■本刊記者 張正/ 編輯 王睿佳

作為全球最大的碳排放國，我國在第七十五屆聯(lián)合國大會上莊嚴(yán)承諾碳達峰碳中和的目標(biāo)，并將該目標(biāo)首次寫入政府工作報告。循跡溯源，我國43.1%的碳排放來自電力系統(tǒng)，而煤電供給了60%以上的電量，因此，構(gòu)建新型電力系統(tǒng)是實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的必由之路。

縱觀全局，我國電力系統(tǒng)既面臨為經(jīng)濟社會發(fā)展不斷增加電力供應(yīng)的需求，又面臨為實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)持續(xù)減少碳排放的壓力；一邊是要面對缺煤可能帶來的“電荒”等實際問題，另一邊卻是減煤的必由之路。在嚴(yán)控煤電和“雙碳”目標(biāo)的背景下，我國煤電行業(yè)需不需要發(fā)展、如何實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展，已經(jīng)成為亟待解決的問題。本刊就相關(guān)問題專訪了俄羅斯自然科學(xué)院外籍院士、享受國務(wù)院政府特殊津貼專家、國家能源集團科學(xué)技術(shù)研究院副總經(jīng)理朱法華。

《中國電業(yè)與能源》：當(dāng)前，煤電在“雙碳”目標(biāo)下有哪些機遇？

朱法華：英國石油公司2021 年版《BP 世界能源統(tǒng)計年鑒》，選取了2020 年全球已實現(xiàn)碳排放達峰的12 個發(fā)達國家（依次為美國、俄羅斯、日本、加拿大、德國、韓國、法國、英國、意大利、澳大利亞、西班牙、荷蘭）和我國的能源消費數(shù)據(jù)進行分析研究。2020 年全球化石能源消費占比高達83.1%。除荷蘭和法國外，其余10 國仍以化石能源消費為主，化石能源消費占比均超過60%，其中美國、俄羅斯、日本、韓國、意大利、澳大利亞化石能源消費占比高達80%以上。在化石能源消費中，大部分國家以石油和天然氣消費為主，煤炭消費占比較低，部分國家煤炭消費占比低至10%以下。與發(fā)達國家相比，我國也是以化石能源消費為主，占比達84.3%，但以煤炭消費為主。由此可知，截至2020 年，化石能源在全球能源消費中仍占主體地位，是能源安全的重要保證。

1992 年聯(lián)合國大會就通過了《聯(lián)合國氣候變化框架公約》，至今已30 年，為何很多發(fā)達國家，特別是世界主要經(jīng)濟體均是以化石能源為主？這可能是由于化石能源是可以大規(guī)模安全長期儲存的能源，易于保障能源安全。水能資源雖可季節(jié)性儲存，但受水資源與地形制約。核能資源雖可長期儲存，但其存在安全風(fēng)險。因此，在儲能技術(shù)取得重大突破以前，為保障能源安全，世界離不開化石能源。

我國“富煤貧油少氣”的能源資源稟賦格局導(dǎo)致主體能源仍以碳排放強度較高的煤炭為主，煤炭消費量占能源消費總量的56.6%。來自國家統(tǒng)計局的數(shù)據(jù)顯示，我國原油年均增長率較低，2016—2018 年為負(fù)增長，平均年增長率為-2.0%；天然氣年均增長率在10%以下，平均年增長為7.6%。2020 年我國原油、天然氣對外依存度分別為70.2%和42%，冬季經(jīng)常出現(xiàn)氣荒；從能源安全角度考慮，我國能源不能完全依靠進口。因此，在我國，石油、天然氣短期內(nèi)無法替代煤炭消費。

調(diào)整能源結(jié)構(gòu)是實現(xiàn)碳中和目標(biāo)的主要途徑之一，未來我國的能源結(jié)構(gòu)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)轱L(fēng)能、太陽能等非化石能源為主?！吨泄仓醒?國務(wù)院關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》和《能源生產(chǎn)和消費革命戰(zhàn)略（2016—2030）》中明確指出：2030年一次能源消費量控制在60億噸標(biāo)煤以內(nèi)，非化石能源占一次能源消費比重達到25%左右，2050 年占比超過50%，2060 年達到80%以上，其中2030 年天然氣占一次能源消費比重達到15%左右。根據(jù)以上要求可知，2030 年化石能源消費占比為75%，總量小于45億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，天然氣消費量小于9 億噸標(biāo)準(zhǔn)煤；2050 年化石能源消費占比為超過50%；2060 年我國化石能源消費占比與2030 年相比約下降55%，由非化石能源替代。

結(jié)合我國的化石能源查明儲量的實際情況，考慮到能源安全，我國的石油消費量不宜增長且占比不宜超過天然氣，若2030 年石油消費占比也按15%計算，消費量小于9 億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，則煤炭消費占比為45%，消費量小于27 億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。根據(jù)國家發(fā)展戰(zhàn)略，2035 年我國基本實現(xiàn)現(xiàn)代化，2050 年全面實現(xiàn)現(xiàn)代化，能源產(chǎn)業(yè)要繼續(xù)發(fā)展，否則不足以支撐現(xiàn)代化建設(shè)，2050 年一次能源消費總量按70 億噸標(biāo)準(zhǔn)煤計算?！吨泄仓醒?國務(wù)院關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》明確指出：加快煤炭減量步伐，“十四五”時期嚴(yán)控煤炭消費增長，“十五五”時期逐步減少，石油消費“十五五”時期進入峰值平臺期。因此，2050 年我國天然氣和石油消費量仍分別維持在2030 年9 億噸標(biāo)準(zhǔn)煤的水平，則兩者分別占比13%，煤炭消費占比不超過24%，消費量低于17 億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。2050 年非化石能源占一次能源消費總量的50%以上，非化石能源包括風(fēng)電、太陽能發(fā)電、水電、核電、生物質(zhì)發(fā)電等，這些非化石能源中單一種類的能源占比都不會超過24%，可見，2050年煤炭在我國的能源消費中依然排在第一。

2050 年我國將全面實現(xiàn)現(xiàn)代化，此后的經(jīng)濟發(fā)展與能源消費基本脫鉤，2060 年一次能源消費總量仍按70 億噸標(biāo)準(zhǔn)煤計算。根據(jù)黨中央確定的目標(biāo)，到2060 年，綠色低碳循環(huán)發(fā)展的經(jīng)濟體系和清潔低碳安全高效的能源體系全面建立，能源利用效率達到國際先進水平，非化石能源消費比重達到80%以上，碳中和目標(biāo)順利實現(xiàn)，生態(tài)文明建設(shè)取得豐碩成果，開創(chuàng)人與自然和諧共生新境界。2060 年我國化石能源消費量不會超過70億噸標(biāo)準(zhǔn)煤的20%，即不超過14 億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。根據(jù)《中華人民共和國2020 年國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報》，2020年我國原油產(chǎn)量19476.9萬噸，折算為2.78 億噸標(biāo)準(zhǔn)煤；天然氣產(chǎn)量1925 億立方米，折算為2.36 億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。另據(jù)中國石油規(guī)劃總院預(yù)測，2060年國產(chǎn)天然氣規(guī)?？蛇_到2300億立方米，折算為3.06億噸標(biāo)準(zhǔn)煤?？紤]能源安全，各種能源進口依存度不宜超過50%，并考慮我國居民對天然氣的需求，2060 年我國化石能源消費煤炭需低于5億噸標(biāo)準(zhǔn)煤、石油需低于4億噸標(biāo)準(zhǔn)煤、天然氣需低于5 億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。盡管未來化石能源在能源消費總量中的占比不斷下降，但不可缺少，到2060年仍占比約20%?？梢?，煤炭仍將在未來相當(dāng)長一段時間內(nèi)發(fā)揮重要作用，是我國能源安全和穩(wěn)定供應(yīng)的“壓艙石”。

電力是能源的重要轉(zhuǎn)化形式，由火電、水電、風(fēng)電、太陽能發(fā)電和核電等構(gòu)成，其中煤炭主要用于燃煤發(fā)電，是火電的重要組成部分。根據(jù)挪威船級社報道，2019 年全球煤電裝機量為2096 吉瓦，預(yù)測2020—2050年期間將有1007吉瓦的煤電機組退役，但仍會新建490吉瓦，因此到2050年全球煤電裝機仍達1580 吉瓦，僅比2019 年下降25%。由此可見，在世界范圍內(nèi)，煤電依然是需要發(fā)展的。

構(gòu)建新型電力系統(tǒng)是一個長期的過程，盡管我國目前的風(fēng)電、光伏發(fā)電裝機規(guī)模都處于世界第一的水平，但總發(fā)電量占比仍然很低。即使在最有利的氣候條件下，風(fēng)能和太陽能也無法產(chǎn)生足夠的電能滿足全年100%的需求，無法填補能源需求的空白。截至2020 年底我國煤電機組平均運行年齡僅為12 年，顯著低于歐美國家平均運行40年的水平，讓這些煤電機組提前退役，不僅會給相關(guān)企業(yè)造成高額的沉沒成本與財務(wù)負(fù)擔(dān)，更會對電力系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定構(gòu)成威脅，并造成經(jīng)濟社會資源配置的低效率。因此，我國煤電在電力保供中的地位短期內(nèi)難以改變，仍需有序發(fā)展，防止煤電大規(guī)模過快退出而影響電力安全穩(wěn)定供應(yīng)，解決好煤電發(fā)展問題是我國穩(wěn)妥實現(xiàn)碳中和的關(guān)鍵。國家政策很明確，“十四五”期間嚴(yán)控煤電項目，根據(jù)發(fā)展需要合理建設(shè)先進煤電，繼續(xù)有序淘汰落后煤電，并實現(xiàn)煤電機組靈活制造規(guī)模1.5 億千瓦。預(yù)測“十四五”期間煤電規(guī)模及發(fā)電量仍有較大增長空間，裝機容量增長約在2億千瓦；“十五五”后期，將逐步削減煤電存量，不過削減量不大；到2030—2035 年，削減會加速；到2060 年，我國仍需要保留5 億千瓦左右煤電裝機量。

《中國電業(yè)與能源》：未來，煤電在碳中和目標(biāo)實現(xiàn)中還面臨哪些挑戰(zhàn)？

朱法華：煤電是二氧化碳排放的最大來源之一，碳中和要求能源消費結(jié)構(gòu)向低碳化、無碳化調(diào)整，因此煤電是實現(xiàn)碳中和目標(biāo)的“排頭兵”。在未來一段時間內(nèi)，煤電將與非化石能源并存，煤電地位由“主體”向“兜底”轉(zhuǎn)變，煤電發(fā)電利用小時數(shù)減少、占比逐年下降，面對高比例非化石能源發(fā)電的新時代，煤電在未來需積累化石能源與非化石能源發(fā)電相結(jié)合的經(jīng)驗，面臨清潔低碳化、深調(diào)靈活化、功能多元化和能源智慧化的改造技術(shù)挑戰(zhàn)，在碳中和時期為電力系統(tǒng)發(fā)揮電力平衡和調(diào)節(jié)作用。

1.清潔低碳化

我國煤電發(fā)展的主要制約因素已從常規(guī)污染物排放控制轉(zhuǎn)為低碳排放，清潔低碳化是面臨的首要挑戰(zhàn)。在清潔化（污染物排放控制）方面，煤電機組在發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗不大于全國平均水平時比燃?xì)怆姀S更清潔，在污染物控制技術(shù)上，繼續(xù)向深度一體化協(xié)同控制發(fā)展，逐步使大氣污染物排放接近于零。要實現(xiàn)煤電機組低碳發(fā)展，需要逐步完成低碳—零碳—負(fù)碳排放，這主要需在三方面進行技術(shù)突破。

（1）節(jié)能改造技術(shù)。先進高效的燃煤發(fā)電技術(shù)，可通過降低煤耗減少碳排放。目前我國超超臨界機組實現(xiàn)自主研發(fā)，百萬千瓦空冷發(fā)電機組、大型循環(huán)流化床發(fā)電技術(shù)世界領(lǐng)先。截至2020年底，全國累計完成煤電節(jié)能改造超過6億千瓦，平均供電煤耗為305.5 克/千瓦時，其中超超臨界和超臨界機組占比49.5%，還存在占煤電容量50.5%的亞臨界及以下機組需通過升級改造來提升效率、降低煤耗或淘汰落后機組。此外，還需大力推動煤電機組由超超臨界向更高效的二次再熱高低位布置700 攝氏度機組、多聯(lián)供機組等新型燃煤發(fā)電方式擴展，將先進煤電機組的供電煤耗降到250克/千瓦時以下。

（2）生物質(zhì)等非煤燃料摻燒技術(shù)。燃煤耦合生物質(zhì)發(fā)電對于降低煤耗、促進能源結(jié)構(gòu)調(diào)整和節(jié)能減排發(fā)揮了重要作用。在保證相同發(fā)電量的情況下，煤電機組可與污泥、生活垃圾等生物質(zhì)耦合混燒，大幅度減少煤炭的使用量，達到與燃?xì)怆姀S一樣的碳排放。燃?xì)怆姀S按平均碳排放強度折算相當(dāng)于供電煤耗174 克/千瓦時，按照安徽平山電廠煤電機組供電煤耗251克/千瓦時和現(xiàn)階段新建機組要求設(shè)計供電煤耗全面低于270克/千瓦時計，分別需要摻燒30%和36%比例的生物質(zhì)燃料可達到單位供電量與燃?xì)怆姀S一樣的碳排放量。當(dāng)然未來在可能條件下需不斷增加生物質(zhì)燃料混燒比例，直至最后實現(xiàn)完全的生物質(zhì)燃料替換，達到零碳排放。目前我國生物質(zhì)發(fā)電量占比僅為1.5%，且以小容量的秸稈電廠為主。為實現(xiàn)生物質(zhì)的摻燒，需要對燃料制備系統(tǒng)和鍋爐燃燒設(shè)備進行技術(shù)改造，利用大容量高參數(shù)煤電機組發(fā)電效率高的優(yōu)勢，提高生物質(zhì)的發(fā)電效率。除生物質(zhì)外，我國煤電混氨發(fā)電技術(shù)實現(xiàn)突破，2022年建立了世界首個40 兆瓦等級煤電氨混應(yīng)用項目，按年利用小時數(shù)4000 小時計，每年可減少煤電機組碳排放46萬噸。

（3）煤電機組耦合碳捕集、利用與封存（CCUS）技術(shù)。煤電機組加裝CCUS可推動電力系統(tǒng)近零碳排放，避免已經(jīng)投產(chǎn)的煤電機組提前退役，降低碳中和目標(biāo)的經(jīng)濟成本，在負(fù)荷變動或是極端工況條件下保持清潔低碳發(fā)電特性。但由于技術(shù)、成本及商業(yè)模式層面都尚未成熟，目前該技術(shù)還是以研發(fā)示范為主，沒有大規(guī)模發(fā)展。因此，加快CCUS 研發(fā)技術(shù)的重大突破，解決CCUS 高投入、高能耗、高風(fēng)險的難題，成為我國以煤為主的能源結(jié)構(gòu)向低碳多元化轉(zhuǎn)變的重要保障。此外，生物質(zhì)能—碳捕集與封存（BECCS）技術(shù)將成為碳中和時適度保存煤電和實現(xiàn)電力負(fù)碳的可行性選擇，對煤電摻燒生物質(zhì)燃料改造后的機組再加裝碳捕集技術(shù)，使未來煤電機組有望達到大范圍負(fù)碳排放。

2.深調(diào)靈活化

未來大規(guī)?？稍偕茉唇尤氲碾娏ο到y(tǒng)對靈活性電源的需求將不斷提高，煤電機組需要擔(dān)當(dāng)基荷和峰荷等多重功能，需要深度參與系統(tǒng)調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)壓和備用等電力輔助服務(wù)。煤電運行需要更加靈活，調(diào)峰能力更加突出可靠，目前國內(nèi)煤電機組通過熱電解耦，低壓穩(wěn)燃等技術(shù)可將煤電機組的最小穩(wěn)定出力降至20%—30%的額定容量，但其增減出力的響應(yīng)時間較長，爬坡速度緩慢，難以充分滿足系統(tǒng)靈活性的需求，無論是調(diào)峰深度、變負(fù)荷速率還是快速啟停能力都與歐美發(fā)達國家有較大差距。深調(diào)后煤電機組長期運行在低負(fù)荷工況之下，機組能效減低，煤耗率上升，導(dǎo)致氮氧化物、二氧化碳排放增加，造成環(huán)境影響；同時還會增加機組損耗，降低機組壽命，這意味著煤電深調(diào)靈活性改造還有很大的空間與潛力，需要在調(diào)峰的深度、速度、成本和環(huán)境影響等綜合技術(shù)上有所突破。因此，提升電力系統(tǒng)深調(diào)靈活技術(shù)將成為碳中和時期煤電發(fā)展的關(guān)鍵，國家明確“十四五”期間完成存量煤電機組靈活性改造2 億千瓦，增加系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力3000 萬—4000萬千瓦。此外煤電機組利用小時數(shù)逐年降低，還需電力市場化改革加快推動煤電功能定位調(diào)整，建立包括電量、財稅、補貼、容量供給等服務(wù)在內(nèi)的煤電評估機制和政策，通過市場手段，確保高效機組獲得經(jīng)濟發(fā)電小時數(shù)，調(diào)峰機組得到符合市場規(guī)則的效益，進而促進風(fēng)電、太陽能發(fā)電的消納。

3.功能多元化

我國電力企業(yè)需要從能源供應(yīng)商向能源服務(wù)商轉(zhuǎn)化，實現(xiàn)功能多元化。煤電可利用生物質(zhì)、垃圾、污泥等與煤摻燒發(fā)電，能將大量的能源植物收購作為能源利用，獲得較好的經(jīng)濟收益，并為城市消納生活工業(yè)垃圾、污泥等“靜脈服務(wù)”。著眼中長期發(fā)展，單純依靠電力系統(tǒng)難以充分實現(xiàn)新能源利用，因而跨系統(tǒng)發(fā)展碳循環(huán)經(jīng)濟是新能源多元化利用的重要方式。建設(shè)以煤電機組為核心的供熱、供汽、供水、蓄熱、蓄電等跨能源系統(tǒng)利用方式，為城市提供“電、熱、冷、汽、水、氫、壓縮空氣”等“動脈服務(wù)”，實現(xiàn)多種能源的相互轉(zhuǎn)化、相互控制、互補應(yīng)用，促進多能融合互補，打通城市發(fā)展建設(shè)的“動、靜脈”。此外，利用煤電CCUS 或BECCS 捕獲的二氧化碳，和火電的低谷電電解水制氫，結(jié)合來制取甲醇、甲烷等應(yīng)用于工業(yè)原料領(lǐng)域，全面擴大碳循環(huán)經(jīng)濟規(guī)模，并同時解決氫氣儲運安全性的難題。

4.能源智慧化

互聯(lián)網(wǎng)和智慧能源是推動我國能源供給側(cè)清潔低碳轉(zhuǎn)型的重要技術(shù)手段，需要煤電由傳統(tǒng)能源向智慧能源發(fā)展，既滿足用戶需求，又符合環(huán)境要求，不僅要實現(xiàn)能源需求智慧化、能源運輸智慧化，還應(yīng)圍繞能源供應(yīng)和消費系統(tǒng)智慧化。煤電未來要通過互聯(lián)網(wǎng)與能源生產(chǎn)、傳輸、存儲、消費以及能源市場深度融合，利用大數(shù)據(jù)、云計算提供智能感知、預(yù)警及診斷、綜合一體化全流程協(xié)同控制等綜合服務(wù)，實現(xiàn)自動化管理、精細(xì)化管理、精準(zhǔn)化預(yù)測，從而完成煤電向數(shù)字化轉(zhuǎn)型。集成先進的傳感測量技術(shù)、通信技術(shù)、信息技術(shù)、計算機技術(shù)和控制技術(shù)，提升煤電機組運行靈活性，連續(xù)監(jiān)測污染物排放，調(diào)整催化劑輸入等，構(gòu)建基于實時在線煤質(zhì)、爐內(nèi)燃燒及污染物生成機理的“煤風(fēng)水汽電污”智能全流程一體化協(xié)同聯(lián)動控制，開發(fā)形成煤電—儲能耦合發(fā)電多場景多目標(biāo)應(yīng)用的高效低碳新型智能化協(xié)同控制。此外，還需充分利用分布式能源，追求橫向能源多品種和供應(yīng)方式的互補優(yōu)化，協(xié)調(diào)縱向源—網(wǎng)—儲—荷等各環(huán)節(jié)的協(xié)同互動，提供能源一體化方案。■