基于灵活调峰和稳定供热前提下山东省30万千瓦级煤电机组优化思路

2024.08 简版 基于灵活调峰和稳定供热前提下山东省30万千瓦级煤电机组 优化思路 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。 所使用的方正字体由方正电子免费公益授权封面图片©Freepik 目录 前言2 第一章山东省30万千瓦级煤组发展现状4 （一）30万千瓦级煤电机组类型和投产时间4 （二）30万千瓦级煤电机组地理分布5 （三）30万千瓦级煤电机组供热情况6 第二章山东省基准情景下30万千瓦级煤电规模分析8 （一）年调峰平衡8 （二）年电量平衡10 （三）年电力平衡11 （四）年供热平衡12 （五）总结14 第三章山东省30万千瓦级煤电规模敏感性分析15 （一）电力敏感性分析15 （二）供热敏感性分析17 （三）总结18 第四章山东省30万千瓦级煤电机组灵活调峰和稳定供热挑战和应对措施20 （一）主要挑战20 （二）应对措施22 第五章山东省30万千瓦级煤电机组灵活调峰和稳定供热的政策建议和保障措施26 （一）科学制定30万千瓦级煤电的发展路径26 （二）加强灵活性改造方面的政策支持力度27 （三）加强供热改造和系统优化27 （四）大力发展非煤灵活性资源和非煤供热资源28 （五）进一步完善电力市场建设29 （六）加强热电解耦技术攻关30 （七）提升煤电机组综合能源服务能力31 附录：33 参考文献：36 前言 山东省是全国煤电装机第二大省，截至2023年底，山东省煤电装机10644万千瓦，占比50.3%；发电量约4643亿千瓦时，占比58.3%。在“碳达峰”和“碳中和”目标约束下，山东省致力于在2030年实现非化石能源消费占比25%的转型目标，并将煤电的装机总量控制在1亿千瓦左右。 作为全国供电需求第二大省、供热需求第一大省，以及新能源总装机超过1亿千瓦的省份，煤电在山东省同时扮演着供电、供热和提供电力系统灵活性的三重角色，这让山东省煤电的转型面临着诸多挑战。 近中期来看，山东省不同大小煤电机组的功能定位已经逐渐清晰。60万千瓦及以上的大型煤电机组以承担电力电量保供任务为主，并在合理范围内为新能源进行灵活调峰，尽量避免出现因频繁深度调峰和启停调峰损害机组寿命和发电效率的情况。与此同时，部分抽凝机组兼顾少量居民供暖和工业供热的作用。30万千瓦以下级的小型煤电机组全部为高效背压机组，承担工业供热的主要功能，兼顾居民供暖。随着相关长输供热技术和其他清洁供热技术的成熟后，服役期满的30万千瓦以下级煤电机组将逐步退出。 而山东省30万千瓦级煤电机组未来的发展方向是灵活调峰为主，在采暖期作为居民供暖的主力。山东省应稳妥推进该类型机组的“三改联动”和落后机组的关停淘汰（或转安全备用），推动全省实现煤电装机控制目标，促进构建新型电力系统和全社会的低碳减排。 在灵活调峰方面，山东省30万千瓦级煤电机组绝大部分为亚临界机组，且投产时间较长，在灵活性改造“应改尽改”之后其深调、爬坡、调频的性价比较大型机组均存在一定优势，同时供热的灵活性也优于大型机组，尤其是切缸机组。因此30万千瓦级机组应承担起为电力系统提供辅助功能的主要作用，减少投产时间短、效率更高的大机组频繁深度调峰、启停调峰的需求。 在稳定供热方面，山东省30万千瓦级煤电机组超过90%都是供热机组，且存量纯凝机组也基本都具有供热改造计划，因此30万千万级煤电机组还要发挥好供热的主力作用，近中期以居民供暖为主，逐步增加工业供热能力，以提高山东省的供热保障水平，更好地推动燃煤锅炉和落后煤电机组的有序退出。 在低碳减排方面，山东省在2025年前可以实现30万千瓦以下级抽凝/纯凝机组的全部退出，部分落后的背压机组也将在服役期满之后实现退出，那么在山东省30万千瓦以下级机组 实现“能退尽退”之后，30万千瓦级煤电机组将成为未来山东省煤电转型优化的主要群体，这一等级煤电机组的升级改造和落后机组的有序退出（或转安全备用）对山东省实现煤电装机控制目标和“碳达峰”与“碳中和”目标至关重要。 但是，灵活调峰和稳定供热存在一定矛盾。由于30万千瓦级煤电机组的发电与供热是耦合关系，一旦降低发电负荷，供热量也随之减少，冬季民生用热就无法保证，若为保供热提高热电厂出力，这又会形成调节能力大幅下降，造成新能源消纳能力减弱。如何兼顾灵活调峰和稳定供热是山东省30万千瓦级煤电机组亟需解决的主要挑战。 本报告通过资料收集、定量分析并结合大量实地调研的基础上重点回答了两个问题：一是在调峰、供电和供热需求约束背景下，山东省30万千瓦级煤电机组的发展规模、发展思路和主要定位；二是30万千瓦级煤电机组兼顾灵活调峰和稳定供热的主要挑战和应对措施。报告旨在推动30万千瓦级煤电机组适应新形势下的新定位，提升新功能、拓展新模式，既要保障能源安全供应和开展节能减排，也要促进可再生能源消纳。 报告认为山东省30万千瓦级煤电机组结合自身情况，通过低压缸切除、旁路蒸汽供热改造、安装电锅炉、蓄热水罐、熔盐储能等热电解耦措施能够有力实现灵活调峰和稳定供热的双重要求。随着本省气电、新型储能和需求响应等清洁灵活资源的发展和核电、生物质、地热等供热能力的不断增强，30万千瓦级煤电机组有望在“十五五”时期及之后实现减量发展。 万千瓦 台数 第一章 山东省30万千瓦级煤组发展现状 截至2023年底，山东省在运煤电机组10644万千瓦。从机组容量来看，山东省30万千瓦级机组总共140台，数量占比18.4%，总容量4641.5万千瓦，容量占比43.6%。（图1-1）。 机组容量机组数量 图1-1山东省2023年煤电机组数量和容量情况 资料来源：GlobalEnergyMonitor（GEM），课题组统计 （一）30万千瓦级煤电机组类型和投产时间 山东省30万千瓦级煤电机组投产时间较早，且以效率较低的亚临界机组为主。在山东省140台30万千瓦级煤电机组中，亚临界机组112台，总装机3657.5万千瓦，分别占30万千瓦级煤电机组数量和容量的80%和78.8%；超临界机组为28台，总装机984万千瓦，分别占30万千瓦级煤电机组总数量和容量的20%和21.2%。 万千瓦 台数 在亚临界机组中，8台为1990年及之前投产的机组，总计263万千瓦；6台为1990年到1995年之间（包含1995年）投产的机组，总计196万千瓦；13台为1995年到2000年之间（包含2000年）投产的机组，总计418万千瓦；8台为2000年到2005年之间（包含2005年）投产的机组，总计253万千瓦；26台为2005年到2010年之间投产（包含2010年）的机组，总计844.5万千瓦；51台为2010年之后投产的机组，总计1683万千瓦。2010年之后投产的机组占 30万千瓦级亚临界总机组容量和数量的比重都分别达45%左右（图1-2）。山东省所有的28台 30万千瓦级超临界机组均是2010年之后投产的。 装机总量机组台数 图1-2山东省30万千瓦级亚临界煤电机组投产年限分布 资料来源：GEM （二）30万千瓦级煤电机组地理分布 从30万千瓦级煤电机组分布来看，滨州市拥有45台30万千瓦级机组，总计1499万千瓦，约占全省总30万千瓦级煤电装机比重的三分之一，远远超过山东省其他地市。这是因为滨州作为重工业城市，拥有有色金属、钢铁、化工、机械制造等多个重要的工业部门，特别是全国大型电解铝企业之一的魏桥集团，拥有40台30万千瓦级自备电厂。 万千瓦 累计占比 1600 100% 1400 90% 1200 80%70% 1000 60% 800 50% 600 40% 400 30%20% 200 10% 0 0% 其次是济宁市，拥有10台30万千瓦级煤电机组，总计336万千瓦。聊城、日照、泰安和淄博紧随其后，都拥有8台30万千瓦级煤电机组，装机总量分别为280万千瓦、276万千瓦、262万千瓦和252万千瓦。机组数量最少的是威海和潍坊，都只有2台30万千瓦级煤电机组，装机总量分别为66万千瓦和64万千瓦（图1-3）。 yQ½ę 图1-3山东省30万千瓦级煤电机组地理位置分布 资料来源：GEM （三）30万千瓦级煤电机组供热情况 截至目前，山东省热力供给以30万千瓦以下的小型煤电机组为主，主要分为工业供热和居民供暖。 工业供热方面，根据统计，2023年煤电机组供热量约为10.58亿吉焦，其中，30万千瓦以下级机组工业供热量约为8.89亿吉焦，占工业供热总量的84%；30万千瓦级煤电机组工业供热量约为1.37亿吉焦，占工业供热总量的13%（图1-4）。 居民供暖方面，根据统计，2023年煤电机组供热量约为4.83亿吉焦。30万千瓦以下级机组居民供暖供热量约为2.8亿吉焦，占居民供暖供热总量的58%；30万千瓦级煤电机组居民供暖供热量约为1.56亿吉焦，占居民供暖供热总量的32%（图1-5）。 万千瓦以上 机组供热量 万千瓦及以上 机组供热量 万千瓦以下 机组供热量 万千瓦级机 组供热量 图1-4山东省2023年煤电机组工业供热占比情况 资料来源：课题组统计 万千瓦以上 机组供热量 万千瓦及以上机组供热量 万千瓦以级 机组供热量 万千瓦级机组供热量 万千瓦以下机组供热量 图1-5山东省2023年煤电机组居民供暖占比情况 资料来源：课题组统计 第二章 山东省基准情景下30万千瓦级煤电规模分析 报告结合山东省调峰、供电、供热需求变化，以及燃气发电、抽水蓄能、新型储能、需求响应等非煤调节资源和分布式燃机、生物质、核能、余热利用、地热等非煤供热资源的发展潜力，分别进行了基准情景下年调峰平衡、电力平衡、电量平衡和热力平衡的测算，分析了山东省30万千瓦级煤电机组的装机规模。基准情景下各平衡的测算原则请见附录，平衡原则中相关参数的选取主要根据实地调研、专家访谈和山东省相关政策文件决定。 （一）年调峰平衡 表2-1山东省中长期电力调峰平衡表 单位：万千瓦 2025年 2030年 2035年 2040年 一、系统所需调峰容量 8026 11760 14308 17408 负荷调峰容量需求（峰谷差） 6550 9740 11850 14418 合理备用 1476 2020 2458 2990 二、装机容量大型煤电 4838 5711 5451 4446 小型煤电 1300 1120 912 680 气电 800 2000 3200 4400 核电 570 1300 2030 2760 生物质 350 500 500 500 风电 3000 5500 8000 10500 光伏 7000 12500 18000 23500 抽水蓄能 407 1200 1993 2786 新型储能 800 1600 2400 3200 余热利用及其他 684 703 722 741 外电入鲁 3000 3800 4600 5400 需求响应 400 750 1100 1450 三、调峰容量 6175 10207 13673 16766 大型煤电 2419 2856 2726 2223 小型煤电 0 0 0 0 气电 800 2000 3200 440