通過發達國家電源結構變化以及我國未來的能源政策導向的分析, 得出未來我國火電產業將進入衰退期。根據中國電力企業聯合會預測, 2020年、2030年、2050年我國火電產業發展情況如圖4所示。

從圖中可以看出,到2020年,火電裝機容量占總裝機容量61%,2030年下降到51%,到2050年進一步下降至38%;而新能源裝機占比持續上升,到2050年,新能源裝機占比已上升至33%,我國電源結構逐漸從化石能源為主向非化石能源為主轉型,電源結構變化情況與發達國家相似。裝機容量方面,到2050年,火電裝機容量低于2030年水平,出現負增長,火電產業規模開始縮小。可見,2030年以后,我國火電產業逐漸進入衰退期。

在未來的成熟期及衰退期,火電產業將在產業需求的導向下繼續演化。2030年以前,我國火電產業仍處于成熟階段,裝機容量占比仍在50%以上。隨著我國經濟的穩定增長,電力需求也將進一步擴大,火電產業仍有為經濟增長提供電力保障的需求。但隨著我國經濟進入新常態,產業結構調整,高能耗、高污染的產業面臨轉型升級,火電作為傳統高耗能產業,影響社會經濟的可持續發展,也將面臨向清潔、高效的方向轉型升級。此外,未來我國風電、光伏等新能源裝機將進一步提升,但是由于風、光等資源不穩定的特點,新能源大規模并網后影響電網的可靠性,需要火電提供輔助服務,以維持電網穩定運行,因此未來火電還需要支撐新能源的發展。未來處于產業需求導向,我國火電產業發展方向如下:

(1)火電產業成熟階段仍處電源主導地位。

我國“十三五”規劃綱要中提出,2016—2020年,經濟保持中高速增長,GDP年均增速要保持在6.5%以上。從中長期角度來看,中國正處于工業化、城市化快速發展階段,未來一個時期大規模基礎設施要投入建設,各地以建設全面小康為目標,致力于改善和提高人民生活水平,經濟發展仍能保持較快速度增長,能源消費將會持續增加。根據中國電力企業聯合會預測,“十三五”期間年均增長保持5.5%左右,2020年全國全社會用電量為7.7萬億kWh,2030年全國全社會用電量為10.3萬億kWh左右,2020—2030年年均增長3%左右。可見未來我國電力需求情況將進一步擴大,在火電成熟期,火電仍是我國的主力電源,因此未來一段時期內,火電仍將承擔我國的大部分電力供應。

(2)火電產業向清潔高效方向發展。

由于資源枯竭和環境污染等問題日益突出,能源行業需要調整產業結構、轉換發展方式,以促進經濟社會的可持續發展。火電作為傳統高耗能、高污染產業,出于環境資源等約束,需要轉型升級,以緩解對環境造成的破壞,保障國家能源安全。火電機組主要通過發展熱電聯產、超低排放改造、節能改造的方式,提高能源利用效率,減少污染物排放。

熱電聯產是指發電廠既生產電能,又利用汽輪發電機做過功的蒸汽對用戶供熱的生產方式,即同時生產電、熱能的工藝過程,較之分別生產電、熱能方式節約燃料。熱電聯產的蒸汽沒有冷源損失,所以能將熱效率提高到85%,比大型凝汽式機組(熱效率達40%)還要高,從系統優化角度大大提升了能源效率,節約資源。目前全國熱電裝機已超過2.5億kW,“十三五”時期,預計將改造3.5億kW火電裝機為熱電機組,全國近60萬臺燃煤小鍋爐也將由熱電聯產部分替代。到2020年,燃煤熱電機組裝機容量占煤電總裝機容量比重力爭達到28%。不少發達國家制訂了具體的熱電聯產優惠政策:美國給予熱電項目減免10%投資稅,縮短熱電資產的折舊年限等支持政策;日本為扶持熱電聯產而免除供熱設施占地的特別土地保有稅和供熱行業有關的事業所得稅;丹麥對熱電工程提供低利率的優惠貸款。

2015年,國家出臺《全面實施燃煤電廠超低排放和節能改造工作方案》,方案指出具備條件的燃煤機組要實施超低排放改造(即在基準氧含量6%條件下,煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放濃度分別不高于10mg/m、35mg/m、50mg/m),不具備改造條件的機組要實施達標排放治理,落后產能和不符合相關強制性標準要求的機組要實施淘汰,計劃到2020年,全國所有具備改造條件的燃煤電廠力爭實現超低排放。

節能改造方面,全國新建燃煤發電項目原則上采用60萬kW及以上超超臨界機組,平均供電煤耗低于300g/kWh,到2020年,現役燃煤發電機組改造后平均供電煤耗低于310g/kWh。為配合政策實施,國家也出臺了電價補貼、發電量獎勵、排污費激勵等政策支持火電企業實施改造。

(3)火電支持清潔能源發展。

近年來,我國鼓勵新能源發展政策陸續出臺,2014年我國提出“兩個替代”,倡導清潔能源替代化石能源,我國電源結構將逐步向以清潔能源為主轉型。但是由于風電、光電等新能源出力不穩定,新能源大規模并網后,對電網安全穩定運行造成影響,使得棄能現象嚴重,造成資源浪費。2016年1—9月全國平均棄風率為19%,其中,風力資源豐富的“三北”(東北、華北、西北)地區棄風現象尤其嚴重,甘肅省平均棄風率達到46%。為維持電網的穩定性,需要通過火電靈活性改造、燃氣發電、抽水蓄能、其他新型儲能等方式提高系統調峰能力。作為“三北”地區主力電源的火電,靈活性改造后將在電力系統調峰能力提升中發揮重要作用。為滿足可再生能源的快速發展需要,提高可再生能源消納能力,國家“十三五”規劃綱要指出,將實施提升電力系統調節能力專項工程,提升火電運行靈活性是重點工作之一。預計到2020年,可以提高“三北”地區調峰能力約1700萬kW,結合其他提升電力系統調節能力的措施,棄風率將控制在5%之內。

提高火電靈活性,包括改善機組調峰能力、爬坡速度、啟停時間等多個方面。目前,我國純凝機組在實際運行中的調峰能力一般為額定容量的50%左右,典型的抽凝機組在供熱期的調峰能力僅為額定容量的20%。通過靈活性改造,預期將使熱電機組增加20%額定容量的調峰能力,最小技術出力達到40%~50%額定容量;純凝機組增加15%~20%額定容量的調峰能力,最小技術出力達到30%~35%額定容量。丹麥和德國的火電機組在調峰方面有較好的性能,如下圖5所示。具體到調峰能力,丹麥火電機組基本上是熱電聯產機組,冬季供熱期最小出力可以低至15%~20%,德國熱電聯產機組可以低至40%;德國純凝燃煤機組技術出力可以低至25%。目前我們國家供暖期熱電機組“以熱定電”運行,冬季最小出力一般在60%~70%左右,和國外的差距還比較大。中國的相關科研單位積極啟動科研及實施改造的具體方案,鼓勵示范試點電廠積累提高增減負荷速度、縮短煤電啟停時間等相關經驗。

為進一步提高火電調峰能力,我國仍要完善調峰調頻輔助服務補償機制,探索開展輔助服務市場交易,對承擔調峰任務的燃煤發電機組適當給予補償以提高火電機組調峰積極性,以促進新能源消納,引導其向支持新能源發展的方向轉型。

近年來隨著溫室氣體對氣候環境的影響加劇,二氧化碳排放較高的火電產業向低碳化方向轉型。我國政府從產業政策、技術、機制等方面采取措施,推動火電產業轉型。未來一段時間,火電仍在電源結構中處于主導地位,隨著我國電力需求將進一步擴大,火電仍將為大部分電力供應提供保障。同時為緩解火電發展對環境的影響,實現社會經濟的可持續發展,火電產業將逐漸向清潔、高效方向轉型。此外,隨著可再生能源的進一步發展,火電將為其發展作支撐。

注：本文為節選，原文題目為“中國火電產業的歷史軌跡與發展展望”，《科技管理研究》2017年第16期。