隨著我國(guó)能源綠色低碳轉(zhuǎn)型號(hào)角的吹響，以新能源為主的新型電力系統(tǒng)建設(shè)正逐步推進(jìn)，煤電功能定位由提供基荷電量向提供系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力和安全保障的角色進(jìn)行轉(zhuǎn)變。計(jì)劃時(shí)期延續(xù)的低煤耗作為新增煤電主機(jī)選型的首要指標(biāo)是否仍然適用？

（來(lái)源：微信公眾號(hào)“電聯(lián)新媒”  作者：劉春陽(yáng) 閆鑫）

低煤耗作為首要標(biāo)準(zhǔn)的前置條件已經(jīng)發(fā)生變化

煤電機(jī)組的設(shè)計(jì)長(zhǎng)期追求低煤耗，但隨著新型電力系統(tǒng)的建設(shè)深入，以低煤耗作為首選指標(biāo)已經(jīng)不符合現(xiàn)在的要求。

計(jì)劃體制下的電力規(guī)劃以規(guī)劃管理、電價(jià)管理、運(yùn)行管理三大制度閉環(huán)管理，規(guī)劃管理負(fù)責(zé)核定利用小時(shí)，電價(jià)管理根據(jù)利用小時(shí)決定電價(jià)水平，運(yùn)行管理負(fù)責(zé)電量平衡以及價(jià)格和利用小時(shí)的落實(shí)，實(shí)現(xiàn)了電力項(xiàng)目“管生又管養(yǎng)”。此前煤電在價(jià)格和利用小時(shí)雙重保證下，實(shí)現(xiàn)利潤(rùn)最大化的策略就是盡量降低生產(chǎn)成本。煤電長(zhǎng)期以基荷電源支撐我國(guó)電力系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，該階段的煤機(jī)有兩大特點(diǎn)：第一是機(jī)組啟停少，且大部分時(shí)間在額定工況下運(yùn)行；第二是煤耗成本高，燃煤費(fèi)用占變動(dòng)成本的比重達(dá)75%左右,是火電廠運(yùn)行的主要成本。

由此，煤電在額定工況下的低煤耗成為火電機(jī)組設(shè)計(jì)的首選指標(biāo)。在這種思維的影響下，火電的研究也重點(diǎn)關(guān)注煤耗，一方面追求高參數(shù)機(jī)組，目前新投機(jī)組大多是超超臨界機(jī)組，蒸汽參數(shù)也在600攝氏度的基礎(chǔ)上向650攝氏度進(jìn)行研發(fā)；另一方面采用二次再熱等技術(shù)不斷提高熱效率。這些研究有效實(shí)現(xiàn)了煤電在基荷定位下的經(jīng)濟(jì)性提高，但隨著“雙碳”目標(biāo)下能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型，整個(gè)發(fā)電側(cè)環(huán)境已經(jīng)發(fā)生了巨大的改變。

新型電力系統(tǒng)的“新”主要體現(xiàn)在發(fā)電側(cè)大規(guī)模、高比例地使用可再生能源。在這一目標(biāo)驅(qū)使下，2021-2023年，我國(guó)風(fēng)能發(fā)電和太陽(yáng)能發(fā)電裝機(jī)兩年增加65%，截至2023年底，我國(guó)可再生能源發(fā)電總裝機(jī)達(dá)15.16億千瓦，占全國(guó)發(fā)電總裝機(jī)的51.9%，可再生能源發(fā)電量達(dá)到2.07億千瓦時(shí)，約占發(fā)電量的31.3%。高比例新能源并網(wǎng)對(duì)于煤電的影響一方面是利用小時(shí)數(shù)的下降，煤電需要主動(dòng)讓渡發(fā)電空間以消納更多新能源。2023年火電利用小時(shí)數(shù)4466小時(shí)，按全年8760小時(shí)計(jì)算，利用率51%，離5500的設(shè)計(jì)值還有很大距離。另一方面是機(jī)組運(yùn)行工況的變化。由于新能源出力不連續(xù)不穩(wěn)定，煤電機(jī)組被迫進(jìn)行反向不連續(xù)不穩(wěn)定的調(diào)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)正負(fù)相抵維持系統(tǒng)平衡的效果，機(jī)組無(wú)法維持平穩(wěn)出力，調(diào)節(jié)或啟停頻率明顯增加。如圖1為某省2023年實(shí)時(shí)均價(jià)與平均凈負(fù)荷曲線，可以發(fā)現(xiàn)，火電運(yùn)行出力需要進(jìn)行頻繁調(diào)整，最突出的特點(diǎn)是早晚高峰時(shí)段出力增高，而中午光伏大發(fā)時(shí)火電出力明顯減少。未來(lái)隨著新能源裝機(jī)的不斷增加，凈負(fù)荷峰谷特性將更加明顯，火電必須完成蛻變，從承擔(dān)基荷任務(wù)的基礎(chǔ)電源轉(zhuǎn)變?yōu)榧饶茼敺逵帜苌钫{(diào)的支撐性、調(diào)節(jié)性電源。碳達(dá)峰后，煤電發(fā)電平均利用小時(shí)數(shù)將繼續(xù)降低，煤電將從電力電量并重的支撐性和調(diào)節(jié)性電源向頂峰、深調(diào)、應(yīng)急備用的調(diào)節(jié)型電源轉(zhuǎn)型，從而實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)。

圖1 2023年某省實(shí)時(shí)均價(jià)與年平均凈負(fù)荷曲線

可見(jiàn)，當(dāng)前以及未來(lái)煤機(jī)的運(yùn)行情況已與過(guò)去大相徑庭。低利用小時(shí)導(dǎo)致煤電機(jī)組總耗煤量大幅降低，過(guò)度追求低煤耗也省不了多少煤。另外，低煤耗技術(shù)是基于機(jī)組運(yùn)行在額定工況，而頻繁調(diào)節(jié)的狀態(tài)下機(jī)組無(wú)法維持額定工況運(yùn)行。綜上，低煤耗不應(yīng)繼續(xù)作為煤電機(jī)組選型的首要指標(biāo)。

低煤耗技術(shù)的實(shí)用經(jīng)濟(jì)性比較

煤電在未來(lái)無(wú)法保證利用小時(shí)數(shù)的前提下，為了低煤耗而進(jìn)行的一系列技術(shù)投資實(shí)際上無(wú)法達(dá)到預(yù)期的經(jīng)濟(jì)性。

第一個(gè)例子可以回答一個(gè)問(wèn)題：大型超超臨界機(jī)組真的一定比亞臨界機(jī)組煤耗低嗎？由于機(jī)組設(shè)計(jì)的煤耗水平都是基于機(jī)組額定出力水平，在滿負(fù)荷率下，超超臨界機(jī)組的運(yùn)行效率要明顯高于超臨界機(jī)組和亞臨界機(jī)組。但在帶相同負(fù)荷時(shí)，大容量超超臨界機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性反而比小型機(jī)組更差。例如，一臺(tái)1000兆瓦級(jí)超超臨界濕冷機(jī)組的滿負(fù)荷率運(yùn)行時(shí)煤耗約為286.6克/千瓦時(shí)，而一臺(tái)600兆瓦亞臨界濕冷機(jī)組滿負(fù)荷率運(yùn)行煤耗約為315.8克/千瓦時(shí)，前者節(jié)省煤耗約29.2克/千瓦時(shí)。然而如果同樣帶500兆瓦負(fù)荷，1000兆瓦超超臨界濕冷機(jī)組在50%負(fù)荷率運(yùn)行煤耗約為327.8克/千瓦時(shí)，而600兆瓦亞臨界濕冷機(jī)組煤耗約為319.6克/千瓦時(shí)，此時(shí)1000兆瓦超超臨界機(jī)組的煤耗已經(jīng)超過(guò)600兆瓦亞臨界的煤耗，負(fù)荷更小的情況下，超超臨界的煤耗增加將更加明顯。類似的，當(dāng)超超臨界機(jī)組的負(fù)荷率低于33%時(shí)，其熱耗率也將高于300 兆瓦亞臨界機(jī)組工作在額定工況下的熱耗率。因此，即便單從煤耗而言，造價(jià)更高的超超臨界機(jī)組在負(fù)荷率較低的運(yùn)行情況下依然不具備經(jīng)濟(jì)性。沒(méi)有必要單純?yōu)榱怂^的“低煤耗”而一味增加投資追求高參數(shù)機(jī)組。

第二個(gè)例子是二次再熱機(jī)組與一次再熱機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性對(duì)比。二次再熱通過(guò)將高壓缸做完功的蒸汽再次加熱，再在中壓缸做功，實(shí)現(xiàn)效率的提高和煤耗的降低，但同時(shí)也伴隨著投資相應(yīng)增加。以600兆瓦級(jí)機(jī)組為例，綜合考慮三大主機(jī)、四大管道以及廠房、輔機(jī)、設(shè)備安裝費(fèi)用，600兆瓦級(jí)二次再熱機(jī)組相較于一次再熱機(jī)組而言，增量投資約為3.4億元。二次再熱機(jī)組平均供電煤耗降低約4-9克/（千瓦時(shí)）。取二次再熱機(jī)組供電煤耗降低8克/（千瓦時(shí)），標(biāo)煤900元/噸，利用小時(shí)數(shù)4500小時(shí)（2023年火電利用小時(shí)4466小時(shí)），則年節(jié)約燃煤費(fèi)用為：

即每年節(jié)省0.1944億元。考慮資金的時(shí)間成本，根據(jù)中國(guó)人民銀行公布的5年期以上LPR為3.95%，按機(jī)組30年設(shè)計(jì)壽命來(lái)算，全生命周期節(jié)省3.516億元（折現(xiàn)后），考慮增量投資3.4億，經(jīng)濟(jì)性已然堪憂。考慮未來(lái)以下三點(diǎn)變化，經(jīng)濟(jì)性將進(jìn)一步喪失。

一是實(shí)際利用小時(shí)數(shù)達(dá)不到設(shè)計(jì)利用小時(shí)數(shù)，且未來(lái)會(huì)不斷下降。受新能源裝機(jī)增多影響，火電利用小時(shí)數(shù)呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，設(shè)計(jì)利用小時(shí)5500小時(shí)，但當(dāng)前實(shí)際利用小時(shí)已不到4500小時(shí)。未來(lái)隨著利用小時(shí)數(shù)進(jìn)一步下降，每年通過(guò)發(fā)電節(jié)省的燃煤費(fèi)用將更加有限，煤機(jī)利用煤耗優(yōu)勢(shì)回收增量投資成本變得越發(fā)困難。

二是煤價(jià)的波動(dòng)性，煤價(jià)降低會(huì)導(dǎo)致低煤耗經(jīng)濟(jì)性下降。未來(lái)煤價(jià)的水平依然難以預(yù)測(cè)，一方面，經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇可能推動(dòng)能源需求增長(zhǎng)，進(jìn)而支撐煤價(jià)上漲；另一方面，環(huán)保壓力和替代能源的競(jìng)爭(zhēng)也可能導(dǎo)致煤炭需求減少，對(duì)煤價(jià)形成壓制。未來(lái)不排除煤價(jià)回落的可能，而低煤價(jià)將直接導(dǎo)致低煤耗技術(shù)價(jià)值縮水。

三是二次再熱機(jī)組低負(fù)荷率運(yùn)行時(shí)的煤耗率遠(yuǎn)高于滿功率運(yùn)行煤耗率。有研究表明，對(duì)660兆瓦機(jī)組來(lái)說(shuō)，隨著負(fù)荷率降低，二次再熱機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)逐漸減弱，特別是當(dāng)負(fù)荷率降至60%以下時(shí)，一次再熱機(jī)組反而更具經(jīng)濟(jì)性。事實(shí)是，當(dāng)前煤機(jī)滿功率運(yùn)行的時(shí)長(zhǎng)越來(lái)越少，而深調(diào)帶低負(fù)荷運(yùn)行的次數(shù)越來(lái)越多。

此外，二次再熱機(jī)組高負(fù)荷率時(shí)的低煤耗，犧牲的是其靈活調(diào)節(jié)能力。二次再熱機(jī)組在汽輪機(jī)側(cè)增加了一個(gè)中壓缸，并且熱力系統(tǒng)也更為復(fù)雜。這意味著在調(diào)節(jié)機(jī)組出力時(shí)，需要協(xié)調(diào)控制的參數(shù)和部件更多，增加了調(diào)節(jié)的復(fù)雜性和難度。然而，未來(lái)現(xiàn)貨市場(chǎng)環(huán)境下，供需波動(dòng)導(dǎo)致電價(jià)劇烈變化，要想在電力市場(chǎng)中收益更多，就要機(jī)組具有更加靈活的調(diào)節(jié)能力。

基于上面的粗淺分析，可以看出，在未來(lái)低利用小時(shí)背景下，煤電低煤耗帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益將越來(lái)越少。

多維度助力煤電新發(fā)展

增量機(jī)組規(guī)劃應(yīng)以調(diào)節(jié)能力作為首要指標(biāo)，煤耗次之。從電力系統(tǒng)的角度來(lái)說(shuō)，煤電完成調(diào)節(jié)電源的蛻變有利于電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。從“雙碳”目標(biāo)的角度來(lái)看，降低煤電在全部發(fā)電量中的占比也是實(shí)現(xiàn)碳中和的必然要求。綜上，盲目追求低煤耗是一條看起來(lái)低碳但實(shí)則與“雙碳”目標(biāo)相悖的彎路。要實(shí)現(xiàn)煤電新發(fā)展除了在技術(shù)上進(jìn)行重大攻關(guān)以外，也要完善一系列體制機(jī)制。

第一，需推進(jìn)電力市場(chǎng)建設(shè)，放開(kāi)市場(chǎng)限價(jià)。一方面加快推動(dòng)電力市場(chǎng)建設(shè)，現(xiàn)貨未運(yùn)行地區(qū)盡快運(yùn)行現(xiàn)貨市場(chǎng)，現(xiàn)貨連續(xù)運(yùn)行地區(qū)盡快轉(zhuǎn)為正式運(yùn)行。另一方面完善市場(chǎng)限價(jià)規(guī)則，避免限價(jià)影響價(jià)格信號(hào)的發(fā)揮。市場(chǎng)上限價(jià)格設(shè)置過(guò)低無(wú)法激勵(lì)高成本機(jī)組的發(fā)電意愿，可能導(dǎo)致系統(tǒng)供應(yīng)不足，同時(shí)難以發(fā)揮電價(jià)信號(hào)引導(dǎo)用戶合理用電；下限價(jià)格設(shè)置過(guò)高，會(huì)對(duì)低邊際成本的機(jī)組產(chǎn)生過(guò)激勵(lì)，同時(shí)對(duì)調(diào)節(jié)性電源刺激不足。放開(kāi)市場(chǎng)限價(jià)，允許市場(chǎng)出現(xiàn)負(fù)價(jià)，將有助于火電調(diào)節(jié)性電源的定位轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)化配置。

第二，需持續(xù)完善以容量電費(fèi)、調(diào)節(jié)性電費(fèi)、電能量電費(fèi)組成的三部制煤電收益體系。首先是進(jìn)一步完善煤電容量電價(jià)，通過(guò)容量電價(jià)實(shí)現(xiàn)煤電項(xiàng)目投資成本的回收，體現(xiàn)煤電的備用價(jià)值，解決低利用小時(shí)下煤電的溫飽問(wèn)題。其次完善煤電參與調(diào)節(jié)的補(bǔ)償激勵(lì)機(jī)制，體現(xiàn)煤電的靈活調(diào)節(jié)價(jià)值，有效激勵(lì)煤電通過(guò)快速爬坡、頻繁啟停等方式發(fā)揮電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)的功能，支撐清潔能源的健康發(fā)展。未來(lái)預(yù)計(jì)煤電利用小時(shí)降至2000-2500小時(shí)，電能量電費(fèi)在煤電整體收益的占比將不斷縮減，而容量、輔助服務(wù)收益占比將不斷提升，三者收益占比或?qū)⑦_(dá)到45%、20%、35%。

最后，應(yīng)優(yōu)化燃煤電廠現(xiàn)有的管理模式與薪酬機(jī)制。目前大部分燃煤電廠的薪酬水平與電量掛鉤，即發(fā)的電越多，收入越高，而當(dāng)前大量新能源并網(wǎng)，煤電機(jī)組一方面利用小時(shí)數(shù)下降，機(jī)組整體收入水平下降，另一方面新型電力系統(tǒng)下新能源出力的不穩(wěn)定性導(dǎo)致火電負(fù)荷變動(dòng)頻繁，調(diào)節(jié)次數(shù)增加，機(jī)組操作增加，同時(shí)安全風(fēng)險(xiǎn)加大。當(dāng)前，由于沒(méi)有相應(yīng)的激勵(lì)政策，煤電機(jī)組運(yùn)行技術(shù)人員流失嚴(yán)重。未來(lái)應(yīng)該設(shè)計(jì)與機(jī)組提供的調(diào)節(jié)服務(wù)頻次掛鉤的薪酬機(jī)制，機(jī)組調(diào)節(jié)越多，收入越高，讓調(diào)節(jié)過(guò)程中的安全風(fēng)險(xiǎn)等效為經(jīng)濟(jì)效益，才能更加有效地激勵(lì)燃煤機(jī)組轉(zhuǎn)變?yōu)檎{(diào)節(jié)型機(jī)組。

習(xí)總書(shū)記強(qiáng)調(diào)“牢牢把握高質(zhì)量發(fā)展這個(gè)首要任務(wù)，因地制宜發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力。”新的形勢(shì)下煤電不能再以煤耗經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)作為新增煤電主機(jī)選型的首要指標(biāo)，而要以增強(qiáng)調(diào)節(jié)性能為主通過(guò)火電技術(shù)改進(jìn)發(fā)掘煤電的多維價(jià)值，實(shí)現(xiàn)火電行業(yè)的綠色化、高效化發(fā)展，助力構(gòu)建清潔低碳、安全高效能源體系，更好更快地實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)。