中国典型省份煤电转型优化潜力研究

2021.12中国典型省份煤电转型优化潜力研究 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。请访问网站了解更多详情http://coalcap.nrdc.cn/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600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30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。请访问网站了解更多详情http://www.nrdc.cn/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。煤控研究报告《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执行摘要》《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执行摘要》《碳达峰碳中和目标约束下水泥行业的煤炭消费总量控制路线图研究》《碳达峰碳中和目标约束下电力行业的煤炭消费总量控制路线图研究》《碳达峰碳中和目标约束下钢铁行业的煤炭消费总量控制路线图研究》《碳达峰碳中和目标约束下煤化工行业煤炭消费总量控制路线图研究》《山西省“十四五”煤炭消费总量控制政策研究》《“十四五”电力行业煤炭消费控制政策研究》《新冠疫情后的中国电力战略路径抉择：煤电还是电力新基建》《中国散煤综合治理研究报告2020》《“十三五”时期重点部门煤控中期评估及后期展望》《“十三五”电力煤控中期评估与后期展望》《中国煤控项目“十三五”中期评估与后期展望研究报告》《中国实现全球1.5°C目标下的能源排放情景研究》《持续推进电力改革 提高可再生能源消纳执行报告》《2012煤炭的真实成本》请访问网站了解更多详情http://www.nrdc.cn/封面图片：Image from PxHere 中国典型省份煤电转型优化潜力研究煤控研究项目系列报告中国典型省份煤电转型优化潜力研究研究单位：自然资源保护协会（NRDC）北京大学能源研究院支持单位：华北电力大学山东省电力企业协会华中科技大学苏州中咨咨询有限公司2021.12 煤控研究项目i目录执行摘要1引言131.典型省份电力发展基本情况分析141.1 典型省份用电情况分析1.2 典型省份发电情况分析1.3 典型省份电力输送情况分析2.典型省份电力规划情景分析252.1 典型省份电力供需形势分析2.2 典型省份电力规划情景结果分析2.3 典型省份煤电合理规模分析2.4 规划结果总结分析3.典型省份煤电转型优化路径分析353.1 典型省份煤电发展总体情况对比分析3.2 典型省份煤电转型优化的路径设计及目标分解 ii中国典型省份煤电转型优化潜力研究4.典型省份煤电转型优化的策略分析484.1 共同的发展策略分析4.2 各省份针对性的煤电退出策略5.结论和建议555.1 研究结论5.2 政策建议参考文献58 煤控研究项目iii表目录表1- 12020年全国人均GDP及用电量情况18表2- 1典型省份用电量及负荷预测26表2- 2各类电源的容量系数29表2- 3典型省份煤电潜在优化规模估算33表3- 1典型省份2025年、2030年煤电合理规模42表3- 22021-2025年典型省份煤电转型优化路径47表3- 32025-2035年典型省份煤电转型优化路径47图目录图1- 1典型省份区位分布15图1- 2中国典型省份2020年全社会用电量及增速16 iv中国典型省份煤电转型优化潜力研究图1- 3中国典型省份2020年人均用电量17图1- 4“十三五”期间中国典型省份用电年均增速17图1- 5“十三五”全国及典型省份电力消费弹性系数19图1- 6“十三五”典型省份用电量最大负荷增速19图1- 7中国典型省份2020年电力装机容量结构21图1- 8“十三五”期间典型省份风电和光伏发电发展情况22图2- 1山东省电力规划情景30图2- 2江苏省电力规划情景30图2- 3山西省电力规划情景30图2- 4湖北省电力规划情景31图2- 5甘肃省电力规划情景31图2- 6吉林省电力规划情景31图3- 1典型省份煤电装机结构及分布36图3- 2a典型省份煤电装机服役年限37图3- 2b典型省份煤电装机服役年限38图3- 3典型省份煤电装机的供电煤耗39图3- 4典型省份煤电装机的利用率40图3- 5典型省份计划建设的煤电装机容量41图3- 6煤电机组优化的路径45图3- 7煤电机组优化决策46图4- 12019年底甘肃已建电源分布图（来自国网）53 煤控研究项目1执行摘要在国家“双碳”目标出台之后，电力行业作为我国最主要的碳排放来源之一，必将成为下一阶段节能减碳工作的重要抓手。通过“自下而上”的手段，在省级层面开展煤电转型优化发展研究，对于推动煤电转型和有序退出、尽快实现电力行业二氧化碳排放达峰并逐步下降具有重要意义。NRDC 联合北京大学能源研究院等单位对吉林、山西、甘肃、山东、湖北和江苏 6个典型省份进行了煤电优化的研究。在 2025 年至 2035 年电力供需形势判断的基础上，课题组以保障各省电力供应安全为约束条件，依托对煤电机组类别、能效参数、服役年限等要素的评估分析，为不同区域各类型煤电机组选择适宜的优化发展路径，并量化计算优化结果，提出了针对性的政策建议。煤电优化路径选择思路煤电优化主要有三种路径：一是煤电机组直接退出，包括正常退役、政府赎买、备用封存、落后淘汰；二是等量或减量替代，包括“上大压小”、生物质燃煤耦合发电、新能源指标置换；三是升级改造，包括煤电能效改造、灵活性改造、供热改造。 2中国典型省份煤电转型优化潜力研究图1 煤电机组优化的路径根据影响煤电机组运行的关键因素，采用决策树法来实施煤电机组优化：首先，是根据机组服役年限进行判断，超出30年的机组实施正常退役；在部分电力紧张的省份，可考虑对服役期超过30年的30万千瓦级及以上机组进行改造延寿；在煤电过剩的省份，近中期选择一部分对服役15年左右的30万千瓦级机组予以封存备用。其次，根据国家、地方政策，有力有序淘汰 30 万千瓦等级以下的落后煤电机组。对于 30 万千瓦等级以下的非自备热电机组，可根据当地供热需求，予以改造达标后继续运行。对于 30 万千瓦等级及以上机组，根据能耗、灵活性要求对机组进行改造，包括对有生物质资源的地区进行煤电机组掺烧生物质改造，在调峰资源不足的地区开展煤电灵活性改造，对有供热需求的地区开展供热改造（纯凝改热电联产 CHP、热电解耦等）。对于不具有改造潜力的机组，应该予以淘汰，若地区确有电力需求，则通过“上大压小”等实现等量或减量替代。煤电优化路径直接退出正常退役政府赎买延寿或储备封存淘汰落后等量或减量替代煤电上大压小生物质耦合新能源置换升级改造灵活性改造供热改造为什么选择服役15年左右的30万千瓦级机组作为备用？60 万千瓦及以上大机组投资大且服役年限短，作为备用过于浪费；30 万千瓦以下的小机组，容量过小，对电力系统起不到调峰备用作用；年限太长的机组，长期封存容易达到自然寿期，启用时无法使用。 煤控研究项目3另外，根据煤电机组的地理位置，将处于市中心的淘汰煤电进行政府赎买，通过土地开发提高经济价值。图2 煤电优化转型决策树无合格保持运行有根据需要实行改造灵活性，供热需求≥300 MW机组能效机组容量小不合格优先退出大根据需要实行改造改造潜力纯凝机组优先退出＜300 MW功能类别自备电厂热电机组优先退出公用电厂根据需要实行改造机组归属≤30年服役年限正常退役＞30年煤电机组纯凝机组：不进行供热，蒸汽全部用于发电的机组类型。热电联产机组 :简称 CHP，利用蒸汽同时供应热力和电力的机组类型。 4中国典型省份煤电转型优化潜力研究主要研究结论第一，各省煤电装机和结构都存在显著差异。从煤电装机上来看，在总量方面，山东煤电规模达 10200 万千瓦，位居全国第一，是吉林省的 6 倍（1700 万千瓦）；在单机规模方面，江苏、湖北以大型机组为主，60万千瓦及以上机组的容量占比分别为 73% 和 55%；而吉林、甘肃两省大机组占比仅为20% 左右。（具体见图 3 所示）图3 典型省份煤电装机结构及分布从机组功能类别上看，北方地区的吉林、山东、山西热电联产机组占比均超过50%；热电联产机组（CHP）占比最小的省份是江苏省，比重仅为 5%，机组类型以纯凝机组为主（具体见图 4 所示）。可见，供热需求导致南北机组类型差异巨大。020004000600080001000012000山东江苏山西湖北甘肃吉林万千瓦＜200MW CHP＜200MW 发电 ≥200MW CHP≥200MW 发电≥300MW CHP≥300MW 发电 ≥600MW CHP≥600MW 发电≥1000MW 发电 煤控研究项目5图4 典型省份机组功能类别结构从机组服役年限上看，6 个省煤电机组平均服役年限介于 11-15 年之间，从长到短排列依次为吉林、湖北、江苏、山东、甘肃、山西。服役超过 15 年的机组中，大多数是30万千瓦以下机组，其中山东152台、吉林35台、江苏30台、山西9台、湖北9台、甘肃 7 台，这些机组将成为各省优先淘汰的对象。图5a 典型省份煤电机组服役时间64%5%51%19%50%68%36%95%49%81%50%32%0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%山东江苏山西湖北甘肃吉林热电联产（CHP）纯凝发电05102520101520302550机组容量（GW）甘肃湖北吉林江苏山东山西 6中国典型省份煤电转型优化潜力研究图5b 典型省份煤电机组服役时间从各省平均供电煤耗看，江苏、湖北、吉林三省低于全国平均值，其中最低的是江苏，为 290.2 gce/kWh；而山西、甘肃、山东高于全国平均水平，其中最高的是山西，为 322.2 gce/kWh。30 万千瓦级以下机组平均供电煤耗从低到高依次为：江苏、湖北、甘肃、吉林、山东、山西。根据国家发改委、国家能源局 2021 年 10 月印发的《全国煤电机组改造升级实施方案》中提到的“到 2025 年，全国火电平均供电煤耗降至 300gce / kWh 以下”这一要求，高于 300gce / kWh 的机组将成为重点优化的对象。甘肃湖北吉林江苏山东山西40200201510506420105010234567891020100302520151050302520151050302520151050302520151050302520151050302520151050机组数量（台）机组数量（台）机组数量（台）机组数量（台）机组数量（台）机组数量（台） 煤控研究项目7图6a 典型省份煤电机组煤耗分布情况图6b