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煤电利用小时下降是必然趋势 要同步推进电力市场化改革和碳市场建设(2)

北极星售电网  来源:中国能源报  作者:王志轩  2020/1/16 9:09:06  我要投稿  

4.提高局部地区煤电设备平均利用小时难度很大。

不论从理论分析还是从实践情况看,可再生能源占比高与煤电设备平均利用小时降低具有一致性。图3为全国各省(自治区、直辖市,以下以简称“各省”)煤电利用小时数和可再生能源占比排序。

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▲图3:各省(自治区、直辖市)煤电利用小时数和可再生能源占比排序

由于省间电力电量有交换的情况,各省的电力供需平衡的情况也有差别,所以除个别特例(如西藏没有煤电、北京主要是外来电)情况外,从总体趋势看,煤电设备平均利用小时降低趋势与可再生能源占比提高趋势是一致的。

图中可以看出,除西藏自治区外,可再生能源发电占比最高的三个省分别是云南省、四川省、青海省,同时也是煤电利用小时最低的三个省,其中云南1599小时,四川2488小时,青海3156小时。煤电利用小时高于5000小时的3个省依次为河北省5224小时、江西省5178小时、内蒙古自治区5155小时,这几个省对应的可再生能源发电比重均低于20%。湖北可再生能源发电比重与煤电利用率都较高的主要原因是,三峡水电站作为重要的“西电东送”工程绝大部分电能送往湖北以外的七省二市,仅有小量电量在本省消纳。而本省电力供需属紧平衡状态,近来电力资源处于净调入状态(不包括三峡),在高峰用电时段还需要执行有序用电措施,煤电往往成为增发保供电源。

图3只是将各省煤电平均利用小时数多少进行了排序,但没有考虑煤电装机容量大小因素,一些省的煤电利用小时很低但煤电装机容量也不大,即便提高到5500小时对提高全国煤电平均利用小时数分担作用也不大。为此将煤电装机容量因素与利用小时数加权平均后做成各省对全国煤电平均利用小时提高到5500的分担率排序饼状图(见图4)

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▲图4:2018年加权平均后的各省分担率排序图

从图中看出,有8个省的分担率之和超过50%,其中河南、山西、山东、江苏、广东为煤电大省,贵州、云南、辽宁是可再生能源大省和电力相对过剩的东北地区。图5列出了几个典型省的3年煤电利用小时数的变化情况,说明了不同省的煤电利用率具有相对稳定性。

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▲图5:全国及五个典型省近三年煤电利用小时变化情况

图3、图4、图5表明,煤电设备平均利用率相对最低的地区受资源禀赋、低碳发展要求限制难以提高,提高全国煤电的利用率存在极大挑战。

同时,根据中电联统计,2018年全国6000千瓦及以上电厂热电联产机组装机容量为47601万千瓦,占全国火电装机(114408万千瓦)比重为41.61%,其中大部分为煤电热电联产机组,这些机组利用小时受供电、供热及调峰多重影响设备利用率难以调整(有些机组进行了热电解耦,成为灵活性调节电源)。还有约1.5亿千瓦的自备燃煤电厂是主体产业中的一部分,往往电厂燃料是煤与其他废燃料的混合体,具有综合利用特点,这些机组的设备利用率调整也有很大难度。

从机组结构看,有一部分煤电机组利用率提高是合理可行的。

一是中国拥有世界上数量最多的百万千瓦级超超临界燃煤发电机组(110多台),应当保障这些机组和部分具有相当效率的60万千瓦等级超超临界机组处于高效和高利用率状态。

二是考虑到中国煤炭中还有数亿吨原煤直接散烧,能源效率低、严重污染环境,应当在首选天然气替代、电能替代、生物质能替代、余热利用等各种方式后,将剩余的散煤通过热电联产的方式加以利用,既提高了煤炭利用效率,又降低了碳排放强度、减轻空气污染。不过,一部分煤电机组利用率的提高,会使其余煤电利用率相应下降。

5.提高煤电利用率、保障供电、提高可再生能源发电比重难以同时实现。

假定其他灵活性电源大量接入电力系统,煤电不再承担灵活性电源的任务后,设备平均利用小时仍然难以提高。如美国在2001年至2010年间大规模增加了燃机投运并承担了调峰任务,煤电设备年利用小时均超过6500。但是,在电力需求没有大幅度增加的情景下,这种情况在中国难以大面积实现(除个别地区和个别机组外)。

一是大规模建设燃机、抽水蓄能电站或者在用户侧和电源侧投入大量新型化学或者物理储能设备,不论从经济上还是技术上(化学储能)短期难以实现。

二是当储能大规模建设时,说明技术经济已经可行,具备了从电量、电力两个方面压缩煤电的时机,煤电占比会加速下降,煤电利用小时会发生较大波动和地区分化。如果通过行政或者市场(规则)引导作用确实也能提高煤电设备利用小时,那么,中国出较大范围出现缺电情况是大概率事件,或者是可再生源发电增长和消纳受到严重制约,结构性缺电矛盾突现。

发、输、配、供、用电的瞬时平衡实际是电力的平衡,电量是瞬时负荷变化与对应时间的积分。由于可再生能源尤其是光伏的大量发展,且电网缺乏足够的灵活性电源(包括储能),煤电负荷率变化更加频繁、负荷曲线波动加大,因此,仅通过实际煤电设备利率与5500小时相比得出还有1000小时空间是不科学的,实际上也无法实现。综上分析,煤电利用率提高、保障供电、可再生能源发电比重提高这三者之间存在制约关系且3个目标难以同时实现。

结论和建议

1.全国煤电设备平均利用率的降低是总体趋势,以5500小时作为全国或区域煤电设备平均利用率指标在新经济发展阶段和能源低碳转型要求下已不适用。

由于可再生能源发电高速发展、电力需求特性变化,使煤电在电力系统中的定位发生改变,从以提供电力和电量的双重作用,转变为提供电力支撑和系统中灵活性为主;同时,电力市场化改革推进使电力、电量价值(价格)随之发生变化,会影响到煤电建设布局及运行方式,影响全国煤电设备利用率使低水平设备利用率成为“新常态”。因此,政府决策者、电力企业、煤炭企业、电力各相关方以及舆论应充分认识和适应这种变化,根据变化制定应对之策。

2.煤电利用率提高、保障供电、可再生能源发电比重提高三个目标难以同时实现。

影响煤电设备平均利用率的因素很多,与能源电力结构、用电结构、新能源发展、供需平衡态势、区域电量交换、西电东送、煤电矛盾等因素相关。但众多因素中存在着上述三个方面的矛盾和互相制约。即若要大幅度提高煤电设备利用率同时提高可再生能源比重,则必然要大幅度减少煤电装机,此种情况下会造成新的电力短缺状态,影响电网安全进而影响经济社会健康发展;减少可再生能源发电比重也可以提高煤电利用率,但显然与低碳发展目标相悖。

3.由于煤电在经济社会、能源转型、上下游产业、电力系统等体系中的功能不同,不能盲目大面积、非正常、“一刀切”全面封堵、退出煤电发展,也必须要充分考虑新建任何一座煤电的碳锁定效应。

在现阶段根据中国国情,充分发挥好煤电机组支持整个能源系统低碳清洁转型(不是片面追求利用率),是中国能源系统优化的核心任务和迫切任务。把关注的重点转移到能源电力系统的整体物理碳排放强度(CO2/物理量)、价值碳排放强度(CO2/价值量)和能源系统碳排放总量指标的变化上,应把关注重点转移到对煤电新功能的认识上(如对百万千瓦高效机组要尽可能提高设备利用率和负荷率,对存量煤电机组进行灵活性改造和其他目的改造以更好支撑能源电力转型中维护电力系统安全、稳定、防止大面积停电、保障电能质量、促进热电联产和区域循环发展等方面),将有助于中国稳步推进能源低碳转型工作。在新建和退役(淘汰)项目时,也不宜片面追求大容量、高参数机组或者片面强调一律淘汰某一类型机组,而是要从低碳转型、高质量发展的长远目标和系统优化上实施“一机一策”,选择合适的机组参数或延寿改造等。

4.积极推进能源互联网发展和电力需求侧响应机制,使煤电等多种能源优化利用并与需求侧互动共同促进低碳发展。

从能源系统优化目的出发,因地制宜,多能互补,合理布局储能技术与煤电灵活性改造,促进提高总体能源效率和低碳供能、用能,使煤电等不同能源综合利用、梯级利用、各得其所。中国已经形成的能源、电力系统非常复杂,加之能源间具有可替代性和决策机会成本差异,要发挥能源互联网的作用,在能源供给侧通过时序和空间调整、结构调整,充分发挥电网调节能力和市场手段实现清洁低碳、安全高效的能源发展目标;在需求侧完善需求响应机制,通过增加并网型电热水器、电蓄冷设备等手段,以及通过负荷集合、虚拟电厂等模式改善负荷特征,促进消纳可再生能源发电,减轻电网安全运行压力。

5.煤电设备平均利用小时的降低会提高燃煤发电成本,本质上体现的是低碳发展成本和高质量供电成本。

成本传导机制可通过提高煤电基准价、建立辅助服务机制、通过完善电力市场规则给灵活性电源提供合理收益等,不论哪种途径最终结果都会传导到全社会低碳发展成本中。在低碳发展大趋势下,在当前中国煤电处于大面积亏损的形势下,投资者已失去对于煤电投资的动力,新建燃煤电厂大部分是过去收尾工程的继续,从能源整体低碳转型出发,应当对投资者明确投资合理煤电发展与改造的信号,使煤电能够在过渡时期完成好历史使命。

6.同步推进电力市场化改革和碳市场建设。

能源低碳转型过程中,包括煤电在内的各种发电方式,以及各种储能、综合能源服务、需求响应的创新发展,都是在寻求为电力用户提供更有价值的服务,但是,只有通过市场机制才能寻找出最佳方法。碳市场可以使低碳发展价值以货币方式展现出来,并通过电力市场将减碳的价值传导至电力终端用户,因此,煤电发展规模及设备利用率高低,只能在与其他能源发电和电力辅助服务的竞争中找到最好的答案。

7.科学有序减少煤炭高碳能源使用是减碳的根本性措施,是低碳发展的本质要求。

先减散煤还是先减电煤,先减东部还是先减西部,先减存量还是限制增量,是通过结构调整还是总量控制,是用市场手段还是用行政手段,对降低碳排放强度(碳排放量/经济或价值量)来说是在“分子”上做减法还是在“分母”上做加法等等,不同的思路和方法会产生截然不同的结果。中国煤电行业是燃煤大户,占燃炭用量50%多一点(发达国家占比90%左右),如不从全局考虑,不进行系统优化,贸然采取“退出”极端行动会得不偿失且贻误时机。

▲标注:1978~1990年火电设备利用小时没有统计数据,但从总的发电设备利用小时数曲线可以大致分析出基本趋势。中国电力统计发布中很少发布专门的煤电统计数据,据中电联分析,煤电发电量约占火电量的95%,其余为少量气电、生物质发电、余热发电等,在上世纪曾经有过少量油电机组,但因为缺油和经济性原因很快被煤电替代。同时,由于燃机发电利用小时显著低于煤电机组,所以本文对图表及数据的分析时有时将火电数据等同于煤电。

(作者系中国电力企业联合会专职副理事长,此文仅代表个人观点。)

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