牛 剛

上海市節(jié)能減排中心有限公司

0 上海市煤電概況

煤電是上海市的主力電源類型，截至2019 年底，上海市電源總裝機(jī)容量2 655 萬kW，其中煤電裝機(jī)容量1 499萬kW，占比約56%，詳見圖1。

圖1 上海市電源裝機(jī)構(gòu)成

截至2019 年底，上海市共有41 臺燃煤機(jī)組。從機(jī)組用途屬性而言，其中公用燃煤機(jī)組26 臺，企業(yè)自備燃煤機(jī)組15臺。從機(jī)組參數(shù)而言，超臨界參數(shù)及以上機(jī)組10臺，超臨界參數(shù)以下機(jī)組31臺；30萬kW 以上機(jī)組14 臺，容量812 萬kW、30 萬kW 及以下機(jī)組27 臺。從機(jī)組服役年限而言，2035 年前到齡機(jī)組32 臺，裝機(jī)容量836 萬kW（其中公用18臺，裝機(jī)容量680萬kW）。

近三年上海市燃煤電廠運(yùn)行數(shù)據(jù)見表1。此外，至2018年底，上海市所有燃煤機(jī)組均已完成超低排放改造，達(dá)到燃機(jī)排放限值要求。

上海市內(nèi)電源已形成“5+X”格局，即五大發(fā)電基地(外高橋地區(qū)、石洞口地區(qū)、吳涇-閔行地區(qū)、漕涇地區(qū)、臨港地區(qū))和若干個調(diào)峰與熱電聯(lián)產(chǎn)電廠。其中，石洞口、外高橋地區(qū)、吳涇-閔行和漕涇基地以煤機(jī)為主，臨港以燃機(jī)為主。前四個以煤電為主的基地現(xiàn)有燃煤機(jī)組裝機(jī)規(guī)模分別為508萬kW、502 萬kW、240 萬kW 和200 萬kW，共計1450萬kW。

1 煤電發(fā)展面臨的形勢及問題

1.1 國際煤電轉(zhuǎn)型背景

從全球?qū)用婵矗苋驓夂蜃兓?、推動低碳可持續(xù)發(fā)展以及可再生能源技術(shù)不斷進(jìn)步等多重因素的影響，全球發(fā)電結(jié)構(gòu)即將發(fā)生實質(zhì)性轉(zhuǎn)變，可再生能源的重要性持續(xù)提升。據(jù)BP 公司預(yù)測，到2040 年，煤炭發(fā)電的比例顯著降低，作為一次能源將被可再生能源超越，其間可再生能源占發(fā)電增量的60%，進(jìn)而達(dá)到全球發(fā)電量的約30%[1]。

從發(fā)達(dá)國家看，部分發(fā)達(dá)國家正著力推動傳統(tǒng)化石能源向低碳綠色能源轉(zhuǎn)型，歐洲各國政府相繼列出煤電退出的時間表。如德國宣布將最遲于2038 年徹底放棄煤電（2018 年煤電裝機(jī)占比25.5%），英國決定在2025年前關(guān)閉所有煤電設(shè)施，芬蘭及荷蘭打算到2030年全面禁止使用煤炭發(fā)電。

表1 上海市燃煤電廠近三年運(yùn)行情況

從地區(qū)對標(biāo)看，以東京都為例，該區(qū)域上世紀(jì)80 年代末的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平與上海目前的發(fā)展水平相近。該區(qū)域電力由東京電力公司提供，其電力裝機(jī)主要有如下特點(diǎn)：一是公司旗下火電廠幾乎全部分布在東京灣區(qū)域，靠近化工、鋼鐵等大用戶；二是公司火電以燃?xì)鈾C(jī)組為主，煤電裝機(jī)占比僅6.3%；三是機(jī)組效率較高，從2003年的45.4%逐步提升至2018 年的49.7%，而上海市2019 年煤電機(jī)組發(fā)電熱效率為42.07%，相差7 個百分點(diǎn)左右；四是從重點(diǎn)發(fā)展核電轉(zhuǎn)向重點(diǎn)發(fā)展可再生能源發(fā)電，提出2030 年之前開發(fā)可再生能源發(fā)電裝機(jī)（不含水電）達(dá)到600萬～700萬kW的目標(biāo)，而核電將適度恢復(fù)發(fā)展[2]。

1.2 國內(nèi)及上海市電力發(fā)展形勢

1）從供需上看，電力消費(fèi)持續(xù)回暖，局部地區(qū)供需趨緊。2018 年全社會用電量達(dá)到68 449 億kWh，近3年年均增長率達(dá)到7.2%。依據(jù)電力規(guī)劃設(shè)計總院預(yù)測，“十三五”后期全國電力供應(yīng)保障整體充足，但河北、江蘇、浙江等省電力供需趨緊。受控煤政策、周邊省市供電形勢影響及今后可再生能源配額制的實施，上海市長期穩(wěn)定地獲得經(jīng)濟(jì)的市外來電困難將加大。

2）從結(jié)構(gòu)上看，電力生產(chǎn)向清潔低碳方向大力轉(zhuǎn)變。我國大氣污染防治力度加強(qiáng)，生態(tài)與環(huán)保剛性約束進(jìn)一步趨緊，可再生能源平價上網(wǎng)及儲能技術(shù)的發(fā)展勢必會改變傳統(tǒng)以火電為主的電源結(jié)構(gòu)。就上海市而言，未來上海市本地裝機(jī)提升運(yùn)行靈活性、增強(qiáng)調(diào)峰能力建設(shè)成為必然選擇。此外，市內(nèi)電源除約200萬kW裝機(jī)規(guī)模的自備電廠需面臨升級改造，至2035年還有超過800萬kW公用煤電機(jī)組面臨到齡，這些機(jī)組的到期轉(zhuǎn)型的路徑問題也面臨抉擇。

3）從煤電轉(zhuǎn)型方向上看，未來煤電仍將作為我國重要的基礎(chǔ)電源長期存在?！赌茉瓷a(chǎn)和消費(fèi)革命戰(zhàn)略（2016-2030年）》認(rèn)為：“煤炭是我國主體能源和重要工業(yè)原料，支撐了我國經(jīng)濟(jì)社會快速發(fā)展，還將長期發(fā)揮重要作用。煤電領(lǐng)域要推廣先進(jìn)的能效標(biāo)準(zhǔn)，加快現(xiàn)役機(jī)組升級改造，建立世界最清潔的煤電體系?！睆拈L遠(yuǎn)看，資源稟賦決定了煤電仍將長期作為我國的主力電源存在，實現(xiàn)煤電的清潔高效轉(zhuǎn)型發(fā)展是我國能源轉(zhuǎn)型發(fā)展的重要任務(wù)。

1.3 上海市煤電發(fā)展存在的問題

1）煤電未來發(fā)展空間受限。從結(jié)構(gòu)上看，目前上海本地煤電裝機(jī)與最高電力負(fù)荷的比例約為48%，其他一線城市北京已經(jīng)實現(xiàn)煤電零裝機(jī)目標(biāo)，廣州煤電占比約13.2%，長三角重點(diǎn)城市杭州為15%[3]，上海明顯高于其他重點(diǎn)城市，在電力結(jié)構(gòu)向綠色低碳轉(zhuǎn)型的大背景下，過高的燃煤裝機(jī)占比將對上海未來燃煤機(jī)組發(fā)展規(guī)模設(shè)定天花板。

2）經(jīng)營壓力持續(xù)加大。近年來，受煤炭去產(chǎn)能導(dǎo)致燃料成本上漲、用電量增長放緩且外來電量擠壓影響，上海市煤電量價齊跌，相關(guān)生產(chǎn)企業(yè)利潤顯著下滑。受制于上海市能源資源的稟賦，燃煤機(jī)組燃料全由外部供應(yīng)，當(dāng)前國際及國內(nèi)能源資源價格波動加大，煤炭等燃料價格的波動將傳導(dǎo)至發(fā)電企業(yè)。

3）技術(shù)水平有待提高。目前上海市在運(yùn)的亞臨界以下煤電機(jī)組占上海煤電裝機(jī)比例約為44.5%，對比周邊省份如江蘇、浙江、安徽、福建分別約為36.6%、19.2%、14.7%和12.5%，上海市低參數(shù)煤機(jī)占比較大，機(jī)組煤耗偏高，且其中大部分機(jī)組屬于即將到齡機(jī)組，存在一定的故障風(fēng)險。此外，城市用電峰谷差進(jìn)一步加大，而煤機(jī)最小出力約為30%～40%，尚不具備深度調(diào)峰能力，對上海市調(diào)峰缺口不能形成有效補(bǔ)充。

4）國家未來可能進(jìn)一步提升對煤電的環(huán)保要求?！笆濉逼陂g，國家對存量煤電提出一系列嚴(yán)厲的環(huán)保舉措，包括淘汰煤電落后產(chǎn)能、煤機(jī)超低排放改造、清理規(guī)范自備電廠、啟動碳排放交易等。盡管上海市燃煤電廠環(huán)保改造尤其是超低排放取得實質(zhì)性進(jìn)展，常規(guī)大氣污染物的控制已不構(gòu)成對煤電發(fā)展的關(guān)鍵性約束條件，但未來對燃煤機(jī)組的環(huán)保要求仍會進(jìn)一步加大，如燃煤電廠仍是大氣中汞的主要排放源，燃煤電廠的汞等重金屬排放治理亟須在未來尋求解決方案[4]。

5）城市規(guī)劃調(diào)整對相關(guān)煤電提出轉(zhuǎn)型要求?！渡虾Ｊ谐鞘锌傮w規(guī)劃（2017-2035 年）》中規(guī)劃了若干戰(zhàn)略留白區(qū)[5]，為城市未來發(fā)展預(yù)留空間。因此城市空間的更新與優(yōu)化將改變上海市現(xiàn)有的電源布局。受上海城市發(fā)展空間資源限制，上海市建設(shè)用地規(guī)模已接近極限，土地供需矛盾突出，因此應(yīng)優(yōu)先充分挖掘現(xiàn)有電源基地空間的供電潛力。

2 上海市煤電發(fā)展總體考慮

2.1 上海市煤電發(fā)展定位

1）煤電裝機(jī)應(yīng)起到支撐電源及靈活調(diào)峰電源的作用。上海電網(wǎng)負(fù)備用問題仍將持續(xù)，電力供應(yīng)安全恐將無法保障。從遠(yuǎn)景發(fā)展看，電力及調(diào)峰缺口都將較“十四五”進(jìn)一步增大，如后續(xù)到齡煤電全部關(guān)停，供電安全形勢愈發(fā)嚴(yán)峻。在外來電不確定性增加、新能源技術(shù)尚未完全成熟的背景下，本地煤電裝機(jī)應(yīng)起到支撐電源及靈活調(diào)峰電源的作用。

2）進(jìn)一步加大煤電機(jī)組清潔高效升級改造。今后較長時期內(nèi)，煤炭仍將是我國能源安全穩(wěn)定供應(yīng)的基石，煤炭清潔高效利用是能源綠色發(fā)展的必由選擇之一。其中對原有燃煤電廠進(jìn)行超低排放及能效提升改造、對到齡機(jī)組實施“上大壓小”替代正是煤炭清潔利用的手段之一。在上海市的煤炭消費(fèi)已經(jīng)符合國家相關(guān)政策中提出的“提高發(fā)電用煤占煤炭消費(fèi)比重”的發(fā)展方向的基礎(chǔ)上，煤電升級改造也進(jìn)一步有利于上海市控煤任務(wù)的完成。

2.2 上海市煤電轉(zhuǎn)型升級發(fā)展原則

實施煤電轉(zhuǎn)型升級發(fā)展要兼顧多方因素，較為復(fù)雜，總體而言，應(yīng)堅持“安全第一、環(huán)保優(yōu)先、兼顧經(jīng)濟(jì)”的原則來做好統(tǒng)籌。

1）確保安全，確保城市能源供應(yīng)安全有序。轉(zhuǎn)型升級既要注重外部資源供應(yīng)安全，也要考慮到調(diào)整后對全市及區(qū)域供電供氣等能源供應(yīng)體系的沖擊與影響。

2）環(huán)保優(yōu)先，注重滿足目前及未來將越來越嚴(yán)格的削減煤炭消費(fèi)總量與污染物排放總量的要求。堅持“減煤量、減排量”替代的基本方向。

3）因時因地制宜，逐步推動電源結(jié)構(gòu)優(yōu)化。按飽和負(fù)荷，上海未來遠(yuǎn)景年還需增加超過1 000 萬kW 的本地供電能力，在受電通道能力和電網(wǎng)調(diào)峰雙約束下，上海電源的后續(xù)增量宜結(jié)合煤炭、天然氣資源價格變動，因時制宜動態(tài)調(diào)整火電中煤機(jī)和燃機(jī)的發(fā)電比例。

4）分步實施，結(jié)合企業(yè)自身條件與外部實施條件穩(wěn)步推進(jìn)。根據(jù)企業(yè)的不同特點(diǎn)，按照“一廠一策”的原則推進(jìn)實施。對部分條件較好的機(jī)組先期實施改造，后續(xù)根據(jù)外部條件落實情況按照規(guī)劃時間節(jié)點(diǎn)逐步實施。

3 煤電轉(zhuǎn)型升級發(fā)展策略方案

對2035 年上海市煤電基地優(yōu)化調(diào)整擬定三個發(fā)展策略，其中漸進(jìn)轉(zhuǎn)型策略基本延續(xù)現(xiàn)有模式，以新建清潔高效機(jī)組替代到齡煤機(jī)；備選策略在漸進(jìn)轉(zhuǎn)型策略的基礎(chǔ)上，部分采用燃機(jī)或創(chuàng)新示范發(fā)電技術(shù)來替代到齡機(jī)組；激進(jìn)轉(zhuǎn)型策略對標(biāo)發(fā)達(dá)國家煤電轉(zhuǎn)型路徑，煤電裝機(jī)占比迅速下降、煤炭消費(fèi)持續(xù)減少。

3.1 漸進(jìn)轉(zhuǎn)型策略

該策略主要是采用“等容量、減煤量”方式替代到齡機(jī)組。

公用電廠方面，到2035 年，石洞口基地中的石洞口一廠采用2 臺65 萬kW 高效煤機(jī)替代，石洞口二廠一期120 萬kW 在原址采用等容量煤機(jī)替代；外高橋基地的外高橋一廠共計128萬kW在原址采用等容量替代；吳涇基地的三家電廠共計240 萬kW，在其他發(fā)電基地以異地新建的方式建設(shè)等容量煤機(jī)。長興島熱電廠以“以熱定電”的原則實施燃機(jī)改造。自備電廠方面，到2035年，寶鋼除資源消納機(jī)組外，采用外來電和燃機(jī)替代；上海石化保留部分燃煤背壓機(jī)組，在等容量的前提下新建部分燃機(jī)滿足電熱需求；高橋石化自備電廠關(guān)停。

到2035 年，上海市四大煤電基地公用電廠煤電總計裝機(jī)規(guī)模1 330 萬kW。全市自備電廠煤電裝機(jī)為20 萬kW，用于替代的燃機(jī)為63 萬kW。全市煤電裝機(jī)共計1 350萬kW。

該策略方案的優(yōu)勢：一是可以保證上海市供電安全，在原料供應(yīng)上可以基本延續(xù)現(xiàn)有模式，在運(yùn)行方式上可以通過實施深度調(diào)峰來強(qiáng)化運(yùn)行靈活性；二是具有一定的節(jié)能環(huán)保效益，由于等容量替代采用高效煤機(jī)，在電量不變的前提下，同現(xiàn)狀相比用煤總量可壓減原煤700萬t，減排方面可減排煙塵320 萬t，SO2210 萬t，NOx710 萬t；三是基本維持現(xiàn)有電力供應(yīng)結(jié)構(gòu)和成本。

該策略方案的主要劣勢：初步匡算電源改造總投資約240億元，在當(dāng)前的能源價格政策下，自備電廠實施清潔能源替代后在經(jīng)濟(jì)性方面會略為抬高所屬企業(yè)的經(jīng)營成本。

3.2 備選策略

該策略主要結(jié)合區(qū)域條件，在策略一的基礎(chǔ)上部分采用燃機(jī)及創(chuàng)新示范發(fā)電技術(shù)替代到齡機(jī)組。

公用電廠方面，石洞口二廠一期和吳涇二廠兩家60 萬kW 等級的煤機(jī)采用燃機(jī)替代。吳涇發(fā)電和吳涇熱電30 萬kW 等級煤機(jī)在其他發(fā)電基地異地新建等容量煤機(jī)（其中部分容量結(jié)合產(chǎn)業(yè)需求新建IGCC示范機(jī)組）。同時，外高橋二廠、三廠、漕涇電廠均實施部分污泥摻燒以消納城市廢棄資源。自備電廠方面同策略一。

到2035年，上海市四大煤電基地公用電廠燃煤機(jī)組1 210萬kW（參與城市資源協(xié)同處置燃煤機(jī)組約708 萬kW），用于替代到齡煤機(jī)的燃機(jī)134 萬kW。全市自備電廠煤電裝機(jī)為20萬kW，用于替代的燃機(jī)為63萬kW。全市煤電裝機(jī)共計1 230萬kW。

該策略方案的優(yōu)勢：一是煤機(jī)裝機(jī)相較現(xiàn)狀下降不多，可以保證上海市供電安全；二是具有一定的節(jié)能環(huán)保效益，用煤總量可壓減原煤900 萬t，減排方面可減排煙塵360 萬t，SO2400 萬t，NOx 350萬t；三是基本不抬高社會用電成本；四是具有一定的創(chuàng)新示范和產(chǎn)業(yè)帶動效應(yīng)。

該策略方案的劣勢同策略一，主要是在當(dāng)前的能源價格政策下，自備電廠在經(jīng)濟(jì)性方面會略為抬高企業(yè)的經(jīng)營成本。

3.3 激進(jìn)轉(zhuǎn)型策略

該策略主要是采用燃機(jī)替代到齡煤電機(jī)組。

公用電廠方面，石洞口基地中的石洞口一廠采用2 臺65 萬kW 高效煤機(jī)替代，石洞口二廠一期120萬kW采用F或H級燃機(jī)替代；外高橋基地的外高橋一廠128萬kW采用F或H級燃機(jī)替代；吳涇基地的三家電廠共計240萬kW機(jī)組在其他發(fā)電基地以異地新建的方式建設(shè)F或H級燃機(jī)。長興島熱電廠以“以熱定電”的原則實施燃機(jī)改造。

自備電廠方面基本同策略一，區(qū)別在于上海石化不保留煤機(jī)，全部機(jī)組實施等容量燃機(jī)替代。

到2035 年，上海市四大煤電基地公用電廠煤機(jī)842 萬kW，用于替代到齡煤機(jī)的燃機(jī)502 萬kW。全市自備電廠煤電裝機(jī)為0 萬kW，用于替代的燃機(jī)為83萬kW。全市煤電裝機(jī)共計842萬kW。

該策略方案的優(yōu)勢：節(jié)能環(huán)保效益較為明顯，用煤總量可壓減原煤1 270萬t，約占上海市年耗煤總量的29.5%（以2019年水平測算）；減排方面可減排煙塵400 萬t，SO2886 萬t。此外，由于燃機(jī)占地面積小，可釋放土地約2 800畝。

該策略方案劣勢：安全性方面，在氣電綜合安全及資源保障安全方面存在不確定性，實施燃機(jī)改造后，全市煤電降到840萬kW，氣電上升至約1 440萬kW，對天然氣的年需求量將新增55億m3，氣電成為主力電源導(dǎo)致對天然氣的保障更為剛性、調(diào)節(jié)更為困難；經(jīng)濟(jì)性方面，在當(dāng)前的能源價格政策下，氣電運(yùn)營成本若傳導(dǎo)至用戶側(cè)將會助推上海市終端用戶用電成本約40億元/年。

3.4 策略方案對比

綜合對比上述煤電轉(zhuǎn)型升級發(fā)展的三個策略方案，安全性方面策略一（漸進(jìn)轉(zhuǎn)型策略）最優(yōu)，在原料供應(yīng)上可以基本延續(xù)現(xiàn)有模式，在運(yùn)行方式上可以通過實施深度調(diào)峰來強(qiáng)化運(yùn)行靈活性，可以較好地保障上海市的供電安全。環(huán)保性方面策略三（激進(jìn)轉(zhuǎn)型策略）最優(yōu)，用煤總量及常規(guī)大氣污染物中的煙塵及SO2均有較大幅度的削減，且廢水、廢渣排放量較小。經(jīng)濟(jì)性方面策略一（漸進(jìn)轉(zhuǎn)型策略）最優(yōu)，除自備電廠實施清潔能源替代后在經(jīng)濟(jì)性方面會略為抬高所屬企業(yè)的經(jīng)營成本外，不抬高社會用電成本。因此，建議按策略一實施（見表2）。

表2 策略方案綜合對比

4 結(jié)語

配合城市布局和能源結(jié)構(gòu)調(diào)整，上海市在中長期應(yīng)進(jìn)一步明確煤電轉(zhuǎn)型發(fā)展路徑、優(yōu)化已有五大發(fā)電基地布局。各電廠所屬發(fā)電集團(tuán)應(yīng)按照“一廠一策”的原則，提前做好方案儲備與方案比選。為配合上海市煤電基地優(yōu)化調(diào)整，建議控制上海市發(fā)電基地的總體用地規(guī)模不減少，總體布局不作重大調(diào)整。此外，通過樹立地區(qū)高效示范機(jī)組，對國內(nèi)尤其是上海市的高參數(shù)大容量發(fā)電機(jī)組設(shè)備、重型燃機(jī)、IGCC相關(guān)設(shè)備等高端裝備制造業(yè)、新型材料工業(yè)發(fā)展產(chǎn)生積極推動作用，從而實現(xiàn)煤電轉(zhuǎn)型升級發(fā)展目標(biāo)和電力供應(yīng)保障目標(biāo)的雙贏。