雙碳目標(biāo)下，煤電如何從主力電源向支撐性和調(diào)節(jié)性電源轉(zhuǎn)變？
作者：admin 時(shí)間：2023-05-09 11:09:37 瀏覽：401
2020年提出的“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)已成為中國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)高質(zhì)量發(fā)展的主基調(diào)和新引擎。2022年，世界共同經(jīng)歷了深刻而復(fù)雜的變化，中國(guó)能源供應(yīng)也艱難應(yīng)對(duì)由地緣政治動(dòng)蕩、能源價(jià)格上漲、極端氣候變化等外部原因帶來(lái)的挑戰(zhàn)，煤炭供銷均創(chuàng)歷史新高，煤電項(xiàng)目的審批和建設(shè)也迎來(lái)新一輪熱潮，為實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)帶來(lái)不確定性。本文試圖對(duì)出現(xiàn)這一現(xiàn)象的背景和原因進(jìn)行剖析，并聚焦煤電，就雙碳目標(biāo)下煤電從主力電源向支撐性和調(diào)節(jié)性電源轉(zhuǎn)變提出相應(yīng)建議。
2022年，國(guó)際地緣政治沖突激烈，氣候異?，F(xiàn)象加劇，疊加中澳經(jīng)貿(mào)關(guān)系引致的澳煤出口限制等因素，中國(guó)全年煤炭（煤及褐煤）進(jìn)口量降至2.9億噸，同比減少9.2%[1]，是近七年首次負(fù)增長(zhǎng)。國(guó)內(nèi)市場(chǎng)方面，在貫穿全年的煤炭保供增供政策刺激下，中國(guó)原煤產(chǎn)量創(chuàng)歷史新高達(dá)到45.6億噸，同比增長(zhǎng)10.5%[1]。多重原因?qū)е旅禾肯M(fèi)增長(zhǎng)從消費(fèi)側(cè)來(lái)看，2022年中國(guó)煤炭實(shí)物消費(fèi)量為44.2億噸，同比增長(zhǎng)4.3%。折算成標(biāo)準(zhǔn)量的煤炭消費(fèi)量為30.4億噸標(biāo)煤，同比增長(zhǎng)3.6%[1]。煤炭消費(fèi)量約四分之三用于煤電、鋼鐵、水泥行業(yè)，而這三個(gè)行業(yè)去年增勢(shì)疲軟，很難支撐總用煤量4.3%的增幅。相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2022年燃煤發(fā)電量同比僅增長(zhǎng)0.7%[2]，且每千瓦時(shí)發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗下降0.2%，而粗鋼和水泥產(chǎn)量則分別下降1.7%和10.5%[1]。有專家認(rèn)為，去年中國(guó)煤炭消費(fèi)的增長(zhǎng)主要因煤質(zhì)下降引起[3]。2022年，煤炭保供增供壓力較大，煤礦企業(yè)在增產(chǎn)擴(kuò)產(chǎn)過(guò)程中可能伴隨出現(xiàn)了煤炭品質(zhì)下降問(wèn)題[4]，而官方統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)未能及時(shí)完全反映這一變化，導(dǎo)致?lián)Q算成標(biāo)準(zhǔn)煤為單位的煤炭消費(fèi)數(shù)虛高。我們認(rèn)為，除了煤質(zhì)問(wèn)題，煤炭消費(fèi)增長(zhǎng)還是天然氣消費(fèi)疲軟、供暖需求上升、散煤統(tǒng)計(jì)完善和煤炭庫(kù)存增加等多方面因素共同作用的結(jié)果。首先，天然氣價(jià)格高位運(yùn)行，引發(fā)了“天然氣向煤炭”消費(fèi)轉(zhuǎn)移。自2005年以來(lái)，天然氣占一次能源消費(fèi)的比重穩(wěn)步提升，平均每年增加0.4個(gè)百分點(diǎn)。照此趨勢(shì)，天然氣占比應(yīng)由2021年的8.9%升至2022年的9.3%。然而，由于價(jià)格高企，2022年中國(guó)天然氣消費(fèi)量同比減少1.2%，占比也由8.9%降至8.5%，是過(guò)去十幾年首次下降。這一正一負(fù)間，造成約4300萬(wàn)噸標(biāo)煤的缺口，而這個(gè)缺口絕大部分由煤炭填補(bǔ)。其次，嚴(yán)寒天氣進(jìn)一步加劇了燃煤供暖需求。2022年12月，中國(guó)大范圍受4次冷空氣過(guò)程影響，當(dāng)月平均氣溫為近十年同期最低，供暖需求大幅攀升。據(jù)我們估算，用于建筑供暖的煤炭消費(fèi)量去年同比增加約10%。第三，中國(guó)有1.5億～1.7億噸散煤用于農(nóng)村供暖，這些散煤用量長(zhǎng)期以來(lái)未被納入統(tǒng)計(jì)口徑。隨著煤礦生產(chǎn)安全整頓和對(duì)中小型煤礦的兼并重組，部分散煤消費(fèi)開(kāi)始被納入統(tǒng)計(jì)體系。第四，煤炭庫(kù)存量恢復(fù)，部分被記入消費(fèi)量。2021年，全國(guó)煤炭供應(yīng)極度短缺，庫(kù)存告急，部分電廠最緊缺時(shí)期庫(kù)存甚至不足一日[5]。進(jìn)入2022年后，這一現(xiàn)象逐漸緩解，1月中旬全國(guó)統(tǒng)調(diào)電廠電煤庫(kù)存恢復(fù)至1.2億噸，而12月期間則保持在1.6億噸以上，可用20天以上[6]。同期，中央和省級(jí)政府建立的煤炭應(yīng)急儲(chǔ)備庫(kù)也得以恢復(fù)。在數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)過(guò)程中，可能有相當(dāng)數(shù)量的庫(kù)存量被記入消費(fèi)量。從分部門(mén)的煤炭消費(fèi)看，雖然去年電力生產(chǎn)用煤整體增長(zhǎng)緩慢，增速僅0.5%左右，但其消費(fèi)量占煤炭消費(fèi)總量的比重仍達(dá)55%以上，是名副其實(shí)的用煤大戶。隨著房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)投資大幅下滑，鋼鐵和建材兩大行業(yè)的煤炭需求持續(xù)走弱，且北方地區(qū)冬季清潔供暖工程逐步推進(jìn)，煤炭消費(fèi)將進(jìn)一步向電力行業(yè)聚集，發(fā)電行業(yè)仍成為煤炭需求的主要支撐。居民生活和新興產(chǎn)業(yè)電力需求快速上升2022年，中國(guó)全社會(huì)用電量同比增長(zhǎng)3.6%（增量3244億千瓦時(shí)），其中約一半新增用電（1623億千瓦時(shí)）源自居民生活（圖1）。8月和12月的全國(guó)平均氣溫分別為近十年同期最高和最低。受制冷和供暖需求激增影響，兩月居民生活用電量分別同比增長(zhǎng)33.5%和35%，最終全年居民生活用電量同比增長(zhǎng)13.8%。盡管增長(zhǎng)迅猛，但中國(guó)戶均生活用電水平和歐美國(guó)家相比仍有較大差距，根據(jù)IEA的統(tǒng)計(jì)，僅為同期歐洲發(fā)達(dá)國(guó)家的45%和北美國(guó)家的1/4。在生活水平持續(xù)提高、氣候變化刺激用能需求等多種因素影響下，中國(guó)居民生活用電量預(yù)計(jì)將繼續(xù)攀升。
圖 1 2022年新增用電量結(jié)構(gòu)
數(shù)據(jù)來(lái)源：中電聯(lián)，能源基金會(huì)分析除居民生活用電外，新興產(chǎn)業(yè)如數(shù)字經(jīng)濟(jì)、電動(dòng)車和充電樁近年來(lái)蓬勃發(fā)展，成為不可忽視的用電增長(zhǎng)極（圖2）。能源基金會(huì)測(cè)算顯示，近六年全國(guó)數(shù)據(jù)中心機(jī)架規(guī)模年均復(fù)合增速約30%，2022年數(shù)據(jù)中心用電量占全社會(huì)用電量比重超過(guò)4%。另?yè)?jù)中電聯(lián)數(shù)據(jù)，2022年新能源車整車制造用電量同比增長(zhǎng)71.1%，電動(dòng)汽車充換電服務(wù)業(yè)用電量同比增長(zhǎng)38.1%。圖 2 2022年分行業(yè)用電結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)來(lái)源：中電聯(lián)，能源基金會(huì)分析新能源快速增長(zhǎng)，但仍需煤電補(bǔ)足用電供需缺口2022年，煤電發(fā)電量占全年總發(fā)電量的比重從過(guò)去幾年的60%以上降至58.4%，煤電裝機(jī)容量占比從2021年的46.7%降至43.9%。與此同時(shí)，新能源占比持續(xù)增長(zhǎng)，推動(dòng)發(fā)電結(jié)構(gòu)持續(xù)優(yōu)化。2022年非化石能源發(fā)電占比從2021年的34.9%增至36.2%，其中風(fēng)光發(fā)電占比從2021年的11.7%增至13.7%。新增裝機(jī)方面，風(fēng)電和太陽(yáng)能裝機(jī)已連續(xù)三年保持1億千瓦以上的高速增長(zhǎng)，2022年新增裝機(jī)1.25億千瓦（圖3）。盡管如此，非化石能源的新增發(fā)電仍只能滿足約3/4的新增電力需求，意味著余下的1/4需要常規(guī)能源補(bǔ)足（圖4）。圖 3 分能源品種的發(fā)電量（左）和裝機(jī)容量（右）數(shù)據(jù)來(lái)源：中電聯(lián)，能源基金會(huì)分析圖 4 2021—2022年分能源品種的新增發(fā)電量數(shù)據(jù)來(lái)源：國(guó)家統(tǒng)計(jì)局，能源基金會(huì)分析煤電發(fā)揮能源保供和平抑高峰負(fù)荷的雙重作用季節(jié)性電力需求波動(dòng)促使煤電發(fā)揮能源保供穩(wěn)定器作用。2022年夏季的高溫干旱導(dǎo)致水力發(fā)電能力斷崖式下降，而電力需求尤其是居民用電量激增，為電力系統(tǒng)的發(fā)電能力和負(fù)荷能力帶來(lái)雙重挑戰(zhàn)。尤其是7月和8月，在充分調(diào)動(dòng)非化石能源的情況下，用電缺口仍達(dá)到需求總量的73%和95%（圖5）。煤電因其更加靈活的出力能力和時(shí)間控制，在用電需求高峰期及時(shí)補(bǔ)足電力供應(yīng)。圖 5 2021—2022年逐月新增發(fā)電量和新增用電需求對(duì)比數(shù)據(jù)來(lái)源：國(guó)家統(tǒng)計(jì)局，能源基金會(huì)分析非化石能源難以平抑用電峰值的電力負(fù)荷，需火電尤其是煤電緩解。2022年全國(guó)22個(gè)省級(jí)電網(wǎng)負(fù)荷創(chuàng)歷史新高，除東北外其余5個(gè)區(qū)域電網(wǎng)負(fù)荷均創(chuàng)新高[7]，仍需火電尤其是煤電滿足尖峰負(fù)荷需求。以廣東為例（圖6），2022年7月下旬，廣東電網(wǎng)負(fù)荷創(chuàng)年度新高，達(dá)1.42億千瓦；而水電、風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電、核電及其他可再生能源的裝機(jī)總和僅6900萬(wàn)千瓦，且風(fēng)光作為間歇性能源，有很大不確定性。而且屆時(shí)西部—廣東的外調(diào)電負(fù)荷同樣受天氣影響而大幅降低，導(dǎo)致峰值時(shí)期的額外負(fù)荷不得不由本地的化石能源，主要是煤電，來(lái)平抑。圖 6 2022年廣東各類電源月度發(fā)電（左）與電力負(fù)荷（右）數(shù)據(jù)來(lái)源：國(guó)家統(tǒng)計(jì)局，清能互聯(lián)，能源基金會(huì)分析2022年中國(guó)新建煤電項(xiàng)目增長(zhǎng)較大。據(jù)能源基金會(huì)統(tǒng)計(jì)，全年投產(chǎn)運(yùn)行（包括試運(yùn)行）的燃煤發(fā)電裝機(jī)2735萬(wàn)千瓦，主要分布在內(nèi)蒙古、山西、安徽和江西等省。開(kāi)工建設(shè)燃煤發(fā)電裝機(jī)9626萬(wàn)千瓦，主要分布在內(nèi)蒙古、廣東、江蘇和湖南。此外，新核準(zhǔn)的燃煤發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到8655萬(wàn)千瓦，是2021年的4.7倍[8]，其中廣東和安徽是新增核準(zhǔn)容量最多的省份。還有5439萬(wàn)千瓦的燃煤發(fā)電裝機(jī)處于規(guī)劃狀態(tài)，主要分布在湖北、陜西和江蘇。這些新推進(jìn)的發(fā)電機(jī)組大多位于過(guò)去兩年出現(xiàn)電力短缺的省份和傳統(tǒng)的煤炭資源大?。▓D7）。圖 7 2022年各省新增煤電機(jī)組推進(jìn)進(jìn)程來(lái)源：北極星電力網(wǎng)，全球能源監(jiān)測(cè)（GEM），能源基金會(huì)整理分析煤電項(xiàng)目的建設(shè)動(dòng)因在空間和時(shí)間上均有明顯差異。據(jù)能源基金會(huì)分析，新增煤電項(xiàng)目建設(shè)的主要?jiǎng)右蚩蓺w納為彌補(bǔ)當(dāng)?shù)仉娏咳笨凇⒈Ｕ袭?dāng)?shù)仉娏ζ胶狻犭娐?lián)產(chǎn)、特高壓和外送配套、等/擴(kuò)容量替代和自備電廠（見(jiàn)圖8）。缺電省份和富煤省份的新建動(dòng)因差異明顯。傳統(tǒng)缺電大省如廣東、江蘇、湖北、安徽和湖南新建煤電項(xiàng)目主要是為了彌補(bǔ)電量缺口，而富煤省份如內(nèi)蒙古、陜西和新疆的煤電項(xiàng)目建設(shè)則主要是為了服務(wù)特高壓和外送配套。動(dòng)因在不同建設(shè)階段也呈現(xiàn)明顯變化趨勢(shì)。運(yùn)行中的機(jī)組建設(shè)動(dòng)因以熱電聯(lián)產(chǎn)、特高壓和外送配套為主，而建設(shè)中的機(jī)組、核準(zhǔn)和規(guī)劃?rùn)C(jī)組主要為了彌補(bǔ)當(dāng)?shù)仉娏亢碗娏θ笨?。表明在更早的?guī)劃中，煤電機(jī)組在未來(lái)發(fā)揮的作用分布較為均衡；而2022年開(kāi)工建設(shè)的機(jī)組、以及最新核準(zhǔn)和規(guī)劃的機(jī)組將著重于解決電量和電力不足的問(wèn)題，體現(xiàn)出近年電力短缺的影響。圖 8 2022年新增煤電項(xiàng)目建設(shè)動(dòng)因分布一半以上新建煤電機(jī)組尚未落地，仍存一定空間以扭轉(zhuǎn)激增趨勢(shì)。以機(jī)組開(kāi)工建設(shè)為重要時(shí)間節(jié)點(diǎn)，如圖7所示，新增裝機(jī)處于開(kāi)工前、后狀態(tài)的比例約為54%和46%，代表2022年全國(guó)一半多的新增裝機(jī)仍未落地。新增大于1000萬(wàn)千瓦的9個(gè)省份，合計(jì)裝機(jī)占到新增總量的近70%，其中處于規(guī)劃和核準(zhǔn)狀態(tài)的裝機(jī)占比達(dá)58.3%。如果能及時(shí)并充分發(fā)揮同期新增清潔能源和儲(chǔ)能的潛力，仍有可能為煤電裝機(jī)爭(zhēng)取更多的壓縮空間。新建煤電機(jī)組的特征與未來(lái)煤電定位不完全一致。國(guó)家能源局明確提出不再新建單純以發(fā)電為目的的煤電項(xiàng)目，并積極推動(dòng)煤電機(jī)組的靈活性改造。但從2022年新建機(jī)組的建設(shè)狀態(tài)分布可以發(fā)現(xiàn)，越晚規(guī)劃的機(jī)組，其參數(shù)設(shè)計(jì)越背離煤電的未來(lái)定位（見(jiàn)圖9）?？傮w上新建煤電項(xiàng)目以60萬(wàn)千瓦甚至100萬(wàn)千瓦以上的大機(jī)組為主，且其在運(yùn)行、建設(shè)、核準(zhǔn)與規(guī)劃煤電項(xiàng)目中的占比越來(lái)越高，分別是78.5%、93.6%和96.3%。然而在技術(shù)層面，對(duì)30萬(wàn)千瓦及以下、30萬(wàn)～60萬(wàn)千瓦級(jí)機(jī)組進(jìn)行靈活性改造的技術(shù)成本更低、綜合效益更好[9]，機(jī)組的大型化趨勢(shì)不利于煤電發(fā)揮靈活性電源的角色定位。第二，在運(yùn)行、建設(shè)、核準(zhǔn)與規(guī)劃煤電項(xiàng)目中，熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的占比分別為40.7%、24.6%和15.3%，占比持續(xù)下降。由圖7可知，新建煤電項(xiàng)目大多位于不需要供暖的長(zhǎng)江以南省份，這是熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組占比下降的直接原因，但這一發(fā)展趨勢(shì)并不利于燃煤電廠提高能源利用效率。圖 9 2022年新建煤電項(xiàng)目機(jī)組的裝機(jī)容量和類型分布國(guó)家和省級(jí)層面的碳達(dá)峰目標(biāo)設(shè)置是實(shí)現(xiàn)可再生能源快速發(fā)展的有力保障。據(jù)能源基金會(huì)分析，截止2023年4月，已公布的24份省級(jí)碳達(dá)峰方案中，2025年風(fēng)能和太陽(yáng)能發(fā)電裝機(jī)目標(biāo)合計(jì)約12億～15億千瓦。多家研究機(jī)構(gòu)預(yù)期中國(guó)風(fēng)能和太陽(yáng)能發(fā)電裝機(jī)在2030年可達(dá)到16億～20億千瓦[10][11]，遠(yuǎn)超國(guó)家設(shè)置的12億千瓦目標(biāo)。大規(guī)模且不斷增長(zhǎng)的能源轉(zhuǎn)型投資也將有力推動(dòng)煤電角色轉(zhuǎn)變。2022年中國(guó)的能源轉(zhuǎn)型投資在全球獨(dú)占鰲頭，總投資額是第二名美國(guó)的將近四倍[12]。2022年可再生能源投資增長(zhǎng)率達(dá)21.5%，并且趨向多樣化。在未來(lái)以風(fēng)能和太陽(yáng)能等可再生能源為主的電力體系下，煤電將逐步退出主力發(fā)電能源的舞臺(tái)，轉(zhuǎn)而成為保障電力供應(yīng)安全的支撐性電源和協(xié)助風(fēng)光等可再生能源發(fā)電消納的重要調(diào)節(jié)性資源。煤電與可再生能源維持消漲態(tài)勢(shì)，煤電角色將逐漸轉(zhuǎn)變根據(jù)中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)發(fā)布的《2023年度全國(guó)電力供需形勢(shì)分析預(yù)測(cè)報(bào)告》[2]，預(yù)計(jì)2023年全社會(huì)用電量將達(dá)到9.15萬(wàn)億千瓦時(shí)，較2022年增長(zhǎng)約6%。新增發(fā)電裝機(jī)規(guī)模將達(dá)2.5億千瓦左右，其中約1.8億千瓦為非化石能源。而國(guó)家能源局的數(shù)據(jù)也顯示，2023年風(fēng)電和太陽(yáng)能新增裝機(jī)將超過(guò)1.6億千瓦[13]。假設(shè)除煤電和氣電外的其他電源發(fā)電小時(shí)數(shù)和2022年保持一致，僅從電量看，2023年新增電量需求有望全部由非化石能源滿足（圖10）。隨著新一批建設(shè)、核準(zhǔn)和規(guī)劃中的新建煤電項(xiàng)目陸續(xù)投產(chǎn)，煤電發(fā)電小時(shí)數(shù)將持續(xù)下降，更多發(fā)揮季節(jié)性波動(dòng)的支撐性保障和服務(wù)風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電消納的調(diào)節(jié)性作用。
