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中國火電發展70年成就與展望
2019年09月25日  
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新中國成立70年來,在經濟、社會、能源、文化、技術和國際地位等各方面都發生了翻天覆地的變化。中國“富煤、貧油、少氣”的資源禀賦決定了中國以煤爲主的一次能源結構,也使得火電在電力領域處于絕對的主導地位。據統計,新中國成立初年發電裝機容量185萬千瓦(火電169萬千瓦)、發電量43億千瓦時(火電36億千瓦時),至2018年底,發電裝機容量189967萬千瓦(火電114367萬千瓦)、發電量69940億千瓦時(火電49231億千瓦時),70年間分別增長1026倍和1626倍;按不變價計算,2018年國內生産總值比1952年增長175倍,年均增長8.1%;其中,1979~2018年年均增長9.4%,遠高于同期世界經濟2.9%左右的年均增速,對世界經濟增長的年均貢獻率爲18%左右。從曆史進程來看,中國的電力發展有力支撐了經濟的快速增長,火電在其中功不可沒。

中國火電實現了跨越式發展,主要體現爲發電裝機擴容、電力設備自主化、機組結構優化、能效提高、技術經濟指標改進、制度完善和國際合作等方面的全面進步。目前,中國已建成世界上規模最大的清潔高效火電供應體系,有助于緩解經濟社會快速發展帶來的環境負效應。

近年來,隨著以可再生能源高比例發展爲特征的低碳能源轉型和以“大雲物移智”爲代表的技術革命以及電力市場化改革的不斷推進,中國火電行業面臨巨大的沖擊和挑戰。一方面,傳統的火電企業要加快定位調整,尤其要承擔調峰重任,爲可再生能源讓出更多的發電空間;另一方面,要以中長期能源轉型視角來看待電力規劃問題,科學優化火電發展路徑,嚴防爲滿足短期電力需求而忽略長期目標的短視行爲。

一、70年火電發展曆程波瀾壯闊,彰顯電力跨越發展之路

回顧新中國成立以來的發展曆程,國民經濟發展政策經曆了多次調整,經濟-能源-電力-環境(4E)的政策演變有很強的內在邏輯關聯。電力行業立足宏觀經濟政策,可以將火電發展曆程劃分爲以下五個主要階段(我國煤電占火電的比重約爲90%~95%,因此一般將火電與煤電等同):

探索期(1949~1978年):

國家發展處于摸索前進階段,經濟基礎極爲薄弱,1952年國內生産總值僅爲679億元,開始實施重工業優先發展戰略,而高汙染、高耗能産業所帶來的環境汙染問題逐漸得到重視,1973年中國第一個具有法規性質的環境保護文件——《關于保護和改善環境的若幹規定》出台。這一時期,火電承擔了主要的電力供應角色,依靠國際援助、設備引進和艱難的自主探索,構建了以10萬千瓦及以下火電機組爲主的電力體系,火電裝機容量從1949年的169萬千瓦增加到1978年的3984萬千瓦,發電量從36億千瓦時增加到2119億千瓦時。

改革開放初期(1979~1991年):

中國開始經濟體制改革,加快經濟建設,以現代化戰略取代重工業優先發展戰略;要求增強能源供應能力,實行“集資辦電、多渠道籌資辦電”政策,以緩解電力短缺。1989年12月頒布《中華人民共和國環境保護法》,要求實現環境與經濟協調發展,初步推行環保經濟手段。改革開放初期,全國缺電400億千瓦時、電力缺口1000萬千瓦,發展方針是加快電力建設,使電力工業的發展速度與國民經濟發展相適應;當時電力發展以煤電爲主、水電爲輔,煤電建設多爲國産小型機組,效率低下、汙染嚴重。中國尚未在清潔高效煤電技術方面取得積極進展,此時的清潔煤電技術發展以設備技術進口和消化吸收爲主。

完善階段(1992~2002年):

在現代化戰略的基礎上,確立了全面建立市場經濟體制的發展方針,經濟建設從注重數量發展逐步轉向注重效益增長。中國陸續出台《節約能源法》《電力法》等法律法規,要求能源開發與節約並重,電力行業由“政企合一”轉變爲“政企分開”;進一步強調加強環境保護力度,全面推行排汙許可證制度、提高排汙收費標准等。這一階段電力行業的主要任務是全力保障經濟社會發展所需的電力供應,全國電力供需矛盾開始有所緩和;到2000年,全國電力裝機容量達到31932萬千瓦,發電量13685億千瓦時,電力裝機容量和發電量均居世界第二位,至此,長期存在的嚴重缺電局面才在低水平用電條件下達到供需相對平衡,部分地區略有盈余,全國電力供需矛盾開始有所緩和,消除了電力對國民經濟和社會發展的瓶頸制約。這一時期中國新增電力裝機以火電爲主,占全部新增裝機的72.8%,開始要求和鼓勵發展潔淨煤技術,通過引進大容量、高參數先進技術與設備,建設大型煤電機組,火電裝機從1993年的1.38億千瓦增加到2003年的2.9億千瓦。

深化階段(2003~2012年):

中國市場經濟機制日趨完善,爲經濟高速增長創造了良好的制度環境,中國經濟進入新型重工業化高速發展階段。中國提出要努力實現綠色發展,明確了更加嚴格和量化的節能與環保目標:到2010年,單位國內生産總值能源消耗比2005年降低20%左右,主要汙染物排放總量減少10%。《可再生能源法》于2006年實施,開啓了可再生能源規模化發展之路。這一時期,中國實施廠網分開、競價上網,開展節能調度,電力行業在加快發展可再生能源、鼓勵電力多元化發展的同時,自主建設了一大批60萬千瓦超臨界、60/100萬千瓦超超臨界機組。同時,開始實施“上大壓小”政策,即關停小機組,新建60萬千瓦及以上的大機組,提高能源效率、降低能源強度以及減少汙染物排放。潔淨煤技術在中國得到快速發展和應用。據統計,“十一五”期間,全國累計關停小機組7700萬千瓦,其中油電約700~1000萬千瓦,其余均爲煤電;2011~2013年間關停小機組1000萬千瓦,大部分關停的煤電機組壽命超過20年、容量低于20萬千瓦,優化了火電機組結構。

生態文明階段(2013年至今):

中國經濟從高速增長轉爲中高速增長,經濟進入新常態,經濟發展方式正從規模速度型粗放增長轉向質量效率型集約增長。中國政府提出加強生態文明建設,強化低碳發展;《環境保護稅法》開始實施,排汙費改爲環保稅;新一輪電力體制改革開始。《能源生産和消費革命戰略(2016-2030)》要求到2020年把能源消費總量控制在50億噸標准煤以內,煤炭消費比重降低到58%以下,全國發電裝機容量20億千瓦,非化石能源發電裝機達到7.7億千瓦左右;承諾二氧化碳排放2030年左右達到峰值並爭取盡早達峰,單位國內生産總值二氧化碳排放比2005年下降60%~65%。這一期間在技術進步、補貼政策等推動下,中國可再生能源高速發展,2013~2018年間新增風電和光伏裝機2.8億千瓦;提出超低排放標准,2018年火電裝機容量已達11.4億千瓦,清潔高效煤電技術逐步走向國際領先。政府提高了新建煤電機組准入標准,限制煤電的新增規模,要求淘汰30萬千瓦以下落後産能,對現役煤電機組實行節能和超低排放改造升級,實施供給側結構性改革。電力逐步實現了可再生能源、煤電、水電、核電等多元化發展,電力供應出現盈余。這一階段,中國已經站到了全球火電技術創新的最前沿。

二、從依賴進口到全球引領,火電行業創造輝煌成就

新中國成立時,經濟基礎極爲薄弱。1952年國內生産總值僅爲679億元,人均國內生産總值爲119元。經過長期努力,尤其是改革開放後,我國經濟高速增長,近三年,我國經濟總量連續跨越70萬億、80萬億和90萬億元大關,2018年達到900309億元,占世界經濟的比重接近16%。人均國民總收入達到9732美元,高于中等收入國家平均水平。這樣的發展奇迹背後,作爲國民經濟支柱的電力工業爲經濟增長和社會進步提供了強力保障和巨大動力,取得了輝煌驕人的成就。

火電爲電力供應能力的極大提高作出決定性貢獻

新中國成立初年,中國電力資源極其匮乏。1949年底,全國發電裝機總容量僅有185萬千瓦(火電91%)、全年發電量43億千瓦時(火電84%),分別排在全球第21位和第25位;全年實際用電量只有34.6億千瓦時,相當于2018年北京市鄉村居民的生活用電水平;人均年用電量9千瓦時,僅可以供應現在普通家用空調開9個小時。2018年底,中國發電裝機總量189948萬千瓦(火電60%)、全年發電量69939億千瓦時(火電70%),人均裝機和人均用電量分別爲1.36千瓦和4889千瓦時,2015年全面解決我國無電人口用電問題,有力保障了經濟發展和國民生活的用電需求。中國以火電爲主的電力結構特征一直延續至今,1949~2018年間,火電裝機和發電量分別實現了677倍和1367倍的增幅,助力中國實現電力工業從小到大、電力供應能力從弱到強的跨越式發展。

火電實現了從裝備進口到自主創新的技術跨越

新中國成立初期,中國的電力發展主要依靠蘇聯援助和設備進口,1956年第一套6000千瓦火電機組在安徽淮南電廠勝利投入運行,標志著火電機組國産制造的開端,此後國産火電機組的容量不斷提高,1967年國産第一台10萬千瓦火力發電機組在高井發電廠安裝成功,實現了早期電力裝備制造的技術積累。改革開放初期,中國電力裝備制造水平依然落後,只有爲數不多的20萬千瓦火電機組,30萬千瓦火電機組尚需進口,核電站直到20世紀80年代才在國外的幫助下建成。直到1985年,通過引進國外技術,國産第一台60萬千瓦亞臨界火電機組在安徽淮南成功運行,標志著中國大容量、高參數火電機組自主化制造的開端。現如今,中國自主制造的百萬千瓦級超超臨界機組已遍地開花,2017年達到了103台,百萬千瓦級超超臨界空冷機組、60萬千瓦超臨界循環流化床、二次再熱超超臨界煤電等技術已處于推廣階段。中國火電事業從無到有、自主創新,機組技術水平不斷提高、居于世界領先水平。

火電機組結構優化,能效水平世界先進

改革開放之前,中國火電以10萬千瓦及以下機組爲主;20世紀80年代至2000年,雖然以30萬千瓦及以下機組爲主,但大容量機組開始興起,新增機組多是30萬千瓦及以上機組;現如今,30萬千瓦以上火電機組比例由2000年的42.9%增長到2017年的79.5%,提高了36.6個百分點。火電機組結構的不斷優化,一方面得益于火電裝備制造技術水平的提高,大容量、高參數(超臨界、超超臨界)煤電機組大規模投運,另一方面,“上大壓小”、淘汰落後産能政策的持續發力加快了小機組的退出。目前中國火電機組的加權平均運行年限爲14.5年,與美國平均運行年限約38年的火電機組相比,中國火電正值青壯年。火電機組結構優化的直觀成果就是機組發電效率顯著提升,已高于德國、美國和澳大利亞等國家,與日本基本持平。據估算,2018年中國煤電發電效率約爲42.4%,平均供電煤耗從1958年的601克/千瓦時下降爲2018年的308克/千瓦時,降幅高達48.7%,其中最先進的100萬千瓦超超臨界機組的供電煤耗已降至271克/千瓦時,處于全球領先水平。

火電碳排放強度大幅度下降

中國火電發電效率提高、供電煤耗降低,加之非化石能源發電快速發展,使得電力行業碳排放強度顯著下降。據中電聯統計,2017年中國全電力碳排放強度和火電碳排放強度分別約爲598克/千瓦時和843克/千瓦時,較1978年分別降低了35.7%和44.8%,煤電碳排放控制水平高于美國、德國、加拿大、法國、英國等經濟體。以2005年爲基准年,2006~2017年,通過發展非化石能源、提高能源效率等措施,中國電力行業累計減少二氧化碳排放約113億噸,其中提高煤電效率對二氧化碳減排貢獻率爲45%,發展非化石能源的貢獻率爲53%,有效減緩了電力二氧化碳排放總量的增長。

火電汙染控制技術不斷升級,清潔高效成爲發展主旋律

隨著煤電裝備技術、汙染治理技術的快速提高,煤電機組結構的持續優化,管理水平的持續進步,中國燃煤電廠實現了從設計、施工、投運到關停的全過程管理。中國燃煤電廠實現了全過程(從設計、施工、投運到關停)、全方位(供電煤耗、排放濃度、總量控制、監管、統計等)、全要素(氣、水、聲、渣等)的清潔化發展。

目前中國是世界上燃煤常規汙染物排放標准最嚴的經濟體。中國不斷加強環境保護力度,2014~2020年,全面推廣超低排放,要求新建燃煤發電機組常規大氣汙染物排放接近燃氣機組排放水平(基准含氧量6%情況下,煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放濃度分別不超過5、35、50毫克/立方米),在2020年前全面完成超低排放改造。據估計,燃煤電廠超低排放改造所達到的二氧化硫和氮氧化物減排效果分別爲中國近五年二氧化硫和氮氧化物減排總量的29%和47%。2017年與1978年相比,煤電單位發電量煙塵(顆粒物)、二氧化硫、氮氧化物排放量,分別由大約26、10、3.6克/千瓦時(1978年數據由作者估算得出)下降到0.06、0.26、0.25克/千瓦時。截至2018年,全國達到超低排放限值的煤電機組約8.1億千瓦,占全國煤電總裝機容量的80%,節能改造累計完成6.5億千瓦以上,超額完成改造任務。煤電超低排放標准配套電價補貼政策,成就了全球規模最大的清潔高效煤電供應體系。

火電助力國際能源合作

火電行業成爲中國電力行業國際合作從“引進來”發展爲“走出去”的重要窗口。新中國成立初期國家電力行業的發展幾乎完全依賴國際合作,經過70年的不斷探索與創新,中國的火電技術已經走向世界。

“引進來”推動電力工業快速發展。新中國成立之後的設備引進和技術外援基本保障了初期工業化發展的電力需求;改革開放後,實行集資辦電,電力行業利用世界銀行、亞洲開發銀行等國際金融組織貸款、外國政府貸款和出口信貸,從近20個國家進口設備,1982年和1985年分別投運了引進日本和法國的35萬和60萬千瓦亞臨界壓力機組,1987年和1988年引進美國技術自行制造的亞臨界壓力30萬和60萬千瓦機級相繼投運。中國電力行業在“引進來”的過程中,消化吸收國外先進的工程設計技術,制造技術,施工、安裝、運行技術以及先進的管理經驗,並融入中國實際進行技術和管理層面的創新與實踐,爲電力“走出去”奠定基礎。

“走出去”創造累累碩果。中國電力企業“走出去”始于對外援建,逐步發展到境外工程承包與勞務合作、電力設備出口和對外投資與經營等各個領域。2013年“一帶一路”倡議的提出擴寬了中國電力企業“走出去”的道路。2013至2017年,我國主要電力企業在“一帶一路”相關國家年度實際完成投資額3000萬美元以上項目50多個,累計實際完成投資80億美元;簽訂電力工程承包合同494個,總金額912億美元;成功投資運營菲律賓、巴西、葡萄牙、澳大利亞、意大利、希臘等國骨幹能源網。根據美國能源經濟與金融分析研究院彙總的數據,中國在全球27個國家資助和承建煤電項目共10155.8萬千瓦,占中國以外全球煤電項目體量的26%,涉及金額359.04億美元。其中,在12個國家有3234.2萬千瓦煤電裝機在建;在24個國家有7121.6萬千瓦煤電項目正在進行施工前期准備。“中國制造”“中國建造”“中國服務”受到了越來越多國家的歡迎,中國在全球能源治理體系中從局外走向局內,從被動跟隨轉變爲主動影響,其存在感和影響力大幅提升。

三、火電主導電力發展關鍵階段,在艱難中奮力前行

火電是以電價改革爲核心的電力體制改革排頭兵

火電作爲電力行業主體電源,其電價形成機制隨著電力供求關系、市場結構的變化而多次調整,以電價改革爲核心的電力體制改革,例如“標杆電價”機制、煤電價格聯動機制、環保電價等,對于推進煤電清潔高效發展、完善電力市場化競爭、補充可再生能源補貼資金非常重要。

從1985年以來,中國先後實行了“還本付息電價”“燃運加價”“經營期電價”等多項電價政策,對扭轉新中國成立前期存在的缺電局面,支持社會經濟建設起到了積極的過渡作用。

直到2004年,國家在“經營期電價”的基礎上實施“標杆電價”機制;同年,爲理順煤電價格關系,國家又實施煤電價格聯動機制,但“市場煤”和“計劃電”之間的深層矛盾使得聯動機制收效有限。

2014年提出“超低排放”改造政策後,開始實施環保電價政策(即在每千瓦時上網標杆電價基礎上,煙氣脫硫增加1.5分錢、脫硝增加1分錢、深度除塵增加0.2分錢、老機組超低排放再增加1分錢),這是對火電廠大氣汙染物控制采用環境經濟激勵政策的重要制度創新,具有將汙染治理的正外部經濟性內部化的中國特色政策,對于推動煤電企業降低汙染排放作用巨大。

2015年新一輪以“逐步放開計劃電量,放開發電側和售電側電價、管住輸電側電價,在電力交易市場平台上交易”爲主要特征的電力體制改革啓動。目前,已對煤炭、鋼鐵、有色、建材等4個行業的電力用戶全面放開發、用電計劃,在“基准電價+浮動機制”的框架內,由用戶和發電企業自主協商確定供電價格機制。

隨著電力市場化改革的推進和可再生能源平價上網的臨近,未來火電電價要遵循市場競爭原則,不同機組按照基荷、調峰、備用等功能實現“服務定價”。

火電推動高比例可再生能源電力系統功能完善

新中國成立之後的很長一段時期內,中國的電力供應是“水火並舉”,火電和水電能夠滿足電力電量平衡要求,對電力系統穩定性幾乎沒有影響。2006年《可再生能源法》頒布後,以風、光爲主的隨機性新能源開始快速發展,2018年風電、光伏占全部電力裝機容量的18.9%、總發電量的7.8%。風、光的波動性輸出已經對電力系統安全運行産生影響,必須要依靠可控電源調度(調峰、調頻、調壓的靈活電源)及隨機性能源預測來維持電力系統穩定性。一方面,火電是當前技術最爲成熟、全球應用最爲廣泛的靈活性電源,未來高比例可再生能源電力系統需要有足夠的靈活性資源配比,因而中國也加大了對火電靈活性的挖掘,要求到2020年,熱電聯産機組和常規煤電靈活性改造規模分別達到1.33億千瓦和8600萬千瓦;另一方面,可再生能源對傳統能源替代效應逐漸增強,將承擔一部分負荷平衡的責任,這就要求火電爲可再生能源發展讓出足夠空間。火電作爲中國電力系統主體電源,爲適應電力系統“源-網-荷-儲-用”多態發展的新趨勢,必須調整其功能定位,由以往的電量型電源向電量電力型電源轉變,承擔起“靈活性資源提供者”的角色。

火電試水市場化方向的産業政策體系

中國火電已經建立了完備的産業發展體系。通過法律體系、規劃綱要體系、行政管理體系等途徑,采用強化准入條件、項目審批、頒布負面清單、汙染物排放總量控制、汙染物排放標准、能耗限額控制、環境影響評價、節能評估、清潔生産審核等手段對煤電能效和汙染物排放不斷提出更高要求,並逐漸過渡到市場競爭階段。

回顧曆史進程,火電既是中國電力發展的“領頭羊”,也是國家實施改革的“先行者”。新中國成立初期電力資源匮乏,需要采取電力管制手段實現生産過渡。改革開放後,實行“集資辦電、多渠道籌資辦電”,興建了一批小火電機組,爲發電領域引入競爭機制創造了體制條件。1997年國家開始在電力行業實行政企分開,糾正電力行業出現的一些弊病,例如關停小煤電、按發電項目經營期核定平均上網電價等,政府管控減弱、市場競爭萌芽。2002年國務院出台的《電力體制改革方案》要求實施廠網分開、實行競價上網和節能調度、開展大用戶直供電試點,爲新一輪電力體制改革奠定了基礎。2015年中共中央、國務院聯合下發了《關于進一步深化電力體制改革的若幹意見》(中發〔2015〕9號,稱9號文),揭開了深化電力體制改革的序幕,與火電直接相關的改革突破有:第一,發電權交易,一般情況下,發電權交易必須是高效節能環保機組替代其他機組發電(例如,高效節能環保機組替代高能耗、高汙染機組發電,水電等清潔能源機組替代火電機組發電)。開展發電權交易的替代方的火電機組原則上應投運脫硫等設施,供電煤耗應低于被替代機組的供電煤耗,並且應低于所在電網上年度的平均供電煤耗。第二,實施“上大壓小、關停小火電、調整電源結構”政策,建立高效節能環保機組與關停高能耗、高汙染小火電機組之間的經濟補償機制。

從國家政策目標與電力市場化改革的核心價值來看,可預見在新電改階段“政府放開、市場主導”的規則下,火電將告別平均主義。電力低碳環保要求將日趨嚴格,隨著全國碳市場進入實質性建設階段,火電企業將全面進入“按證排汙”時期,倒逼電力企業提質增效,煤電清潔利用率與清潔發電技術將繼續提升。

四、火電肩負新時代能源轉型重擔,決勝“清潔、低碳、安全、高效”能源之路

長期以來,火電是保障國家電力供應安全的主力電源。資源禀賦決定了中國電力體系即使是在能源轉型和減排承諾的重壓下依然無法完全擺脫火電。持續降低煤炭消費比重、大幅提高非化石能源比重是能源生産革命的主要目標,到目前爲止,能源生産革命主要依靠傳統化石能源(煤炭)的清潔化,中長期則需要依靠可再生能源大規模發展來實現。低碳清潔是全球能源發展的主流觀念,但未來二三十年(中長期)內火電仍將是爲中國提供電力、電量保障的主體。

火電的曆史特征是“能力越大、責任越大”,例如,火電爲市場化改革試點、碳市場試點、爲可再生能源消納讓出空間、提供靈活性服務保障電力系統安全、環保減排政策施壓等。要實現火電“破局”,從解決當前矛盾的需要及中長期發展趨勢的角度來看,都需要提高火電機組靈活性運行性能,調整功能定位,從能源系統、電力系統最優角度來設計火電發展路徑,不同類型、狀態、標准的火電機組要按需承擔基荷、調峰及輔助備用的角色,避免“一刀切”。

火電要繼續走清潔、高效、環保、安全的發展之路。一方面,大容量、高參數機組的高效低耗結合超低排放改造,極大地緩解了電力生産與資源環境之間的矛盾,未來要繼續深挖機組技術潛力、加強汙染物綜合治理、開創産業循環經濟、推進區域定制化服務;另一方面,從全社會系統角度出發,火電已不再是首要汙染源,散煤燃燒造成的大氣汙染不容忽視,全球電煤占煤炭消費的比重平均約56%,美國、澳大利亞在90%以上,德國、加拿大、英國等在70%~80%之間,適度提高電煤比重可有效減少散煤使用,在一定程度上可進一步降低煤炭消費比重。火電的清潔高效發展是中國能源革命與低碳轉型的關鍵助推器。

五、結語

中国火电发展历经坎坷,经过不懈的努力,终于取得今天的辉煌成就。火电圆满完成既定的历史使命,并且依然保持着旺盛的生命力。在新中国成立70周年之际,火电面临能源转型重任,依然负重前行,从新中国成立伊始的“一枝独秀”到如今的“攻坚克难”,未来仍会作为主力电源支撑能源转型之路。(作者:袁家海 华北电力大学经济与管理学院教授,张浩楠 华北电力大学经济与管理学院博士生)

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