姚德全 張艷艷 劉峻 賴小垚
(中國(guó)電建集團(tuán)福建省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司 福建福州 350003)
清潔發(fā)展煤電是在我國(guó)自身資源稟賦和環(huán)境減排壓力下的必然選擇,也是履行氣候變化國(guó)際責(zé)任的必要選擇[1]。 我國(guó)的能源生產(chǎn)革命將主要通過傳統(tǒng)化石能源的清潔化以及可再生能源的規(guī)?;l(fā)展來實(shí)現(xiàn)。 要實(shí)現(xiàn)2030 年碳排放峰值的目標(biāo)、2050 年兩個(gè)“50%”的目標(biāo),倒逼電力規(guī)劃和電源結(jié)構(gòu)調(diào)整,需嚴(yán)守煤電裝機(jī)總量上限,保障中長(zhǎng)期電源結(jié)構(gòu)的合理經(jīng)濟(jì)、綠色環(huán)保。
當(dāng)前福建省的煤電建設(shè)充裕度預(yù)警為綠色, 可適度發(fā)展燃煤機(jī)組。 但隨著電力市場(chǎng)化改革和風(fēng)電平價(jià)上網(wǎng)進(jìn)程的推進(jìn),疊加環(huán)保、煤價(jià)等成本壓力,煤電的價(jià)格優(yōu)勢(shì)逐漸弱化。 煤電行業(yè)的發(fā)展關(guān)乎電力市場(chǎng)化改革、“十四五”電力規(guī)劃目標(biāo)、能源革命目標(biāo)、NDC 減排目標(biāo)、區(qū)域環(huán)保目標(biāo)等的實(shí)現(xiàn)。因此,捋清各方約束條件,進(jìn)而調(diào)整煤電中長(zhǎng)期發(fā)展定位、促進(jìn)能源高質(zhì)量發(fā)展,是關(guān)系中長(zhǎng)期電源結(jié)構(gòu)調(diào)整的重要課題。
文獻(xiàn)[2]著眼于當(dāng)前到2050 年全球能源轉(zhuǎn)型和中國(guó)能源變革趨勢(shì),測(cè)算得出2035—2040 年我國(guó)一次能源需求將達(dá)57億t 標(biāo)煤的峰值,之后保持平穩(wěn)態(tài)勢(shì)。 一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)將以煤炭、油氣和新能源三足鼎立之勢(shì)。 用能中心也將逐步轉(zhuǎn)入生活側(cè)。
2035 年和2050 年,我國(guó)非化石能源占比分別升至28.0%和37.8%, 煤炭占一次能源需求的比重分別降至40.5%和30.7%。 油氣占比在2035 年后基本保持在31.5%左右。
我國(guó)電力發(fā)展隨著5G 時(shí)代的到來會(huì)出現(xiàn)大幅增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)。終端部門電氣化水平將從2018 年的23.2%提升到2035 年的32.0%與2050 年的38.4%。 相應(yīng)的我國(guó)電力需求將從2018年6.4 萬億kWh 增加到2035 年的10.6 萬億kWh 和2050 年的12.2 萬億kWh。
在發(fā)達(dá)國(guó)家,90%以上的碳排放量和75%的溫室氣體總排放量來自于能源生產(chǎn)和消費(fèi)活動(dòng), 其中二氧化碳主要來源于化石燃料燃燒[3]。
公開數(shù)據(jù)顯示,伴隨經(jīng)濟(jì)發(fā)展和能源消費(fèi)能力提升,我國(guó)碳排放總量由2000 年的31.3 億t 逐步增加至2018 年的93.1億t。 從碳排放量增速來看,2000—2010 年是我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展期,全國(guó)碳排放量水平增長(zhǎng)了42.3 億t;而進(jìn)入“十二五”以來,隨著我國(guó)加強(qiáng)對(duì)節(jié)能減排、環(huán)境保護(hù)的控制措施,碳排放增長(zhǎng)水平逐步趨緩, 特別是2015 年習(xí)總書記出席巴黎大會(huì)后,碳排放量增長(zhǎng)速度進(jìn)一步下降。 我國(guó)近年來碳排放量及增速情況見圖1 所示。
圖1 我國(guó)近年來碳排放總量及增速情況趨勢(shì)圖
文獻(xiàn)[4]通過搭建CGE 模型對(duì)我國(guó)碳排放的需求進(jìn)行了詳細(xì)的測(cè)算,預(yù)測(cè)2020 年、2025 年分別達(dá)到103 億t、105 億t,表明碳排放總量在2020 年之后增幅已經(jīng)大幅減小,2025 年左右進(jìn)入峰值平臺(tái)期, 有望在2025—2027 年達(dá)到碳排放頂峰,2028—2030 年預(yù)期將保持這一峰值或呈現(xiàn)下滑。
21 世紀(jì)以來,我國(guó)單位GDP 碳排放強(qiáng)度呈現(xiàn)先升后降的趨勢(shì),2005 年達(dá)到了頂峰。此后隨著工業(yè)化節(jié)能降耗水平的提升, 單位GDP 碳排放量逐步下滑 (變化曲線詳見圖2, 折合2015 年GDP 可比價(jià),下同)。
由圖2 可知,2018 年單位GDP 碳排放強(qiáng)度較2005 年下降了42.9%,已提前實(shí)現(xiàn)了我國(guó)2020 年目標(biāo)(碳排放強(qiáng)度下降40%~45%)。按照我國(guó)2030 年單位GDP 二氧化碳排放比2005年下降60%~65%的目標(biāo), 初步測(cè)算2030 年單位GDP 碳排放強(qiáng)度為0.685 t/萬元~0.783 t/萬元。
圖2 我國(guó)近年來碳排放強(qiáng)度及降幅情況趨勢(shì)圖
福建省2016—2019 年能源消費(fèi)總量年均增長(zhǎng)率約3.7%,能源消費(fèi)強(qiáng)度年均降幅為4.5%。 初步核算,2019 年能源消費(fèi)總量為13 718 萬t 標(biāo)煤, 能源消費(fèi)強(qiáng)度指標(biāo)約為0.324 t/萬元。
從能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)分析,福建省近年來煤炭、石油占能源消費(fèi)比重約70%, 總體呈下降趨勢(shì); 其中煤炭消費(fèi)比重降低至50%以下,低于全國(guó)目標(biāo)10 個(gè)百分點(diǎn)左右;天然氣消費(fèi)起步較晚、氣價(jià)較高,比重呈逐步上升態(tài)勢(shì),天然氣現(xiàn)狀消費(fèi)比重僅占約5%;其余為水電、核電、風(fēng)電等一次電力及其他能源,占比約25%。 按照能源規(guī)劃情況,“十四五”期間福建省仍將投產(chǎn)部分規(guī)劃的煤電機(jī)組,而清潔能源消費(fèi)比重有較大幅度提高,主要得益于核電、風(fēng)電等清潔裝機(jī)的投產(chǎn)及發(fā)電。
福建省2019 年人均能源消費(fèi)量3.41 t/人, 與我國(guó)人均能源消費(fèi)量3.47 t/人基本相當(dāng); 福建省是東部沿海相對(duì)發(fā)達(dá)省份,2019 年人均GDP 為8.93 萬元(2015 年可比價(jià)),約為全國(guó)的1.4 倍,單位GDP 能耗強(qiáng)度僅為全國(guó)的0.7 倍。
按照中長(zhǎng)期能源消費(fèi)量預(yù)測(cè), 全國(guó)能源消費(fèi)總量峰值約57 億t 標(biāo)煤,人均能源消費(fèi)量約4.75 t 標(biāo)煤。 福建省為東南沿海重要能源基地,在全國(guó)基礎(chǔ)上適度考慮10%~15%的能源儲(chǔ)備需求, 預(yù)期福建省人均能源消費(fèi)量峰值為5.22 t~5.46 t 標(biāo)煤,遠(yuǎn)景能源消費(fèi)總量基本保持在2.2 億t 標(biāo)煤范圍內(nèi)。 從各品類能源結(jié)構(gòu)角度分析, 煤炭、 石油消費(fèi)總量控制在2025—2030 年期間達(dá)到消費(fèi)峰值,此后保持下降趨勢(shì),遠(yuǎn)期煤炭消費(fèi)總量應(yīng)控制在35%的目標(biāo)及以下; 天然氣消費(fèi)水平按照福建省的氣源、管網(wǎng)建設(shè)情況平穩(wěn)上升。 結(jié)合碳排放峰值的約束條件要求,測(cè)算的福建省能源消費(fèi)總量及結(jié)構(gòu)情況見圖3 所示。
目前,福建省尚未有碳排放的專門統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。 對(duì)比分析顯示不同的數(shù)據(jù)來源從統(tǒng)計(jì)角度看差異性不明顯, 故采用如下公式對(duì)福建省碳排放總量進(jìn)行估算[5]:
c=∑mi×δi
式中:c 為碳排放量;mi 為一次能源的消費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)量;δi 為i 類能源的碳排放系數(shù)。
由此可計(jì)算福建省2000—2019 年碳排放總量和碳排放強(qiáng)度指標(biāo)(煤、油、氣的噸消費(fèi)碳排放量取按國(guó)家發(fā)改委能源研究所計(jì)算數(shù)據(jù)),結(jié)果見圖4 所示。
圖3 福建省能源消費(fèi)總量及結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)結(jié)果圖
圖4 福建省近年來碳排放總量及強(qiáng)度變化曲線圖
分析表明,福建省碳排放總量呈上升趨勢(shì)(2016 年略有下降),碳排放量的增幅逐步減小。 碳排放強(qiáng)度呈現(xiàn)倒V 型變化趨勢(shì),2005 年達(dá)到頂峰,此后逐步呈下降趨勢(shì),與全國(guó)的碳排放強(qiáng)度走勢(shì)基本一致。 按照我國(guó)碳排放量峰值的控制要求,結(jié)合碳排放強(qiáng)度指標(biāo)的分析可知, 福建省碳排放強(qiáng)度在全國(guó)的0.65 倍~0.8 倍范圍內(nèi),并逐步穩(wěn)定在0.68 倍~0.74 倍的區(qū)間范圍內(nèi)。 全國(guó)2030 年碳排放強(qiáng)度為0.685 t/萬元,按照區(qū)間均值0.71 倍折算,福建省2030 年碳排放強(qiáng)度為0.486 t/萬元。 全省GDP“十四五”“十五五”的不變價(jià)增速分別按照6.2%、5.5%考慮,預(yù)測(cè)2030 年全省GDP 約6.7 萬億元(2015 年可比價(jià))。 由此可得出福建省應(yīng)控制的碳排放總量峰值約為3.26 億t。
結(jié)合碳排放量及能源消費(fèi)總量的控制目標(biāo), 得到福建省中長(zhǎng)期的碳排放總量及碳排放強(qiáng)度預(yù)測(cè)曲線,見圖5。
圖5 福建省中長(zhǎng)期碳排放總量及強(qiáng)度預(yù)測(cè)曲線圖
“十三五”期間,國(guó)家組織全面開展了煤電機(jī)組超低排放和節(jié)能改造、落后機(jī)組淘汰工作,在煤電清潔化方面走在世界前列。 結(jié)合電源結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀,未來煤電裝機(jī)規(guī)模在福建省電力體系中依然占據(jù)重要地位, 但中長(zhǎng)期內(nèi)要根據(jù)電力供需基本面和主要矛盾、 煤電裝機(jī)規(guī)模預(yù)期、 可再生能源發(fā)展與替代潛力、靈活性改造潛力等,通過市場(chǎng)機(jī)制、金融政策,引導(dǎo)優(yōu)化煤電找準(zhǔn)細(xì)分功能定位, 以適應(yīng)未來高比例可再生能源電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行需要。 不同類型、狀態(tài)、標(biāo)準(zhǔn)的煤電機(jī)組要按需承擔(dān)基荷、調(diào)峰及輔助備用的角色[6]。
具體而言,福建省中長(zhǎng)期煤電發(fā)展定位可分為以下幾類:大容量高參數(shù)的先進(jìn)煤電機(jī)組要充分發(fā)揮高能效優(yōu)勢(shì)作為基荷電源運(yùn)行,可以進(jìn)一步通過提供熱、汽、水等綜合能源服務(wù)來提高能源利用效率;通過完善的輔助服務(wù)產(chǎn)品設(shè)計(jì),保障30萬kW~60 萬kW 亞臨界機(jī)組科學(xué)合理地發(fā)揮靈活性輔助服務(wù)作用,實(shí)現(xiàn)存量機(jī)組由電量型機(jī)組向電力型機(jī)組轉(zhuǎn)變;用熱需求旺盛的區(qū)域通過集中供熱形式,提升燃煤發(fā)電效率,實(shí)現(xiàn)煤電清潔高效利用。
按照清潔低碳的能源發(fā)展思路, 結(jié)合福建省煤炭消費(fèi)總量占比逐年下降的趨勢(shì), 由碳排放峰值約束和能源總量約束進(jìn)行測(cè)算煤炭消費(fèi)水平,遠(yuǎn)期2050 年煤炭占能源消費(fèi)比重應(yīng)控制在35%以下。 考慮節(jié)能減排和天然氣替代的因素,遠(yuǎn)期煤炭消費(fèi)總量預(yù)計(jì)穩(wěn)定在7 200 萬t~7 500 萬t 標(biāo)煤左右。
福建省中長(zhǎng)期煤炭消耗主要為電煤(含熱電聯(lián)產(chǎn)),比重呈逐年上升趨勢(shì)。 從國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家電煤占比來看, 美國(guó)是93%、加拿大85%、德國(guó)84%、英國(guó)75%、俄羅斯64%,世界平均也在78%左右。 因此,在控制碳排放、減少煤炭消耗總量的同時(shí),應(yīng)著力于提高電煤消費(fèi)比重。 從上述碳排放峰值和能源消費(fèi)總量約束情況, 并考慮到鋼鐵、 化工企業(yè)仍將有用煤需求,結(jié)合福建省實(shí)際情況進(jìn)行測(cè)算,遠(yuǎn)期電煤消費(fèi)占比峰值預(yù)計(jì)可爭(zhēng)取達(dá)80%,電煤消費(fèi)總量約為5 760 萬t 標(biāo)準(zhǔn)煤。
結(jié)合當(dāng)前發(fā)電煤耗情況, 可測(cè)算出未來福建省煤電發(fā)電電量控制的約束上限。 2020 年福建省燃煤發(fā)電機(jī)組平均供電煤耗目標(biāo)是低于310 g/kWh[7]。 隨著中長(zhǎng)期的燃煤超低排放改造的技術(shù)進(jìn)步,預(yù)期煤電平均供電煤耗仍可在2020 年的基礎(chǔ)上下降20%,即達(dá)到約250 g/kWh[8],以此測(cè)算福建省的燃煤發(fā)電裝機(jī)規(guī)??刂频募s束如表1 所示。
為滿足碳排放約束要求,福建省“十四五”末的煤電裝機(jī)規(guī)模應(yīng)控制在3 820 萬kW 以內(nèi)。 隨著發(fā)電煤耗水平的下降,可適度發(fā)展煤電規(guī)模,2050 年煤電規(guī)模應(yīng)控制在4 800 萬kW以內(nèi)。 遠(yuǎn)期煤電可作為全省可再生電源發(fā)展的重要支撐,保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。
隨著福建省管網(wǎng)的逐步形成, 天然氣發(fā)電廠或?qū)⒂幸欢ǖ氖袌?chǎng)空間。 在環(huán)境約束方面,燃煤電廠每千瓦時(shí)的碳排放約850 g,而燃?xì)怆姀S每kWh 碳排放430 g,每增加100 萬kW 的燃?xì)怆姀S,碳排放總量減少約126 萬t。 在未來能源體制改革以及電力市場(chǎng)改革逐步成熟后, 天然氣發(fā)電的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)將進(jìn)一步體現(xiàn)。 由于燃?xì)怆姀S發(fā)電二氧化碳排放量顯著低于燃煤電廠,調(diào)峰能力較好,因此,結(jié)合碳排放總量的控制要求,在2030 年后可結(jié)合煤電退役,在城市中心區(qū)、控煤區(qū)域適度發(fā)展燃?xì)庋b機(jī),以優(yōu)化電源結(jié)構(gòu),提升系統(tǒng)調(diào)峰能力。
表1 燃煤電廠裝機(jī)規(guī)??刂萍s束表
清潔低碳是能源高質(zhì)量發(fā)展的重要方向, 是踐行氣候變化國(guó)際責(zé)任的要求。 福建省是典型的缺能省份, 構(gòu)建清潔低碳、安全高效的能源體系是今后能源發(fā)展的重點(diǎn)。 本文基于福建省能源消費(fèi)總量和碳排放的控制目標(biāo)進(jìn)行測(cè)算, 進(jìn)而得出全省煤電發(fā)展規(guī)模的約束指標(biāo),對(duì)優(yōu)化全省電源結(jié)構(gòu)、促進(jìn)煤電高質(zhì)量發(fā)展、保障能源轉(zhuǎn)型,具有重要指導(dǎo)作用。