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| 新形勢下我國發(fā)展先進(jìn)煤電的戰(zhàn)略和技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析 | |||
| 煤炭資訊網(wǎng) | 2022/11/18 20:51:34 煤市分析 | ||
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國際能源形勢大變局中 我國煤電的戰(zhàn)略價值和發(fā)展困境 俄烏沖突這只巨型“蝴蝶”，持續(xù)煽動著翅膀，在能源領(lǐng)域形成的颶風(fēng)，席卷了歐洲，橫掃了全世界。歐洲天然氣價格的瘋漲，帶動了電價的飆升，不但使民眾提前感受到了冬天的寒潮，也使制造業(yè)受到了重?fù)?。原先高?#8220;棄煤”律調(diào)的歐洲多國，不得不重啟煤電，從而又拉動了煤價的暴漲（目前已超過300美元/噸）。截至目前，俄烏沖突未出現(xiàn)緩解的跡象，甚至有長期化的趨勢。最近又發(fā)生了北溪1號和2號海底天然氣輸氣管道同時被炸，這就意味著國際能源危機(jī)還會持續(xù)。 （來源：微信公眾號“ 電聯(lián)新媒” 作者： 馮偉忠 毛健雄） 去年年初，我國多省市出現(xiàn)了局地用電緊張，到去年三季度，“煤荒”導(dǎo)致的“電荒”加劇，嚴(yán)重影響了民生和經(jīng)濟(jì)，各地又嚴(yán)令作為電力壓艙石的煤電企業(yè)不惜代價保電，煤價進(jìn)而持續(xù)暴漲，最極端時煤價超過了3000元/噸，所幸中央政府強勢干預(yù)，煤價應(yīng)聲而落，但已回不到從前。今年俄烏沖突導(dǎo)致的國際煤價飛升，又影響到了國內(nèi)市場。今年9月，上海5000大卡動力煤的現(xiàn)貨標(biāo)煤價已超過了1700元/噸（不含稅）。雖然長協(xié)煤的價格相對較低，但因數(shù)量有限，即使是能效指標(biāo)先進(jìn)的電廠，其中燃煤均價也已超過盈虧平衡點，毫無疑問，煤電的行業(yè)性虧損已不可避免。而因多發(fā)電需多采購市場煤，必然導(dǎo)致“多發(fā)多虧”的現(xiàn)象出現(xiàn)。長此以往，行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展前景堪憂。中國作為大量輸出工業(yè)產(chǎn)品的制造業(yè)大國，煤炭作為基礎(chǔ)能源，若壓制其價格，則相當(dāng)于補貼全世界。但放開煤價而壓制電價，不但也是補貼全球，且已危及了煤電行業(yè)的生存?？扇粼试S電價相應(yīng)調(diào)升，則會影響民生和工業(yè)產(chǎn)品的國際競爭力，甚至危及一大批高耗電產(chǎn)業(yè)的生存。最近一個階段，歐洲的多個大型制造業(yè)企業(yè)因高企的能源價格停產(chǎn)并考慮遷離，而這中間不少項目落戶中國，之所以如此，中國低廉且穩(wěn)定的基礎(chǔ)能源價格也是關(guān)鍵因素之一。 要緩解煤電的生存壓力，還須適當(dāng)增加煤炭的供應(yīng)而緩解煤價，或再輔以電價略有調(diào)升，讓煤電得以喘息。但由于調(diào)低煤價和調(diào)高電價的空間有限，煤電行業(yè)要想在現(xiàn)有的技術(shù)狀態(tài)下重返高回報的黃金歲月，可能性并不大。這里還有一個關(guān)鍵要素是二氧化碳的減排問題，在“雙碳”目標(biāo)下，較高的煤價很可能會被用作推動碳減排的手段。針對二氧化碳排放占比最大的煤電行業(yè)，其煤炭成本的壓力不太可能得到徹底的緩解。但無論如何，導(dǎo)致煤電全行業(yè)虧損的經(jīng)營環(huán)境是不可持續(xù)的，相信這樣的環(huán)境一定會得到改善，至少達(dá)到全行業(yè)平均煤耗的機(jī)組不應(yīng)虧損，這是政策調(diào)控的底層邏輯，以下的討論也是以此為前提。 自簽署京都協(xié)議后，為降低二氧化碳的排放，我國大力發(fā)展可再生能源。目前包括水電和風(fēng)電、光伏在內(nèi)的可再生能源發(fā)電裝機(jī)容量已超11億千瓦。但是，由于這類能源具有“靠天吃飯”的特點，當(dāng)遇到諸如冬季枯水加上持續(xù)超低溫等極端氣候，如我國2008年雪災(zāi)及2021年美國得州持續(xù)暴雪驟冷天氣，以及今年高溫干旱導(dǎo)致的西南地區(qū)水電出力大幅下降等，基于儲能的不可持續(xù)性，靠得住的還是燃煤火電機(jī)組。因此，通常煤場儲煤為2~3星期發(fā)電量的煤電，必然是極端氣候下電網(wǎng)保電的“兜底”角色。 基于我國剩余可供開發(fā)的水電資源已不多的現(xiàn)實，當(dāng)前正在高速發(fā)展的可再生能源主要是風(fēng)電和光伏，目前的裝機(jī)容量已達(dá)6億千瓦。但是，由于風(fēng)光類可再生能源具有隨機(jī)性、間隙性、波動性且不可調(diào)的特點，若不能解決好其他電源的配合調(diào)峰，高比例的風(fēng)光類電力會嚴(yán)重威脅電網(wǎng)的安全性。在發(fā)達(dá)國家，風(fēng)光類新能源的消納主要依靠燃?xì)饣痣娬{(diào)節(jié)。但我國由于多煤、少油、缺氣的資源稟賦，風(fēng)光類新能源的消納，主要依靠總裝機(jī)容量已超11億千瓦的煤電配合調(diào)峰。因此，我國電網(wǎng)在消納風(fēng)光類新能源時，煤電擔(dān)負(fù)著關(guān)鍵的“保障”作用。但這樣一來，煤電的平均年利用小時就會顯著下降，這對煤電而言又多了一種打擊。 煤電如何走出困境，扭虧為盈，是當(dāng)下煤電行業(yè)突出的問題。在目前的高煤價下，高煤耗是電廠經(jīng)濟(jì)性的第一“殺手”。反之，低煤耗則成為電廠“保命”的“撒手锏”。我國單機(jī)30萬千瓦及以上公用電廠，以平均負(fù)荷率75%為基準(zhǔn)，實際年平均運行供電煤耗（以下簡稱“煤耗”）約在280~350克/千瓦時（含脫硫、純凝、濕冷機(jī)組）。對于東部地區(qū)電廠，倘若標(biāo)煤價能大幅降至1200元/噸（不含稅），預(yù)計煤耗在300克/千瓦時水平的電廠約可實現(xiàn)盈虧平衡。屆時，煤耗在350克/千瓦時的電廠仍處于巨虧狀態(tài)，但煤耗為280克/千瓦時的電廠仍有一定的盈利。以2臺100萬千瓦超超臨界機(jī)組的電廠為例，年上網(wǎng)電量100億千瓦時，優(yōu)秀電廠的煤耗可達(dá)280克/千瓦時，相當(dāng)于比300克/千瓦時煤耗的電廠年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤20萬噸，節(jié)約成本（相對盈利）2.4億元。由此可見，大幅降低煤耗，是電廠走出困境的重要途徑。當(dāng)然，紙面“低煤耗”的電廠不在此列。 從目前國際能源危機(jī)的發(fā)展趨勢來看，煤價要回歸至俄烏沖突之前價格的概率很低，這就意味著煤價不太可能再回歸至原先的700元/噸（東部到廠標(biāo)煤價，不含稅）以下，就是降至1000元/噸的可能性也希望渺茫。這樣的趨勢，對于新建煤電項目就非常尷尬，因為按目前影響投資決策的五要素：造價、人力成本、煤耗、煤價和電價進(jìn)行測算，已無合理的回報可言。第一個要素造價，經(jīng)過這些年激烈的競爭和行業(yè)的努力，現(xiàn)在電廠的單位造價甚至低于30年前，因此，今后的造價能維持現(xiàn)有水平已屬不易。第二個要素人力成本，電廠的勞動生產(chǎn)率已是30年前的二十多倍，為世界先進(jìn)水平，進(jìn)一步提升的空間有限。最后考慮煤耗、煤價和電價要素，雖然目前新建煤電的效率準(zhǔn)入門檻已大幅提高，達(dá)270克/千瓦時（THA，即額定工況），為常規(guī)二次再熱機(jī)組的較先進(jìn)水平。按此推算，相當(dāng)于實際年平均運行供電煤耗約285克/千瓦時（平均負(fù)荷率75%，THA煤耗+15克/千瓦時）?？紤]到新建電廠與老電廠相比，要多負(fù)擔(dān)還貸這一塊成本，按現(xiàn)有的電價，除非人為設(shè)置一個并不現(xiàn)實的低煤價，否則投資回報堪憂。如果面對現(xiàn)實，可研報告就幾乎不可能通過。 不過，這是否意味著煤電的困局已沒有出路了？答案是否定的。因為我國完全可以通過應(yīng)用最先進(jìn)的創(chuàng)新技術(shù)，進(jìn)一步大幅降低煤耗，從而顯著增加盈利能力，如果加上相應(yīng)的二氧化碳減排額度的出售，盈利還會增加。與此同時，應(yīng)用最先進(jìn)的創(chuàng)新技術(shù)，在確保安全、環(huán)保以及能耗升幅不高的前提下，大幅拓展煤電機(jī)組的深度調(diào)峰能力，從而開辟新的盈利通道。 目前，燃煤火電的調(diào)峰范圍一般為50%~100%，部分省市達(dá)40%~100%。但隨著風(fēng)光類新能源的快速增長，其在電網(wǎng)中的比例還在迅速增加，若不能進(jìn)一步拓寬煤電機(jī)組的調(diào)峰范圍，這類新能源就會面臨消納的瓶頸。還有一點，煤電的汽輪發(fā)電機(jī)所具有的轉(zhuǎn)動慣量以及無功功率的提供，對電網(wǎng)的安全和穩(wěn)定運行具有極其重要的作用。而風(fēng)電和光伏，則缺乏轉(zhuǎn)動慣量和無功功率的輸出。因此，煤電的深度調(diào)峰就更具有重要意義，因為即使煤電的負(fù)荷下調(diào)至20%甚至更低，其轉(zhuǎn)動慣量仍是100%，并且仍具有額定的無功輸出能力。因此，推動煤電的深度調(diào)峰，大大提升電網(wǎng)對新能源的消納能力，實現(xiàn)電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)性減碳，將是今后我國電力低碳發(fā)展的一個重要方向。事實上，我國的部分省市已出臺了煤電深度調(diào)峰的補貼政策。若不出意外，我國全面實施這類政策是大概率事件。例如，近期東部某省能監(jiān)局也出臺了煤電深調(diào)的補貼政策（標(biāo)準(zhǔn)見下表）：
下表反映了兩點，第一點是總體補貼力度不?。坏诙c是調(diào)峰幅度越大，補貼費用越高。這實際上給電廠開辟了一條新的盈利途徑。 因此，通過技術(shù)進(jìn)步，大幅降低煤耗，大幅提升調(diào)峰能力，煤電的解困指日可期。 實際上，目前最先進(jìn)煤電的供電煤耗已低至251克/千瓦時（THA），系135萬千瓦二次再熱超超臨界機(jī)組。在同等邊界條件下，該機(jī)組的運行煤耗要比常規(guī)二次再熱機(jī)組低20克/千瓦時以上，單位造價僅略高于后者。此外，該機(jī)組還同步加載了經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、安全型20%~100%深度調(diào)峰系列技術(shù)。仍以2臺100萬千瓦機(jī)組項目為例，100億千瓦時/年上網(wǎng)電量，1200元/噸標(biāo)煤價，進(jìn)一步降低20克/千瓦時煤耗相當(dāng)于每年可多節(jié)約標(biāo)煤20萬噸，降低燃煤成本2.4億元。若加上節(jié)煤量對應(yīng)的減排二氧化碳54萬噸，可交易收入0.27億元，企業(yè)和社會環(huán)境效益均可觀。與此同時，若該廠參與深度調(diào)峰500小時/年，（相對50%）平均下調(diào)了20%，相當(dāng)于深調(diào)（少發(fā)）電量2億千瓦時（約為年發(fā)電量的2%），折算平均補貼電價約0.5元/千瓦時，約可獲補貼1億元。此外，作為先進(jìn)煤電的代表，該135萬千瓦機(jī)組還具有FCB功能，可為電網(wǎng)防止大停電事故提供支撐。 煤電機(jī)組深度調(diào)峰 的技術(shù)風(fēng)險和成本分析 不過，同節(jié)煤收益不同，深度調(diào)峰是有技術(shù)風(fēng)險和成本的，深調(diào)幅度越大，風(fēng)險和成本越高。而深調(diào)補貼，也是與此強相關(guān)的。煤電機(jī)組在深度調(diào)峰運行狀態(tài)下的成本主要有：安全風(fēng)險成本、壽命損耗成本以及煤耗上升成本等。 第一類是安全風(fēng)險問題，因為對于常規(guī)設(shè)計的鍋爐，其最低安全穩(wěn)燃負(fù)荷都有規(guī)定，一般為35%~30%額定負(fù)荷，當(dāng)?shù)陀谶@一負(fù)荷時需采取燃油等穩(wěn)燃措施，但燃燒效率、除塵效率則會下降。而此時，空預(yù)器結(jié)露、堵塞和腐蝕的風(fēng)險也會顯著上升，會導(dǎo)致廠用電率和排煙損失上升等。 第二類是壽命損耗成本。機(jī)組設(shè)備在超低負(fù)荷下，通常機(jī)組的主蒸汽溫度會大幅下降，相當(dāng)于經(jīng)歷了一次溫態(tài)啟動。而制造廠商對于機(jī)組全壽命期的啟動次數(shù)是有限制的，溫態(tài)啟動不過是數(shù)百次。如果機(jī)組頻繁地進(jìn)行深調(diào)運行，若無良好的應(yīng)對措施，會出現(xiàn)壽命的快速損耗。 第三類是能耗成本。機(jī)組進(jìn)入超低負(fù)荷后，汽輪機(jī)熱耗會急劇上升，并且伴隨著氣溫的大幅下降，汽輪機(jī)的熱耗上升幅度還會進(jìn)一步加劇。加上鍋爐燃燒效率的大幅下降、廠用電率和排煙損失的快速上升等，一般情況下，當(dāng)負(fù)荷降至20%時，其煤耗比額定工況要升高150克/千瓦時以上。 先進(jìn)煤電技術(shù)應(yīng)用 的典型案例和推廣展望 綜上所述，要使深調(diào)補貼真正成為電廠贏利的新途徑，并確保機(jī)組的安全，就得控制上述三類成本。慶幸的是前述某135萬千瓦機(jī)組所采用的經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、安全型20%~100%深度調(diào)峰系列技術(shù)，已妥善解決上述三類問題。但是，低負(fù)荷運行時的煤耗上升是不可避免的，20%的超低負(fù)荷下，該機(jī)組的供電煤耗的上升幅度僅70克/千瓦時水平（相對THA工況），與深調(diào)補貼相比完全可以接受。 由于大部分新建機(jī)組的容量為66萬千瓦和100萬千瓦等級，針對這類機(jī)組為單軸布置的特點，相應(yīng)開發(fā)的升級版“汽輪發(fā)電機(jī)全高位布置技術(shù)”已就緒，其綜合性能及性價比優(yōu)于“高低位布置技術(shù)”，且66萬千瓦等級機(jī)組還有望沖擊50%的機(jī)組凈效率（對應(yīng)機(jī)組供電煤耗245.67克/千瓦時）。同時，這類機(jī)組將同樣加載經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、安全型20%~100%深度調(diào)峰系列技術(shù)。 而在我國存量機(jī)組中，經(jīng)濟(jì)上最為困難的是煤耗相對最高的亞臨界機(jī)組，其實際的年平均運行供電煤耗約在335~350克/千瓦時（含脫硫、純凝、濕冷機(jī)組），其次是超臨界機(jī)組，煤耗約在315~325克/千瓦時。這類機(jī)組如何沖出困境，出路無非就兩條，即通過采用創(chuàng)新技術(shù)進(jìn)行大幅提效改造，煤耗降幅一般不小于30克/千瓦時。另一條路是應(yīng)用深度調(diào)峰系列技術(shù)，去爭取深調(diào)補貼收益。 目前成功的案例是華潤某電廠3號32萬千瓦亞臨界機(jī)組所實施的高溫亞臨界綜合升級改造項目。該項目花費3.5億元投資，使機(jī)組THA的平均性能試驗供電煤耗達(dá)285克/千瓦時，比改造前下降了35克/千瓦時。同時機(jī)組最低負(fù)荷可達(dá)19%。另外該電廠實施改造后，按最新政策，機(jī)組還可獲得至少15年的延壽。因此，這類改造的性價比很好。 總而言之，對于存量機(jī)組，不管是亞臨界或是超臨界，甚至是熱電聯(lián)供的小機(jī)組，通過應(yīng)用相關(guān)先進(jìn)改造技術(shù)，都能夠躋身先進(jìn)煤電行列。不過，由于近兩年煤電企業(yè)普遍經(jīng)營困難，對于大規(guī)模技術(shù)改造往往是有心無力。但從純資金投入的角度來看，該類改造的投資收益率遠(yuǎn)高于銀行貸款利率。因此，如果能將社會資金引入該領(lǐng)域，必將形成多贏的局面。 需要說明的是，上述的討論均未涉及熱電聯(lián)供問題。事實上，如果能有供熱用戶，則電廠的效益會更好。 不過，從最終的碳中和目標(biāo)來看，煤電不可能通過提高效率來滿足二氧化碳排放<100克/千瓦時，但從歐洲的成功經(jīng)驗來看，大型煤電完全可以通過將生物質(zhì)燃料替代煤炭來達(dá)到二氧化碳的零排放，甚至可配套CCUS技術(shù)達(dá)到負(fù)排放。 綜上所述，在國際能源危機(jī)的背景下，我國煤電盡可能通過自身的努力，用最先進(jìn)的低碳煤電技術(shù)武裝自己，大幅節(jié)能和深度調(diào)峰雙管齊下，不但順應(yīng)低碳化的歷史潮流，并且能把技術(shù)創(chuàng)新轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)效益，為自身闖出一條解困之路，從而為國家穩(wěn)定電價，提升我國制造業(yè)的國際競爭力，并且護(hù)航新能源的快速發(fā)展，為實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)而作出多方位、歷史性的巨大貢獻(xiàn)。 本文系《中國電力企業(yè)管理》第10期獨家稿件，作者馮偉忠供職于上海申能電力科技有限公司、毛健雄供職于清華大學(xué)能源與動力工程系。
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