山东省中小燃煤电厂低碳高质量发展路径分析

2023年8月 山东省中小燃煤电厂低碳高质量发展路径分析 简版 北京大学能源研究院是北京大学下属独立科研实体机构。研究院以国家能源发展战略需求为导向，立足能源领域全局及国际前沿，利用北京大学学科门类齐全的优势，聚焦制约我国能源行业发展的重大战略和科技问题，按照“需求导向、学科引领、软硬结合、交叉创新、突出重点、形成特色”的宗旨，推动能源科技进展，促进能源清洁转型，开展专业及公众教育，致力于打造国际水平的能源智库和能源科技研发推广平台。 山东省热电设计院（SDHEEPDI）创建于1993年，是集电力、市政、新能源、环保等工程咨询、设计和工程总承包于一体的综合性设计单位。建院以来始终坚持“为热电企业全生命周期提供智力服务”的价值主张，累计设计热电工程700余项，总装 机1900万千瓦；市政热力管网900余项，近4000公里；编制 了包括各类规划在内的800余项咨询报告，为热电行业的健康发展作出了贡献，在国内热电设计领域拥有良好声誉和较高知名度。 自然资源保护协会（NRDC）是一家国际公益环保组织，成立于1970年。NRDC拥有700多名员工，以科学、法律、政策方面的专家为主力。NRDC自上个世纪九十年代中起在中国开展环保工作，中国项目现有成员40多名。NRDC主要通过开展政策研究，介绍和展示最佳实践，以及提供专业支持等方式，促进中国的绿色发展、循环发展和低碳发展。NRDC在北京市公安局注册并设立北京代表处，业务主管部门为国家林业和草原局。请访问网站了解更多详情http://www.nrdc.cn/ 中国煤炭消费总量控制方案和政策研究(煤控研究项目) 中国是世界煤炭生产和消费第一大国。以煤炭为主的能源结构支撑了中国经济的高速发展，但也对生态环境造成了严重的破坏。为了应对气候变化、保护环境和减少空气污染，国际环保组织自然资源保护协会(NRDC)作为课题协调单位，与政府智库、科研院所和行业协会等20多家有影响力的单位合作，于 2013年10月共同启动了“中国煤炭消费总量控制方案和政策研究”项目（即“煤控研究项目”），为设定全国煤炭消费总量控制目标、实施路线图和行动计划提供政策建议和可操作措施，助力中国实现资源节约、环境保护、气候变化与经济可持续发展的多重目标。 重要研究报告 《山东省中小燃煤电厂低碳高质量发展路径分析》 《双碳背景下发电侧储能综合价值评估及政策研究》 《碳中和目标下山西省煤电产业转型发展和定位研究》 《碳中和目标下山西省焦化产业转型发展和定位研究》 《汾渭平原深入打好污染防治攻坚战煤炭总量控制研究报告》 《面向碳中和的氢冶金发展战略研究》 《碳中和目标下中国火电上市公司低碳转型绩效评价报告 2022》 《山东省“十四五”重点耗煤行业减煤路径研究》 《双碳目标下的五大发电集团发电业务低碳转型研究》 《“双碳”与空气质量改善双目标下的安阳市中长期控煤路径研究》 《“双碳”背景下河南省电力行业中长期控煤路径研究报告》 《碳达峰与碳中和背景下山东电力行业低碳转型路径研》 《内蒙古煤炭生产和消费绿色转型研究》 《霍林郭勒产业园绿色低碳发展研究》 《内蒙古典型城市煤炭消费与大气质量的关联分析及政策建议》 《内蒙古采煤沉陷区生态修复与可再生能源利用研究》 《“十四五”山西省非煤经济发展研究》 《碳达峰碳中和背景下山西煤电行业转型发展研究》 《碳达峰碳中和背景下山西焦化行业转型发展研究》 《中国典型省份煤电转型优化潜力研究》 《碳达峰碳中和目标约束下重点行业的煤炭消费总量控制路线图研究》 《中国典型省份煤电转型优化潜力研究》 《碳达峰碳中和目标约束下重点行业的煤炭消费总量控制路线图研究》 请访问网站了解更多详情http://www.nrdc.cn/ 封面图片@图虫创意 山东省中小燃煤电厂低碳高质量发展路径分析 简版 报告作者 北京大学能源研究院 吴迪、王可珂、康俊杰 山东省热电设计院 刘博、陈安会、王兴华 2023年8月 执行摘要 山东省是全国第一大电力装机大省，2022年电力总装机约1.9亿千瓦，其中煤电装机约1.09亿千瓦。作为全国唯一一个煤电装机过亿的省份，在碳达峰与碳中和目标的约束下，山东省背负着巨大的减煤降碳压力。为了实现应对气候变化、新旧动能转换和改善生态环境等多重目标，山东省正加速推动煤电的转型优化，促进构建新型电力系统和建设新型能源体系。 山东省近期出台的多项政策也提出了相应的目标和计划。例如，《山东省能源保障网建设行动计划》提出，到2025年和2030年分别将煤电装机控制在1亿千瓦左右。《山东省建设绿色低碳高质量发展先行区三年行动计划（2023-2025年）》提出“十四五”期间，建成大型清洁高效煤电机组1000万千瓦以上，三类改造（灵活性改 造、供热改造、节能改造）各完成1000万千瓦左右。有序推进低效小煤电机组关停并转，到2025年，30万千瓦以下抽凝机组基本替代退出。 山东省目前在运煤电机组中还有大量的30万千瓦以下的中小燃煤电厂，机组容量占比仅约20%，但数量占比近80%。作为全国第一大供热需求大省和第二大电力需求大省，煤电承担着重要的供热和供电功能，发挥着关键的能源保供作用，其中中小燃煤电厂几乎全部为热电联产机组，供热能力位居全国第一，承担着全省80%以上的供热需求。然而，在碳达峰与碳中和目标、能源保供形势严峻、煤价与电价机制较为僵化的背景下，中小燃煤电厂生产经营困难，急需寻找低碳高质量发展路径，包括上新压旧、升级改造、优化替代、应急备用、关停退出、保留运营和合理新增等。积极推动山东省中小煤电的低碳高质量发展，不仅将助力山东省加速推动煤电的结构优化，提高清洁能源供热比重，支撑可再生能源高速发展，还将作为典型省级样板，为我国其他供热供电大省在能源安全保供的前提下推动煤电转型减量发展提供重要的借鉴意义。 课题组研究发现，通过以上几种高质量发展路径，山东省在2030年前能净淘汰超过1300万千瓦的中小煤电机组，约占目前中小煤电总装机比重的60%，这不仅能推动山东省煤电总装机规模尽早达峰，还能大幅提升存量中小煤电机组的能效和环保水平。由于山东省供电供热需求大，很多中小燃煤热电企业在发电的同时还承担着关键的工业供汽和民生供热功能，且部分机组是高效背压机组，若执行“一刀切”的关停淘汰，不仅对系统安全保供带来极大的不利影响，还将造成大量的资源浪费。针对中小燃煤电厂，山东省亟需制定科学有效转型退出路径，并做好相关保障工作，真正做到“一企一策”，精准施策。不以机组大小作为关掉或准入的标准，而要看机组的能效水平和实际作用。 一、山东省中小燃煤电厂在运情况分析 课题组总共统计了2022年山东省在运的煤电机组约1.06亿千瓦，占全省煤电总装机比重的97%。通过分析发现，30万千瓦以下的机组装机容量为2347.6万千瓦，占比22.2%，机组总台数646台，占比78.4%。其中有大量的5万千瓦及以下的小微燃煤 电厂，总装机容量仅1083.6万千瓦，占比10.2%，但机组总台数高达548台，占比达66.5%（图1）。 服役年龄方面，山东省30万千瓦以下机组的平均服役年龄为13.9年，和全国煤电机组的平均服役年龄相当，但随着机组容量越小，服役年龄越短（图2）。 9,000 8,000 7,000 6,000 万千瓦 5,000 4,000 3,000 2,000 1,000 0 600 500 400 台数 300 200 100 0 装机容量机组数量 图1:山东省煤电机组结构分析（2022年） 数据来源：山东省发改委、山东省热电设计院 30 25 20 年 15 10 5 0 图2:山东省煤电机组服役年龄分析（2022年） 数据来源：山东省发改委、山东省热电设计院 从供电煤耗来看，山东省30万千瓦及以上机组平均供电煤耗为298.3克标准煤/千瓦时，30万千瓦以下机组的平均供电煤耗为267.9克标准煤/千瓦时，比30万千瓦及以上机组低约30克。其中，20万-30万千瓦级机组的平均供电煤耗为314.8克标准煤 /千瓦时，10万-20万千瓦级机组的平均供电煤耗为298.8克标准煤/千瓦时，5万-10万千瓦级机组的平均供电煤耗为272.6克标准煤/千瓦时，5万千瓦及以下机组的平均供电煤耗为263.4克标准煤/千瓦时（图3）。中小煤电机组的供电煤耗更低是由于山东省中小机组几乎全部为热电联产，而且还存在着很多5万千瓦及以下的高效分布式背压机组，能源效率高，供电煤耗不足200克标准煤/千瓦时。 320314.8 298.3 298.8 272.6 263.4 克标准煤/千瓦时 310 300 290 280 270 260 250 240 230 图3:山东省煤电机组平均供电煤耗分析（2021年） 数据来源：山东省发改委、山东省热电设计院 纯凝机组：不进行供热，蒸汽全部用于发电的机组。 抽凝机组：由汽轮机中间级抽出一部分蒸汽供给用户，即在发电的同时还供热的机组。 背压机组：以热负荷来调整发电负荷的机组，即发电量跟着外界供蒸汽的多少来变化。 从供热能力来看，山东省30万千瓦及以上机组以纯凝机组和抽凝机组为主，主要发挥供电和提供系统灵活性的作用。其中，纯凝机组容量占比27.4%，抽凝机组容量占比71.7%，合计占比约99%。30万千瓦以下机组主要为抽凝机组和背压机组，合计占比约98%，主要发挥供热作用。随着机组容量大小逐渐变低，背压机组占比逐渐增高，愈加发挥以供热为主的作用（图4）。其中20万-30万千瓦级机组全部为抽凝机组， 10万-20万千瓦级抽凝机组容量占比超过92%，5万-10万千瓦级抽凝机组和背压机组容量占比分别为56.1%和43.9%，5万千瓦及以下抽凝机组和背压机组分别容量占比43.9%和55.9%。 供热量方面，山东省2021年供热面积和供热能力都位居全国第一。全年全省燃煤 热电机组供热量达14.4亿吉焦，其中30万千瓦及以上热电供热量2.3亿吉焦，占比16%；30万千瓦以下热电供热量12.1亿吉焦，占比84%，特别是5万千瓦及以下的小微热电机组，供热量9.3亿吉焦，占总供热量的64.6%。 供热煤耗方面，30万千瓦及以上的大机组和30万千瓦以下的中小机组的平均供热煤耗分别为39.25千克标准煤/吉焦和39.51千克标准煤/吉焦，都低于《热电联产单位产品能源消耗限额》中规定的一级指标40.5千克标准煤/吉焦。 100% 90% 80% 70% 容量占比 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 纯凝机组抽凝机组背压机组 图4:山东省煤电机组供热能力分析（2022年） 数据来源：山东省发改委、山东省热电设计院 综上所述，山东省的中小燃煤机组中有大量高效分布式背压机组，同时还承担着全省重要的供热功能。因此，山东省应综合考虑煤电的发电和供热功能，辩证地看待机组容量大小与能源效率之间的关系。 二、山东省热电行业发展面临的主要问题及误区 课题组通过对山东省中小燃煤电厂的在运情况分析，再结合相关典型电厂的实地调研，总结分析了山东省热电行业发展目前面临的误区。 第一，将高效热电联产机组或分布式热电简单地等同于落后小火电。山东省大部分中小燃煤热电实则为分布式热电，这些电厂是热电联产，能源利用效率高，供电煤耗低，且靠近用能终端，实现了在能源的输送和利用上分片布置，减少了长距离输送能源的损失，有效地提高了能源利用效率和安全性、灵活性、经济性。 第二，没有充分考虑大型热电与中小燃煤热电的区别，认为应该“一刀切”地推进“上大压小”。大型热电目前绝大多数为抽凝机组，是以发电为主的热电联产；中小燃煤热电以背压机组为主，是以供热为主的热电联产。另外，常规统调大型热电机组主要供应居民采暖热水，少量供应蒸汽，由于还要接受电网的发电计划调度并为新能源进行调峰，因此常规统调大型热电机组以发电与调峰为主，供热为辅，供热稳定性受到电网发电计划的制约。中小燃煤背压机组根据各行业不同的蒸汽需求从而供应不同参数的工业蒸汽，工业蒸汽的用汽量决