2050年中國煤電發展的戰略思考(上)

2050年將是我國電力結構進入新一輪調整的關鍵時期。美麗中國，電力先行。綜合考慮我國的基本國情，分析預測2050年我國電力工業結構及煤電比重，應當科學看待煤電發展在我國現代電力系統中的定位，進一步明確煤電發展在我國電力工業結構中的戰略地位。應立足現實，未雨綢繆，科學規劃，統籌協調，從現在做起，積極謀劃好我國電力工業的未來發展。人無遠慮，必有近憂，何況2050年距離今年已不到37年，對生命周期較長的電力產業來說，研究其發展戰略的時間尺度并不算長。據美國《科學》雜志網報道，目前美國有60%的燃煤電廠運行年限超過40年，2012年退役的燃煤電廠平均運行年限達53年。可見，今天中國煤電的發展，不僅直接影響到2050年中國電力工業的發展格局，也直接影響著中國能源工業的格局。中國電力工業經過2002年電力體制改革以來的跨越式發展，雖然已有了脫胎換骨的變化，但仍然處于新體系形成的過程中。在新的經濟社會發展階段，電力工業應當繼續擔當國民經濟“先行官”的角色，而科學制訂好中國電力工業的發展戰略是“先行”的前提。中國一次能源以煤為主，煤電是長期以來中國電力的主要發電方式，研究煤電在未來電力系統中的作用、地位、發展方向、發展原則等戰略問題，對于制訂中國電力和能源發展戰略至關重要。2050年中國電力工業發展水平的基本估計2050年中國經濟社會發展水平的估計對電力工業發展水平的估計，建立在經濟社會發展水平估計的基礎之上。根據“十八大”描繪的宏偉藍圖，經過初步分析，預計到2050年，中國的經濟社會發展將基本達到以下水平：“建成富強民主文明和諧的社會主義現代化國家”(“十八大”報告)。人口由2030年左右最高峰時的15億1，回落至14.5億；GDP總量居世界第一，人均GDP達到當時世界先進國家的中等偏下水平，GDP總量增速保持在2%左右；綠色發展體系基本形成；空氣質量、水環境質量比現在明顯改善，達到當時的環境質量標準，人為破壞的生態逐漸得到恢復。電力工業發展水平的基本估計——電氣化水平明顯提高電氣化水平是衡量一個國家發達和現代化程度的重要標志。到2050年，人均用電量將與發達國家當時的平均水平持平。雖然中國能源資源的稟賦決定了天然氣(包括頁巖氣)還未能替代煤炭成為保障能源安全的基礎性能源，但煤炭轉換為電力和熱電聯供熱能的比重將大幅度提高到80%左右，所以電力占終端能源消費的比重將明顯高于發達國家的平均水平。——形成了以綠色電力為特征的現代電力系統與傳統電力工業不同，現代電力工業在保持基礎性、公用性的同時，還承擔了能源資源優化配置的功能和促進全社會實現綠色發展的平臺功能。第一，范圍廣、能量密度低、具有間歇性特點的低品位可再生能源要轉變為高質量的電能并加以科學利用，不僅依靠生產者單方面的電能生產和輸送，而且需要通過電力生產者、輸送者與用戶之間的雙向互動才能共同完成。第二，大范圍能源資源的優化配置，需要通過電網與電源(包括分布式電源)的協調發展、各等級容量機組的合理配置才能實現。第三，電力在區域或產業循環經濟中是能量流、資源流和資金流的中心。在條件適宜的地區建立“以煤為基礎，以電為中心”，煤、電、化、鐵(鋁)、熱、水、建材為一體的區域或產業循環經濟發展模式，能夠使資源和能量得到更好的梯級利用、綜合利用。第四，電力是促進綠色能源消費、改善環境質量、推進城鎮化發展、增值社會財富的強大物質基礎。一是通過發揮智能電網的作用，可以促進用戶節約用電、科學用電、經濟用電、綠色用電；二是通過電動汽車的大量使用，電能將大量替代汽車用油，從而大幅降低對石油的依賴并從根本上改善城市環境質量；三是電力將成為推進城鎮化及農業現代化發展的重要支撐；四是隨著技術的不斷進步，電能將會更多地“轉化”為各種高附加值的材料、產品(也可理解為“儲電”的一種方式)，擴大電能的使用范圍。因此，當一次能源大量地向電力轉換、電能大量替代各種終端能源并得到更加廣泛應用時，必須從更廣義的范疇來分析預測電力的需求，而不能單純從“能源”、“動力”、“熱力”的角度來理解電力，也不宜從傳統電力需求對象來分析預測電力需求。現代電力工業的作用需要通過現代電力系統來實現，中國現代電力系統的特征應是以特高壓為骨干網架、各級電網(包括微電網)相協調、各種電源相配套、電力供應方與使用方高度互動的智能化系統。通過現代電力工業的發展，促進實現經濟、社會、生態環境綜合價值更加優化(向帕累托最優趨進)，使現代電力系統成為實現美麗中國之夢的橋梁。中國煤電發展在現代電力系統中的定位煤電發展的三大關鍵性約束溫室氣體控制要求、能源獨立要求、頁巖氣的發展進程將是未來煤電發展的三大關鍵性約束，燃煤電廠污染物的排放從環境、技術經濟角度看將不會構成關鍵性約束。一是溫室氣體排放控制要求構成硬約束。當中國受到溫室氣體排放總量的限制時，溫室氣體的減排目標將由相對量減排過渡到相對量減排與絕對量減排并存的狀況，對煤電發展形成硬約束條件。破解之道是：大力發展非化石能源發電；不斷提高煤電清潔利用的技術水平和經濟性，隨著技術的發展和經濟的可行，逐步采用IGCC、700℃等低碳清潔高效燃煤發電技術和二氧化碳捕集、輸送、利用、埋存(CCUS)技術；不斷增加溫室氣體的“匯”。煤電發展的規模和速度，不僅取決于二氧化碳排放量約束的大小和時間點，關鍵還取決于控制煤電碳排放的成本與非化石能源發電成本的大小和技術穩定性。二是能源獨立要求將成為硬約束。中國是一個以和平發展為原則的能源與經濟大國，在未來的發展中需要一個以能源獨立為基礎、以國際能源廣泛合作為補充、可進可退的能源系統作為國家發展的堅實基礎。對能源獨立程度和進程的判斷決定著未來煤電發展的戰略。三是中國頁巖氣開發進展是煤電發展的關鍵性不確定制約因素。中國頁巖氣的發展對煤電并不直接構成硬約束條件，但卻直接影響煤電的規模、布局、功能和利用率等。決定頁巖氣開發進展的因素主要取決于資源的開采特性、技術經濟性、環境保護要求及水資源的制約等。在本文的后續內容中，將分析為何燃煤電廠污染物的排放不會構成關鍵性約束。煤電在電源結構和電量結構中比重仍然最高在短期內中國用可再生能源取代煤炭在能源中的基礎地位是不現實的。根據2012年6月《BP世界能源統計》，2010年，全世界一次能源消費中煤炭占19.97%、石油占33.7%、天然氣占23.7%，而中國相應占比分別是69.8%、18.2%、4%。富煤、貧油、少氣既是中國能源資源特點的長期寫照，也是現階段的現實。從中國電力結構來看，盡管近幾年煤電裝機占總裝機比重下降較多，但從發電量來看，煤電發電量占總發電量的比例仍長期保持在75%左右，面對煤炭真可謂是“想說愛你不容易、想說棄你卻不能”的狀態。如果沒有廉價的、大規模的、穩定的燃氣供應，盡管煤電在中國發電結構中的比例會不斷下降，2050年左右將是煤電比重快速下降的開始，但2050年前煤電在總電源和電量中的比重仍然最高。煤炭的清潔利用是必然選擇工業化過程中，煤煙型污染是大氣污染的基本特征，因此，在人們的腦海中逐漸形成了煤是“骯臟”能源的概念，提到煤炭往往就聯想到嚴重的大氣污染，尤其是隨著氣候變化問題的深化，煤炭的高碳特性更是成為眾矢之的。其實，煤炭的“骯臟”并不是煤炭自身的問題，而是人類利用方式的問題，正如可再生能源、新能源如果利用不當，對環境同樣也會產生嚴重的污染和生態影響。有資料證明，在中國人為排放形成PM2.5的總量中，民用生物質燃燒形成PM2.5的比例要高于燃煤2。現代采煤技術、礦區生態保護和恢復技術以及煤炭清潔利用技術，可以做到在安全、經濟可承受的前提下，將煤炭開采對生態的影響以及煤炭利用過程中產生的常規污染物控制在環境允許的程度之內。對煤炭利用中產生的二氧化碳排放，現階段可以通過提高煤炭利用效率來降低排放強度，在可再生能源最終替代煤炭等化石能源的過程中，則可以選擇CCUS等技術使碳排放總量得到降低。隨著技術的進步，煤電的概念由傳統清潔煤電向綠色煤電概念的轉化，煤電概念的外延將由常規機組、超臨界、超超臨界機組向更高效率的IGCC、700℃機組以及多聯供機組(并在具備條件時增設CCUS設備)、新型燃煤發電方式擴展，雖然燃煤發電技術一直朝著能效高、污染少、資源能夠得到綜合利用的方向發展，但商業化應用的規模和時機，取決于碳排放控制要求下燃煤發電與非化石能源發電的經濟性和綜合性能比較結果。常規污染物的控制已不構成對煤電發展的關鍵性約束條件。燃煤電廠大氣污染物控制技術由過去的先除塵、再脫硫、再脫硝的單元式、漸進式控制，將向常規污染物加脫除重金屬及氣溶膠等深度一體化協同控制技術發展，逐步使大氣污染物接近零排放，電廠產生的廢水及固體廢物也將納入循環經濟體系之中或進行無害化處理。初步估計，到2050年，中國即使每年有40億噸原煤用于發電，從現在的污染控制要求來看，中國電力每年煙塵排放量可控制在50萬噸左右，二氧化硫、氮氧化物年排放量都可控制在200萬噸左右，煙氣中汞等重金屬的排放會嚴格控制在排放標準要求之內，而且，燃煤電廠的污染物排放量還完全可以根據環境質量要求進行更嚴格的控制。從控制成本來看，以超超臨界機組為例，當全部機組的大氣污染物排放達到特別排放限值的要求時，以當前的價格水平估計，每千瓦時大氣污染物控制成本和相關防止二次污染物的治理成本大約需要0.06元人民幣左右；再加上為滿足廢水、固體廢物以及噪聲、生態保護等進一步嚴格控制的要求，每千瓦時的環境保護成本大致平均需要0.1元人民幣左右。毫無疑問，能夠達到這樣要求的未來綠色燃煤電站將不再是人們傳統觀念中作為工業污染象征的燃煤電站。從更廣泛的視角審視煤電定位未來幾十年，火電發展的范疇和作用將出現新的變化，火電中的燃氣電站主要為居民供氣作基礎調節、為清潔能源調峰以及為城市、城鎮提供分布式發電供熱等，而煤電則是大范圍優化配置能源的基礎，是支撐清潔能源和循環經濟的核心。如果沒有強有力的煤電作為供電安全性和穩定性的支撐和調節，也就不可能有中國清潔能源發電的大規模應用。當前及近期，不論是從能源安全上、經濟上還是環境上看，煤電與清潔能源發電的綜合比較仍然具有一定的綜合優勢。2012年全世界煤炭使用量增加，日本擬棄核增加煤電，歐洲煤炭消費量和燃煤發電量比重上升，可再生能源發電產業處于低谷，CDM的碳市場價格由2009年每噸10歐元左右下降到2012年的0.5歐元以下，國際碳市場中歐盟排放配額(EUA)價格由2008年30歐元/噸(CO2)的水平，一度跌至2013年4月的2.63歐元/噸。這些情況也說明了非化石能源、可再生能源替代包括煤炭在內的常規能源的任務是長期的、艱巨的、曲折的、甚至是反復的。對中國來說，應當結合國情，通過優化煤炭利用，逐步調整能源和電力結構，放棄或者忽視煤電的發展將是有害甚至是危險的。能源戰略規劃的重點應從保障能源安全的前提和中國應對氣候變化可承受的“底線”出發，既要考慮發電技術、貯儲技術及互聯網技術的發展對可再生能源、新能源發電的極大促進作用，又要以大力有序發展可再生能源、新能源但并不依賴于能源新技術的突破性變革(如核聚變、可燃冰的大規模商業化使用)為前提來思謀籌劃，而確立正確的煤電戰略地位是能源戰略規劃的關鍵和重點之一。2050年中國電力工業的結構及煤電比重估計本文雖然只是從宏觀上定性分析煤電發展戰略，但仍不能脫離對經濟發展、能源發展、電力發展的定量分析來空談戰略。例如，要提出煤電發展中污染控制戰略和對策，就應當對污染物排放量進行定量估計，否則就會無的放矢。為此，筆者對中國2050年的經濟發展、全社會用電量、電力裝機結構、發電量結構、各重要時段煤電裝機等進行了預測分析。雖然以下估計結果是用數據體現的，但本文的目的和重點是為了說明趨勢、論述戰略、提出措施建議，而不是為了定量預測電力發展。全社會用電量的初步估計要定性分析2050年的煤電發展情況，則需要對電力需求和供應情況進行預測，而電力需求及供應取決于國民經濟發展的速度、規模以及人口的變化等情況。參考各種機構的研究成果并進行綜合分析，提出筆者認為的GDP、全社會用電量的分階段預計值(見表1)。表1我國經濟發展及全社會用電量情況預計值預測年份GDP全社會用電量年均增速(%)總量(萬億元)年均增速(%)總量(萬億千瓦時)201010.440.2(3.02萬元/人均)12.14.22010～202010年平均8.5(7.2)90.9(6.05萬元/人均)6.07.52020～203010年平均6.5(6.2)170(11.04萬元/人均)4.0112030～205020年平均3.5(3.6)2050年時約22050年達到339前10年平均2.5后10年平均1.32040年達到142050年達到約16(11000千瓦時)注：1、全社會用電量：指全社會對電力的全部消費總量，它包括國民經濟各行業的電力消費和城鄉居民生活電力消費。其中包括了發電廠廠用電量和線損。資料來源：關于印發《電力行業統計報表制度(2012年修訂稿)的通知(中電聯規劃統計[2012]476號文)。2