤電機(jī)組利用小時(shí)數(shù)的平均值為5877小時(shí)，我國煤電機(jī)組的利用小時(shí)數(shù)僅為該水平的70.9%，煤電產(chǎn)能利用率之低可見一斑。

二、2020年裝機(jī)最高9.8億千瓦

在去年11月發(fā)布的《電力發(fā)展“十三五”規(guī)劃》（以下簡稱《規(guī)劃》）中，煤電的規(guī)劃容量為“控制在11億千瓦以內(nèi)”，這是基于已有與在建煤電機(jī)組明顯過剩的背景下從實(shí)操可行性角度提出的目標(biāo)，并非我國2020年煤電合理裝機(jī)規(guī)模。雖然目前我國電源是整體性過剩，但在能源轉(zhuǎn)型大背景下，煤電注定是被替代的對(duì)象，并且《規(guī)劃》中新能源的發(fā)展目標(biāo)已被大幅調(diào)低，故此處以其他電源的規(guī)劃目標(biāo)倒算煤電的合理空間。

煤電機(jī)組在電力系統(tǒng)中的作用主要有三個(gè)方面：滿足電量需求、滿足電力需求、滿足靈活性調(diào)峰需求。判斷未來煤電裝機(jī)需求需從上述三個(gè)方面分別進(jìn)行計(jì)算分析。

首先是電量平衡角度。2020年我國全社會(huì)用電量預(yù)計(jì)將達(dá)6.8-7.2萬億千瓦時(shí)，另考慮0.2萬億千瓦時(shí)電量儲(chǔ)備。根據(jù)《規(guī)劃》中對(duì)可再生能源、核電、氣電等提出的明確規(guī)劃目標(biāo)，并基于我國2016年發(fā)布的風(fēng)電、光伏保障性收購利用小時(shí)以及近年來相關(guān)電源實(shí)際運(yùn)行情況確定各類電源利用小時(shí)數(shù)，算得上述電源可提供的總電量約為2.5萬億千瓦時(shí)，留給煤電的電量空間約為4.5-4.9萬億千瓦時(shí)。若按5000利用小時(shí)計(jì)算，煤電裝機(jī)容量應(yīng)為9.0-9.8億千瓦。

其次是電力平衡角度。預(yù)計(jì)2020年全國最大負(fù)荷需求約為11.5-12.1億千瓦。水電、風(fēng)電、太陽能發(fā)電、核電和氣電的裝機(jī)容量仍取規(guī)劃值，另考慮抽水蓄能裝機(jī)0.4億千瓦。風(fēng)電、太陽能發(fā)電的容量置信度取10%，系統(tǒng)備用率取20%，經(jīng)計(jì)算煤電裝機(jī)容量需求約為8.0-8.7億千瓦。即使在保守情景下，假設(shè)太陽能發(fā)電不參與峰荷電力平衡，系統(tǒng)備用率取25%，煤電裝機(jī)容量需求約為8.7-9.4億千瓦。

再次是靈活調(diào)峰角度。根據(jù)《規(guī)劃》中風(fēng)電、太陽能發(fā)電裝機(jī)容量目標(biāo)，2020年風(fēng)光電的調(diào)峰容量需求約2.67億千瓦。另考慮負(fù)荷波動(dòng)帶來的調(diào)峰需求約2.88-3.03億千瓦。按最保守估計(jì)，假設(shè)風(fēng)光電完全反調(diào)峰，則系統(tǒng)總調(diào)峰容量需求為5.55-5.70億千瓦。抽水蓄能和燃?xì)鈾C(jī)組在《規(guī)劃》中的容量分別為0.4億千瓦、1.1億千瓦，另取需求響應(yīng)容量0.35億千瓦、儲(chǔ)能容量0.2億千瓦，上述靈活性資源共計(jì)2.05億千瓦，需煤電調(diào)峰的缺口為3.50-3.65億千瓦。按煤電機(jī)組平均調(diào)峰深度50%估算，煤電容量需求約為7.0-7.3億千瓦。

綜合上述三個(gè)角度，2020年煤電裝機(jī)的合理水平最高不超過9.8億千瓦。2016年我國煤電裝機(jī)容量達(dá)9.4億千瓦，已接近2020年煤電需求。在不再審批新的煤電項(xiàng)目的情況下，若全部核準(zhǔn)項(xiàng)目建成投產(chǎn)，2020年全國煤電過剩將超過2.2億千瓦，過剩率達(dá)22.4%；若已核準(zhǔn)未開工項(xiàng)目全部停止開工，僅核準(zhǔn)在建項(xiàng)目全部建成后預(yù)計(jì)全國煤電過剩將超過1.6億千瓦，過剩率達(dá)16.3%。煤電產(chǎn)能明顯過剩。

三、2025年11.5億千瓦將成歷史峰值

我國中長期煤電需求預(yù)測基于中國電力源網(wǎng)荷協(xié)調(diào)規(guī)劃模型進(jìn)行研判。該模型以區(qū)域?yàn)轭w粒度，綜合考慮各類電源、跨區(qū)輸電通道、以及能效電廠與需求響應(yīng)資源。模型以規(guī)劃期內(nèi)系統(tǒng)建設(shè)運(yùn)行總成本最小化為目標(biāo)，考慮了電力、電量、調(diào)峰能力三方面平衡約束，并計(jì)及了碳排放等其他十余項(xiàng)約束條件。通過求解該模型，可得到規(guī)劃期內(nèi)逐年各類電源裝機(jī)容量、跨區(qū)輸電通道容量、需求側(cè)資源規(guī)模的規(guī)劃方案。模型研發(fā)成果已在國際頂尖期刊《Energy》公開發(fā)表。

針對(duì)我國中長期煤電需求問題，基于該模型進(jìn)行2017-2030年電力規(guī)劃?？紤]2030年我國電量需求為10.4萬億千瓦時(shí)，最大負(fù)荷為18.2億千瓦。根據(jù)模型計(jì)算結(jié)果，我國煤電需求峰值約為11.5億千瓦，預(yù)計(jì)2025年左右達(dá)峰?？紤]到我國2030年碳排放達(dá)峰的承諾，以及電力需求增長趨緩、新能源發(fā)電技術(shù)經(jīng)濟(jì)特性日益成熟的基本判斷，煤電容量達(dá)峰后將會(huì)持續(xù)下降，11.5億千瓦將成為歷史性峰值。

另外，通過解析程序運(yùn)行發(fā)現(xiàn)：電量平衡是決定我國多數(shù)地區(qū)煤電需求的關(guān)鍵約束因素，僅在西北和華北部分地區(qū)煤電裝機(jī)容量由調(diào)峰容量約束主要影響。說明至2030年，決定我國煤電需求的主要還是煤電的電量供應(yīng)屬性，在西北和華北風(fēng)電富集地區(qū)有必要出于調(diào)峰目的新增少量煤電機(jī)組，但無需為提供電力容量保障而新建機(jī)組。

四、煤電三大政策建議

1.嚴(yán)控煤電增量，收緊熱電項(xiàng)目審批政策

在煤電明顯過剩的環(huán)境下，嚴(yán)控煤電增量是當(dāng)務(wù)之急?！笆濉逼陂g應(yīng)盡最大努力確保煤電零增量，“十四五”期間可在西部新能源滲透率高的地方少量布局高效煤電機(jī)組，以促進(jìn)大規(guī)模新能源消納與外送。另外值得注意的是，熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組由于能源利用效率相對(duì)較高，且肩負(fù)著供熱任務(wù)，成為煤電審批的特殊地帶。近年來許多煤電項(xiàng)目以熱電聯(lián)產(chǎn)形式上馬。在煤電嚴(yán)重過剩的大背景下，應(yīng)警惕熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目成為新增煤電的借口。

實(shí)際上，許多熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組一年中更多以普通煤電機(jī)組的方式運(yùn)行。此外，在供暖期熱電機(jī)組“以熱定電”的運(yùn)行方式極大影響了電力系統(tǒng)調(diào)峰能力，是造成我國“三北”棄風(fēng)的重要原因。特別是在國家大力推動(dòng)清潔取暖的今天，更應(yīng)慎重核準(zhǔn)新增煤電熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目，對(duì)于增量供熱需求宜直接采用電采暖、燃?xì)獠膳惹鍧嵐峒夹g(shù)。

2.行政與市場手段并舉，在東中部削減煤電存量

在污染相對(duì)嚴(yán)重的東中部地區(qū)，要下定決心向煤電存量開刀。煤電機(jī)組密度高、空氣污染嚴(yán)重且存在過度取水的華北地區(qū)宜成為去存量的先行區(qū)域。根據(jù)筆者調(diào)研，目前仍有許多低效率、高排放的小容量機(jī)組在運(yùn)行，多集中于企業(yè)自備電廠與供熱電廠，山東省某市實(shí)際在運(yùn)的20萬、10萬千瓦以下機(jī)組在煤電總?cè)萘恐械恼急确謩e達(dá)到21%、11%。“十三五”期間應(yīng)逐步淘汰落后產(chǎn)能，減輕東中部環(huán)境壓力，同時(shí)為我國新能源發(fā)展騰出空間。

一方面，應(yīng)盡快摸清各地實(shí)際在運(yùn)的落后產(chǎn)能情況，采取必要行政手段，在自備電廠和小規(guī)模熱電廠等領(lǐng)域發(fā)力去產(chǎn)能。另一方面，通過有序放開發(fā)用電計(jì)劃，以市場的方式促進(jìn)機(jī)組間的優(yōu)勝劣汰。同時(shí)可參考銀東直流放開送受電計(jì)劃的經(jīng)驗(yàn)，在更大范圍形成市場競爭，促進(jìn)西部的新能源與高效火電替代東中部低效產(chǎn)能。行政方式見效快，但市場方式才治本。長遠(yuǎn)來看，政府要做的是設(shè)計(jì)好市場規(guī)則，避免低效機(jī)組以不合理方式躲過市場競爭。

3.加快建立輔助服務(wù)市場，促進(jìn)煤電角色轉(zhuǎn)變

隨著可再生能源在電力系統(tǒng)中滲透率逐漸提高，煤電機(jī)組應(yīng)更好發(fā)揮調(diào)峰調(diào)頻、容量備用等作用，煤電裝機(jī)過剩的情況下更應(yīng)加快推進(jìn)其角色轉(zhuǎn)變。

為此，需盡快建立完善的輔助服務(wù)市場體系，讓煤電廠能夠在新的角色定位中賺錢，引導(dǎo)煤電機(jī)組積極進(jìn)行靈活性改造，轉(zhuǎn)變運(yùn)行方式。東北地區(qū)已先行建立輔助服務(wù)市場運(yùn)營規(guī)則，應(yīng)基于對(duì)市場運(yùn)行情況的總結(jié)分析與對(duì)煤電機(jī)組提供輔助服務(wù)典型樣本的調(diào)研，不斷完善輔助服務(wù)市場規(guī)則，并盡快推廣至我國其他地區(qū)。