中國儲能網(wǎng)訊：“十五五”是我國經(jīng)濟社會發(fā)展征程中承前啟后的重要時期，是承載新一輪創(chuàng)新突破承前啟后的重要階段，也是新型能源體系和新型電力系統(tǒng)加快構建發(fā)展背景下，能源電力領域踐行“雙碳”戰(zhàn)略的重點窗口期。煤電作為面向新能源加快轉(zhuǎn)型中的穩(wěn)定器、調(diào)節(jié)器和中繼器，在“十五五”末期，也將迎來歷史性轉(zhuǎn)折點，即電力用煤和煤電裝機總量均將加快實現(xiàn)達峰，不僅增量煤電將逐步縮減，存量煤電占比會快速擴大，服役年限到期的存量機組規(guī)模將進一步增加。碳達峰前后，既要做好有限增量煤電的高質(zhì)量發(fā)展，更要做好未來絕對多數(shù)的存量煤電的高質(zhì)量文章。
冰后期極端氣候工況與“新煤比”新邊界點
據(jù)研究認為，當前全球氣候正處于第四紀大冰期的冰后期階段，其典型特征是大氣候處于轉(zhuǎn)換的波動多變時段，局部極端氣候易發(fā)多發(fā)。在此大尺度背景下疊加“雙碳”微觀小進程，將必然增加能源保供和電力供應安全穩(wěn)定方面發(fā)生極端情況的不確定性。預計“十五五”期間我國每年新增新能源裝機約3~4億千瓦，與此同時增量煤電裝機增速進一步放緩，至碳達峰時新能源裝機或突破30億千瓦，新能源與煤電裝機容量比例將進一步加速擴大，直至超過1.5倍并接近2倍的新邊界點。至碳中和前期，裝機容量的“新煤比”將增加到約6倍以上，而利用小時數(shù)或發(fā)電量的“新煤比”也將在碳達峰平臺期后逐步加快反轉(zhuǎn)。
基于上述條件，在小概率但破壞性大的不可抗力突發(fā)氣候因素影響下，傳統(tǒng)電力系統(tǒng)將面臨極限承壓的重大考驗。在容量型新型儲能等技術規(guī)?；虡I(yè)應用真正實現(xiàn)突破和建成之前，煤電兜底保供角色暫無可替代。因此，隨著新能源與煤電裝機比例在“十五五”時期后進一步拉大，新規(guī)模尺度下極端氣候工況以及“新煤比”新邊界點的評估研究至關重要。一方面，要加快新型儲能、新型新能源技術研發(fā)和商業(yè)部署，以減少超大規(guī)模新能源瞬時脫網(wǎng)而煤電托底響應調(diào)節(jié)可能產(chǎn)生滯后的副作用，同時有效轉(zhuǎn)移部分在線發(fā)電出力作為靈活功率儲備和應急調(diào)節(jié)儲備，再輔以其他配套機制改革突破，緩解“以煤兜新”的轉(zhuǎn)型路徑深度依賴問題。另一方面，煤電技術性能如何進一步匹配演變，以及存量機組如何匹配轉(zhuǎn)型、如何實現(xiàn)后續(xù)有序價值化退出，也需加強前置研究，即應對未來更高比例新能源消納，當前存世已久的煤電存量技術也應重新審視，針對已有存量煤電的技術性能提升以及再利用改造挖潛等更應加大研究。
傳統(tǒng)能源體系重塑與“量值比”新轉(zhuǎn)型點
截至2024年底，我國發(fā)電裝機容量約為美國的3倍，發(fā)電量約為后者的2倍以上。國際能源署2024年統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，當前我國約用3.4成的全球發(fā)電量支撐起了1.8成的全球GDP，發(fā)電量和生產(chǎn)總值的相對“量值比”達1.89∶1，存在“電量領跑而產(chǎn)值滯后”的現(xiàn)象。雖然存在產(chǎn)業(yè)結構布局、統(tǒng)計計算口徑等綜合因素影響，但單位產(chǎn)值能耗相對偏高以及能源利用效率有待進一步提升的情況也基本屬實。因此，我國能源體系在“十五五”前后同樣面臨轉(zhuǎn)型重塑。
隨著國民經(jīng)濟進入高質(zhì)量發(fā)展新階段，產(chǎn)業(yè)結構調(diào)整、人口結構變化以及新型工業(yè)化、再電氣化需求等多重因素疊加，能源利用效率和清潔能源水平將進一步提升，“量值比”有望趨近1∶1，即用更少的能源消耗來實現(xiàn)更多的價值產(chǎn)出。碳達峰前后，我國非化石能源發(fā)電量占比也將歷史性達到50%，碳中和前后將進一步突破至90%，合理“量值比”以及清潔“量值比”，取決于能源利用方式和能源利用技術的關鍵轉(zhuǎn)型，同時對于供給側(cè)和需求側(cè)而言，由于“量”的總基數(shù)較大，均需要做好“第五能源”即節(jié)能這個直接降低碳排放強度的重點工作。電煤消耗達峰后，進一步降低發(fā)電耗煤量也是“十五五”之后直接減排的重要目標，而且之后逐步或逐年壓減電煤消耗的規(guī)劃研究也應提上日程。作為新型電力系統(tǒng)重要供給源端，不僅要規(guī)劃做好增量煤電尤其高參數(shù)等級煤電的長周期安全保效、寬負荷高效等研究應用，更需要注重廣大存量煤電的快速啟停、深度變工況等安全節(jié)能研究，并最大程度有效分類及統(tǒng)籌發(fā)揮好存量機組的調(diào)節(jié)潛力和節(jié)能調(diào)峰優(yōu)勢。
碳達峰后期煤電發(fā)展與“增存比”新階段點
據(jù)預計“十四五”期間煤電增量規(guī)模約1.7億千瓦，如果按照當前規(guī)劃建設的慣性，“十五五”期間，煤電增量可能超過該規(guī)模，即煤電裝機總量在“十五五”將持續(xù)攀峰后再逐步達峰和進入一段平臺期。達峰后煤電裝機容量歷史性失去絕對增量，僅存相對增量。與此同步，煤電裝機的增量和存量比例將加快縮小，從“十三五”期間跌破4%，到“十四五”末跌破3%，“十五五”末可能接近2%左右。碳達峰前后隨著批次存量煤電機組的設計服役年限到期，大批存量機組合理出路的路線規(guī)劃是重要研究任務。
碳達峰后煤電裝機增量中一部分需考慮“新煤比”因素，另一部分需考慮部分服役到期機組替代因素。碳達峰后新能源技術必將進一步加快向自身穩(wěn)定型的方向發(fā)展，結合新型儲能技術突破和存量煤電超長或倍齡延壽升級改造，電力系統(tǒng)備用率將進一步優(yōu)化，勢必加快煤電增量的繼續(xù)萎縮，屆時存量煤電逐步成為絕對多數(shù)，而相對增量的可行條件也必然和必須更加苛刻。根據(jù)我國“雙碳”戰(zhàn)略部署，碳達峰至碳中和緩沖時間僅30年，碳中和之路也將是煤電裝機存量逐步加速衰減直至規(guī)?；罅客顺霈F(xiàn)役的最后時段，在這個時間尺度下，“十五五”時期以及碳達峰后，存量煤電機組延壽利用價值以及退役煤電場址等基礎設施的復用價值更為凸顯。
碳中和之路上存量煤電的使命
從碳達峰邁向碳中和，是能源體系轉(zhuǎn)型與傳統(tǒng)電源演變的全新階段，存量煤電將承擔著其中的關鍵任務使命。實現(xiàn)新型電力系統(tǒng)變革與科學規(guī)劃好煤電未來發(fā)展路徑的相輔相成，是“當采”研究，同時也需結合來時業(yè)內(nèi)共同走過的道路，客觀認識和做好“回采”經(jīng)驗的汲取，避免轉(zhuǎn)型“重復性”成本。在碳達峰之后，煤電作為新型電力系統(tǒng)的穩(wěn)定器、調(diào)節(jié)器，一段時間內(nèi)仍將繼續(xù)加強，但隨著未來容量型新型儲能和穩(wěn)定型新型新能源技術的突破發(fā)展，屆時傳統(tǒng)煤電的技術功能和價值定位必然將再次面臨深刻挑戰(zhàn)。邁向碳中和，既是更大規(guī)模新能源消納和變革之路，也是超大規(guī)模存量煤電自身消化之路，要同步做好“消納”和“消化”，未來使命任務自然艱巨，因此需重點做好“五個轉(zhuǎn)變”。
一是傳統(tǒng)電力規(guī)劃以及煤電建設研究需轉(zhuǎn)變固有范式，應更加重視前瞻性、系統(tǒng)性和節(jié)點性的籌劃部署。規(guī)劃屬于頂層引領，但規(guī)劃存在固有的不確定性，某種程度也是由于一定時期內(nèi)規(guī)劃工作存在慣性思維。
首先，需要考慮規(guī)劃本身的創(chuàng)新。隨著新型電力系統(tǒng)加快推進，容量型電力熱力新型儲能、穩(wěn)定平滑輸出型新型新能源等新一代電力系統(tǒng)技術的突破是較大概率事件，僅依托傳統(tǒng)煤電增量和維持過去的“新煤比”或“增存比”來備份兜底未來電力系統(tǒng)，很難真正改變煤電依賴和煤電為主的本質(zhì)，更需要傳統(tǒng)電源、新能源以及電網(wǎng)等電力系統(tǒng)的多端共同發(fā)力。而且，新型電力系統(tǒng)缺少的是靈活性煤電容量，而不僅是其額定容量本身。因此，后續(xù)存量煤電的“陳釀”價值潛力理應深挖，規(guī)劃層面不應拘泥于絕對裝機容量和增量規(guī)模的傳統(tǒng)部署，而應充分考慮存量適應性提升的潛能技術規(guī)劃，尤其是加快靈活性技術突破，讓存量煤電釋放靈活性容量并成為真正的“有效增量”。
其次，在新型電力系統(tǒng)的規(guī)劃層面，需開展重點方向的要素分級、指標分類以及前瞻性技術體系的前置研究，減少對單一傳統(tǒng)電源的技術依賴甚至“過度折騰”，同時應避免指標要求上下一般粗，或者出現(xiàn)重要因素考慮不周、要求不明確而導致執(zhí)行層面的不適應甚至市場混亂的現(xiàn)象，繼而出現(xiàn)反復“打補丁”增加整體調(diào)整成本的情況。
再次，行業(yè)和企業(yè)規(guī)劃層面，都應加強存量煤電轉(zhuǎn)型以及與新能源等多能互補、資源耦合、產(chǎn)業(yè)協(xié)同的研究，以最大化提升規(guī)劃納總的頂層設計質(zhì)效。尤其是應重視未來大批量老舊機組成規(guī)模再次升級或退出的政策保障和機制配套的前瞻規(guī)劃，確保用“有米之炊”來有序調(diào)動企業(yè)積極性。
二是傳統(tǒng)煤電機組性能突破需轉(zhuǎn)變固有性能約束，應更加重視存量煤電的技術體系創(chuàng)新。我國碳達峰至碳中和之間的過渡時間相對較短，后續(xù)對于煤電機組運行的技術性能必然要求更高。當前煤電機組純凝工況剩余15%~20%容量和供熱工況剩余30%~40%容量的靈活性空間，需進一步開展安全可控的容量釋放研究，以直接推動優(yōu)化“增存比”。伴隨煤電快速啟停以及輪班制機組技術的成熟，加之耦合新型儲能、新型新能源技術之后，全季節(jié)、全工況條件下100%容量的靈活性是重要且必要的技術要求，而且技術不滿足、市場不適應、運營不經(jīng)濟的部分存量煤電將加快退役。此外，為迎合未來需求，煤電技術需加快非典型本體、非典型系統(tǒng)和非典型工質(zhì)的創(chuàng)新設計、制造、運維等理論研究、升級攻關和試點示范，改變一成不變的傳統(tǒng)大火規(guī)以及設備設計理念，例如業(yè)內(nèi)當前熱力系統(tǒng)增配了多種類型的蓄熱儲能等外掛裝置，大幅改善了機組性能，也出現(xiàn)了低壓缸前置、雙中缸布置以及雙高缸設計等非典型本體突破或技術研究部署，并啟動了效率相對提升5%、變負荷速率達6%、燃煤超臨界二氧化碳創(chuàng)新工質(zhì)循環(huán)的商業(yè)發(fā)電機組示范。同時，存量煤電需加快探索非典型改造技術，突破本體、系統(tǒng)的已有傳統(tǒng)技術路線，例如除增加必要蓄熱儲能外掛裝置外，探索多缸機組如何模塊化靈活分級切除運行改造等，并加快大容量老機組兩班制運行等“氣電化”煤電技術試點，實現(xiàn)真正的老機組性能再造，以有效優(yōu)化煤電轉(zhuǎn)型成本。
三是傳統(tǒng)煤電節(jié)能減排需轉(zhuǎn)變固有降耗路徑，應更加重視存量耦合利用和常態(tài)化非典型工況的降碳研究。碳達峰后，新建高參數(shù)等級機組的投資回收效益更趨于謹慎，即靠高成本“純上新”來推動減碳降耗和降低“量值比”的路徑不可持續(xù)，而存量機組結合耦合利用、聯(lián)產(chǎn)利用、梯級利用的提效研究，更具實際工程和經(jīng)營價值。例如熱電聯(lián)產(chǎn)的高效和保小時數(shù)利基，煤電聯(lián)營、煤電與新能源聯(lián)營保利潤大局，走綜合能源、產(chǎn)業(yè)互補的融合降碳之路，必然是現(xiàn)階段老舊資產(chǎn)低碳轉(zhuǎn)型甚至新建項目綠色發(fā)展的優(yōu)先路線。具體而言，過去典型汽輪機組額定工況設計通流能力有8%~10%的裕量備份，其中相當一部分未充分利用且很大程度上影響了發(fā)電效率，即便節(jié)能改造后各種因素下也有可觀的“曠量”，加上典型高效點設計在較高負荷率以及精細運維不到位，導致靈活性運行場景下的深調(diào)工況能耗增加更為巨大。而且，無論主機還是輔機系統(tǒng)，非典型工況較低負荷下的節(jié)能設計、性能試驗以及性能監(jiān)督等相關技術標準缺失，導致行業(yè)內(nèi)缺乏有效監(jiān)督，實際企業(yè)執(zhí)行層面也無較好的節(jié)能優(yōu)化技術依據(jù)，整體呈現(xiàn)深調(diào)靈活條件下的粗放型節(jié)能管理現(xiàn)狀，這一現(xiàn)狀亟待扭轉(zhuǎn)。另外，輔以合理的優(yōu)化調(diào)度機制和電熱負荷優(yōu)化分配技術，以及探索與新型蓄熱儲能系統(tǒng)等耦合發(fā)電模式，以最大程度向高效點“平滑”優(yōu)化機組實際出力，實現(xiàn)靈活運行煤電能耗的降低。同時可綜合余熱利用和蓄熱儲能甚至新能源直連消納等技術，研究降低全工況機爐兩側(cè)冷源余熱排放，大幅減少冷源損失。再者，傳統(tǒng)大容量煤電必須采用多缸設計，尤其是為滿足排汽負荷需求采用低壓缸雙缸布置較為普遍，低壓缸三缸布置在部分需求項目上也進行了應用，但面臨深度靈活調(diào)峰場景下，超低負荷“偏多”進而嚴重偏離高效點的低壓缸產(chǎn)生大量排汽損失，據(jù)估算影響煤耗多者可達4克/千瓦時，如果純凝機組攻關改為低壓缸可安全靈活部分切除功能，那么業(yè)內(nèi)大量類似低負荷運行機組的深調(diào)節(jié)能潛力巨大。
四是傳統(tǒng)煤電機組需轉(zhuǎn)變固有設計制造及運維側(cè)重點，應更加重視長周期可靠性和經(jīng)濟壽命保持的深入研究。一直以來，以提高發(fā)電設備容量和效率為主線的煤電升級研究，持續(xù)推動了我國煤電數(shù)十年的高效跨越發(fā)展，但在長周期安全可靠和設備高效穩(wěn)定方面的研究投入上，業(yè)內(nèi)還存在較多欠賬，客觀來說相比先進國家也存在顯著差距。因此在新型電力市場發(fā)展趨勢下，開展適應容量流量大比例失配、非穩(wěn)態(tài)經(jīng)常交變應力等因素的設備及系統(tǒng)安全可靠適配性攻關研發(fā)，確保大規(guī)模存量轉(zhuǎn)型機組安全因素導致的成本可控，已迫在眉睫。例如汽輪機、發(fā)電機、鍋爐以及變壓器等大尺寸、大質(zhì)量設備的結構穩(wěn)定性問題、動力特性穩(wěn)定性問題以及設備部件壽命穩(wěn)定性問題等，近年來故障頻繁且批量爆發(fā)，充分反映了原始、已有設計制造等技術與當前運行場景不適應的矛盾已經(jīng)非常突出，導致發(fā)電行業(yè)、電力系統(tǒng)發(fā)生特重大事故的概率也明顯增加，設備正常運行維護也將持續(xù)承壓，因此需引起高度重視。此外，考慮后續(xù)年利用小時數(shù)的顯著降低，結合已有設計制造、設備成套以及運維經(jīng)驗，需研究投產(chǎn)新機組關鍵設備設計使用壽命的擴展例如至40年或以上，主機檢修周期指標需進一步優(yōu)化細化，例如具備20年內(nèi)無需修改或糾錯性大修、性能無異常老化或劣化的保效性能等，從設計制造、裝配維護等源頭技術進行經(jīng)濟可靠的壽命分配考慮，以便更長周期的延壽服役使用，減少不必要檢修或反復改造。同時應基于全壽命周期設備管理，優(yōu)化提升主設備的全面狀態(tài)感知設計，減少過去典型的大量“黑箱式”主機共性問題，并著重優(yōu)化設備定期或預防性檢修，重點開展設備預測性檢修技術的攻關研究，降低盲目解體維修量，同時盡量讓小概率的設備故障問題提前發(fā)現(xiàn)，防止事故擴大、減少維護成本。
五是傳統(tǒng)煤電到役處置需轉(zhuǎn)變簡單延壽或備用關停單一路線，應更加重視老舊設備和場址等如何復用的綜合規(guī)劃。根據(jù)相關機構預測，考慮國內(nèi)裝機集中投產(chǎn)年份，“十六五”前后無論新能源還是煤電，均會面臨一次較大規(guī)模退役高峰，其中煤電退役規(guī)模接近0.9億千瓦，預計在“十七五”末將面臨再一次的退役尖峰。因此，擺在眼前的不僅是存量機組的大規(guī)模容量，更多是大批量到設計服役年限的資產(chǎn)合理處置和有效再利用問題。首先，延壽的前提是滿足運行安全和規(guī)定的單耗、排放等必要條件，之于企業(yè)更要說清楚的是延壽的必要可持續(xù)經(jīng)濟價值。同樣參數(shù)機型的老機組在北方南方、有否供熱、有否低碳摻燒、有否增配新能源、本地消納小時數(shù)等邊界條件不同，延壽的經(jīng)濟可行性截然不同，因此延壽相比上大新建是否有優(yōu)勢，很重要一點就在于企業(yè)自身在資源上的統(tǒng)籌、整合和博弈能力，并不能僅僅考量某種路線單純在技術上是否可行。其次，機組如何備用，技術層面相比收益方面有更多工作待進一步深入研究。短時間的多次快速啟停備用、短周期的頻繁兩班制啟停備用等，造成長期累積的設備安全可靠性影響問題，有待業(yè)內(nèi)攻關解決，而對于長周期大容量備用機組的保養(yǎng)維護及可靠性保障等諸多問題，以及大規(guī)模退役機組如何分類備用、應急備用等，還缺少具體的技術標準或管理規(guī)定。再次，最終論證需關停的機組及電站如何價值最大化退出，也需要統(tǒng)籌重點規(guī)劃研究。比如國外大型煤電機組改造為純燒生物質(zhì)，在周邊資源統(tǒng)籌整合的案例中，是否在規(guī)?；C械化農(nóng)業(yè)后才具備一定的區(qū)域應用場景，以及傳統(tǒng)機組低碳、綠色摻燒或燃燒改建的未來可行路徑，需要加大探索。儲能電站、調(diào)相機以及大數(shù)據(jù)中心綜合用能站等批量化改建的可行性路線，也亟待研究。尤其是對于重點區(qū)域、重點位置的大型老舊電站資源，如何結合未來先進核電技術和先進綠色發(fā)電技術，進行“煤改核”和“煤改綠”的研究規(guī)劃，更具有長遠戰(zhàn)略意義。
