【電力】中國電力低碳發展現狀及路徑建議
“十二五”期間,中國電力行業通過提高非化石能源比重、淘汰落后小火電機組、提高發電效率、降低線損率等措施,在低碳發展方面取得了顯著成效。同時,電力低碳發展還存在法規政策不協調、發展目標交叉矛盾、基礎工作不扎實、技術人才缺失、產業發展成熟度不夠等問題。電力行業在面臨經濟新常態、體制機制改革的形勢下,既要為國民經濟發展提供安全穩定電能,又要承擔起綠色轉型及能源系統優化的艱巨任務。在電力發展中,既要強化電力自身的低碳發展,又要充分發揮電力在促進全社會低碳發展中的基礎作用。因此,在構建電力發展目標和法規政策框架時,要以能源革命價值為導向,發揮電力工業在能源系統優化中的核心作用,建立健全以市場為導向的電力碳減排新機制。
中國電力低碳發展現狀
中國電力行業發展情況
截至2015年底,全國全口徑發電裝機容量15.3億千瓦,比2010年增長57.8%。新世紀以來,以5年為周期,全國裝機平均增速情況分別是:2001~2005年為10.1%,2006~2010年為13.3%,2011~2015年為9.5%。比較可見,“十二五”后期,中國經濟進入新常態,電力發展明顯放緩,拉低了平均增速,但由于電力建設周期“慣性”以及可再生能源裝機增長較快等原因,我國發電裝機每年仍保持增加1億千瓦左右的增長。圖1為中國全口徑發電裝機容量及發電量年增長圖。從圖中可以看出,盡管發電裝機容量繼續保持總量的快速增長,但發電量的增長自2012年以來明顯放緩,表明中國電力結構向清潔化發展以及電力供需矛盾由短缺向相對過剩轉變。
電力低碳發展采取的主要措施及效果
在應對氣候變化立法方面,法制化建設不斷推進,但尚未出臺氣候變化專項法律。低碳發展的相關政策主要依據相關法律、規劃及國家向國際社會作出的有關減排承諾、頒布的國家行動方案等載體來體現。如《可再生能源法》、《清潔生產促進法》、《循環經濟促進法》、《應對氣候變化國家方案》、《中美聯合聲明》,以及碳市場建設、低碳發展試點、碳排放統計核算、低碳發展技術產品標準等。
電力低碳發展目標要求方面,主要體現在能源電力規劃、節能減排規劃、應對氣候變化規劃等要求中,主要包括非化石能源發電目標、與低碳電力發展相關的節能減排目標和低碳發展目標等方面。如《能源發展“十二五”規劃》、《可再生能源發展“十二五”規劃》、《國家應對氣候變化規劃(2014-2020年)》和《節能減排“十二五”規劃》等。其中,《能源發展“十二五”規劃》明確了“非化石能源發電裝機比重達到30%,運行核電裝機達到4000萬千瓦,在建規模1800萬千瓦,風能發電裝機規模達到1億千瓦,太陽能發電裝機規模達到2100萬千瓦,生物質能發電裝機規模達到1300萬千瓦;淘汰落后煤電機組2000萬千瓦,火電供電標準煤耗下降到323克/千瓦時;‘十二五’時期,全國新增燃氣電站3000萬千瓦”。《可再生能源發展“十二五”規劃》明確了“可再生能源新增發電裝機1.6億千瓦,其中常規水電6100萬千瓦,風電7000萬千瓦,太陽能發電2000萬千瓦,生物質發電750萬千瓦,到2015年可再生能源發電量爭取達到總發電量的20%以上”。《節能減排“十二五”規劃》提出“2015年火電供電煤耗325克/千瓦時,火電廠廠用電率6.2%,電網綜合線損率6.3%”。《國家應對氣候變化規劃(2014~2020年)》提出“到2015年,大型發電企業集團單位供電二氧化碳排放水平控制在650克/千瓦時;2015年全國火電單位供電二氧化碳排放比2010年下降3%左右。”
主要措施:
一是提高非化石能源比重,優化電源結構。上世紀80年代,我國非化石能源裝機不到2000萬千瓦;2015年底,比重達到34.8%。其中,全國水電裝機容量3.2億千瓦,比重21%(其中抽水蓄能2305萬千瓦);并網風電裝機容量1.3萬千瓦,比重8.57%;并網太陽能發電裝機容量4218萬千瓦,比重2.77%;核電裝機容量2717萬千瓦,比重1.78%。同時,火電機組結構持續優化。一是新建火電機組基本是60萬千瓦及以上超超臨界大型機組。30萬千瓦及以上火電機組比例從1995年的27.8%提高到2015年的78.57%;中國單機容量100萬千瓦的超超臨界機組數量居世界首位。二是熱電聯產機組比重不斷提高。熱電聯產機組節能環保水平好于一般工業鍋爐、供熱鍋爐。通過熱電聯產的方式,可代替大量散燒供熱鍋爐。三是淘汰小火電機組。2005~2015年,電力行業關停淘汰落后小火電機組容量超過1億千瓦。四是因地制宜發展碳排放強度較低、調峰性能好的燃機電站,2015年天然氣發電裝機已經達到6600多萬千瓦,占火電機組的4.33%左右。
二是加快推動工程技術改造與碳捕集試點。對現役機組開展汽輪機通流改造、泵與風機變頻改造、微油點火、等離子點火等節能技術改造,持續降低機組能耗。如華能天津25萬千瓦IGCC示范工程已經投產;華能北京熱電廠、上海石洞口第二電廠和重慶合川雙槐電廠先后投產了3000噸/年、12萬噸/年、1萬噸/年的二氧化碳捕集示范工程;大唐國際高井熱電廠建成了全球首個燃機電站CCS示范項目;35萬千瓦超臨界空冷供熱工程富氧燃燒示范項目正在進行可研。
三是推動制度建設與市場機制建設。初步建立或提出了包括強制性能效標準、技術規范、節能評估、節能發電調度、發電權交易、能效對標、財政補貼、需求側管理等制度和政策。國家發改委推進七省(市)碳排放交易試點工作,試點區域已覆蓋多家電力集團公司的發電企業。
取得的成效:
通過以上措施,1978~2015年發電和熱電聯產消耗原煤量由1.09億噸增加到18.8億噸,增加了17倍,但是能源利用效率大幅度提高,供電標準煤耗由1978年的471克/千瓦時下降到2015年的315克/千瓦時,換算為電力轉換效率提高了約12.9個百分點。
2005年以來,隨著發電結構及火電結構的優化,電力行業碳排放強度持續下降。經中電聯初步統計分析,2015年,全國單位火電發電量二氧化碳排放約835克/千瓦時,比2005年下降20.3%;單位發電量二氧化碳排放約610克/千瓦時,比2005年下降28.9%。以2005年為基準年,2006~2015年,通過發展非化石能源、降低供電煤耗和線損率等措施,電力行業累計減少二氧化碳排放約76億噸,有效減緩了電力二氧化碳排放總量的增長。其中,供電煤耗降低對電力行業二氧化碳減排貢獻率為48%,非化石能源發展貢獻率為50%(見圖2)。
存在的主要問題:
一是低碳發展專項法律缺失,法律頂層設計缺位。能源發展、節能減排、可再生能源發展以及環保等相關法律法規對電力低碳、環保、節能等要求存在交叉、矛盾、不合理等問題。由于節能、減碳、常規污染物減排之間存在相互約束,如過度環保要求會增加能耗,過度節能會增加水資源消耗,節能并不一定減碳等。法律之間不協調,直接影響到各種政策目標之間的不協調,既是導致電源與電網不協調、可再生能源發電無序發展、煤電發展定位不明確等問題的重要原因,也是導致強制性能耗限額與排污權交易等市場機制應用、節能環保調度與經濟性調度、減少棄風棄水與煤電利用小時數下降能耗升高等矛盾的重要原因。
二是管理部門間職能存在重復和交叉。中央與地方、部門之間、部門各處之間等管理權限和監管權限不清晰,在政策制訂上不同部門、不同時間出臺的政策目標存在矛盾或“一刀切”的現象。如有的地方政府要求進入到“萬家企業”的電力企業“十二五”期間能耗下降15%(或更高),體現在常規火電機組上5年內供電煤耗要下降30~50克/千瓦時,而目前我國煤電機組經過多輪技術改造,供電煤耗已達到世界先進水平,難有大幅下降空間。
此外,低碳基礎工作不扎實,各相關要求缺乏配套的政策和技術規范,節能、低碳產業發展不成熟等問題也十分突出。
電力低碳發展面臨的主要形勢和路徑選擇
電力低碳發展的形勢及任務
一是總體上看,中國電力仍然有較大的發展空間,電力消費增速雖然大為放緩,但這種放緩受周期性規律支配。隨著我國經濟社會的持續發展,電氣化水平將持續提高,電力發展仍將在中長期階段維持中速增長水平。我國“十三五”電力發展規劃已經頒布,明確了2020年電力發展的基本規模。預計到2030年,電力裝機將達到32億千瓦左右,發電量將達到12萬億千瓦時,非化石能源發電裝機比重將上升至接近50%,發電量比重分別上升至38%。由于煤電在未來二三十年仍將占據電力、電量的基礎性和主導性地位,所以電力低碳發展的壓力長期存在。
二是行業間、地區間發展極不平衡。我國現階段既存在處于世界先進水平的電力行業,同時也存在大量落后的工業結構,而且電力行業內部的技術發展水平也存在差異。另外,我國的東西部地區發展不平衡,使得中國碳減排既有很大空間,也有很大難度。
三是電力行業應對氣候變化的基礎工作仍然十分薄弱。目前,電力行業溫室氣體排放情況底數不清,各集團、各層級、各區域應對氣候變化尚未形成統一共識;而且應對氣候變化的人才隊伍、技術管理水平差距很大,對有效開展應對氣候變化管理工作造成一定影響。
四是非化石能源發展面臨壓力。近年來,我國非化石能源大規模快速發展,集中暴露出一些關鍵問題,如規劃不協調造成廠網發展不一致,電價補貼等經濟財稅政策滯后不配套,電網安全調峰、儲能技術不匹配以及相關法規政策技術規范不配套等問題,全國棄風棄水棄光問題較為突出。
五是通過技術手段降低二氧化碳強度的壓力很大。目前,我國電力行業的供電煤耗和線損率總體上已達到世界先進水平,近十年建設的發電裝機容量已占全國總裝機容量的60%以上,特別是火電機組,產生的“鎖定效應”明顯,使節能減排空間逐步縮小,降低二氧化碳強度空間有限。
面臨新的發展形勢和要求,電力工業既要進一步發展以支撐經濟社會發展需要,還要轉型發展承擔起能源系統優化的艱巨任務,充分發揮促進中國碳排放達到峰值以及在能源變革中的作用。
低碳電力發展的目標和路徑
電力低碳發展主要目標。根據已頒布的相關規劃,未來電力低碳發展主要目標已基本明確。2016年12月,國家發改委、國家能源局頒布《電力發展“十三五”規劃》,主要發展目標有:2020年全社會用電量6.8~7.2萬億千瓦時,年均增長3.6%~4.8%;全國發電裝機容量20 億千瓦,年均增長5.5%;電能占終端能源消費比重達到27%。到2020年,非化石能源發電裝機達到7.7 億千瓦左右,占比約39%,發電量占比提高到31%;氣電裝機增加5000 萬千瓦,達到1.1 億千瓦以上,占比超過5%;煤電裝機力爭控制在11 億千瓦以內,占比降至約55%;新建燃煤發電機組平均供電煤耗低于300 克標煤/千瓦時,現役燃煤發電機組經改造平均供電煤耗低于310 克標煤/千瓦時。火電機組二氧化硫和氮氧化物年排放總量均力爭下降50%以上。30 萬千瓦級以上具備條件的燃煤機組全部實現超低排放,煤電機組二氧化碳排放強度下降到865 克/千瓦時左右等。
電力低碳發展路徑分析。實現電力低碳發展目標路徑包括兩個層面:
一是社會層面。即改進社會終端用電需求的增長規模以及增長方式。首先,將低品位的可再生能源轉換為高品位的電力,需要通過電力生產來實現;同時,通過電網與電源(包括分布式電源)的協調發展、各等級容量機組的合理配置,在更大范圍內優化配置能源資源。其次,從區域循環經濟角度看,由于電力企業往往是區域內產業鏈中資源流、能量流和資金流的中心,是生態工業的“心臟”,因此,以電力為中心,可以開創具有不同特點的煤、電、化、鐵(鋁)、熱一體的、符合我國以煤為主的能源資源特點的區域循環經濟發展模式。從需求側看,電網作為實施主體,通過智能電網的發展和應用,可以促進用戶節約用電、科學用電、經濟用電,實現需求側低碳消費的需要。以電力工業的平臺,促進實現經濟、社會、生態環境綜合價值的最大化。
二是電力工業自身層面。按照電力適度超前發展的原則,加快推進水電、核電、風電、太陽能建設,提高非化石能源占一次能源比重;推進常規抽水蓄能作為重要儲能手段的建設,開發利用新型儲能技術,保證可再生能源發電大規模建設、接入和充分利用;加強新能源發電與調峰電源、消納市場、電網發展相協調。提高能源轉化效率,其主要途徑是在具有經濟效益條件下,對現有機組進一步挖潛增效;繼續研究700攝氏度超超臨界燃煤發電技術;在現有成熟材料技術的基礎上,充分發揮材料的潛能,在安全的前提下進一步提高機組的參數和容量;通過熱電聯產等方式加大能源的梯級利用和資源的綜合利用,提高煤炭能量和資源的利用率。因地制宜開發和使用二氧化碳捕集、封存、利用(CCUS)技術。CCUS技術是具有戰略意義的溫室氣體控制技術,其發展和利用的步伐和程度,既取決于“CCUS”的能源消耗水平,也取決于二氧化碳利用技術發展和應用的規模化,還取決于新能源發電技術、儲能技術的發展和經濟性。預計在2030年之前CCUS技術在減排二氧化碳中發揮的作用有限,但仍可將其作為減少溫室氣體排放的戰略性技術儲備。要加快智能電網的建設,構建更加堅強的網架結構,加大電網自身的智能化硬件改造力度,同步建設以大數據為支撐的決策系統,推進發揮電網在低碳發展中的強大資源調配作用。
促進我國電力低碳發展的政策建議
從理念上牢固樹立電力在推進能源和經濟發展中對建設低碳社會的重要作用。要堅持以電力為中心,對中國能源系統進行優化。一是要大力但要有序促進非化石能源發電,積極創造條件消納可再生能源的電量,同時不斷通過技術進步提高電能質量。二是更加注重更大范圍的各種電能與各種資源的優勢互補,更加重視煤電與氣電、核電、可再生能源發電、抽水蓄能之間的優勢互補,更加重視大電網、更大能源資源的優化配置與分布式能源發電的互補,更加重視“互聯網+”帶來的需求側響應的重大變化與智能電網的聯動協調。三是要創新性發展能量與資源互補和系統優化,如智能化工廠和工藝可以將電解鋁這樣的高載能(而不宜稱為“高耗能”)產品生產轉化為一種電量“物質化”產品,從而在客觀上起到蓄電的作用,也可以將此種功能稱為準蓄能。再如科學有序的煤炭多聯產工藝也可以做到能量與物質的聯合梯級利用,更加重視科學的循環經濟的發展。
建立以低碳發展為目標導向的能源電力法規政策框架體系。以低碳發展為統領全面梳理能源、電力與節能減排的法律法規政策,建立統一完整、協調配套的法規政策和制度體系,再由各地方根據國家政策法規制定適宜的地方法規。對電力行業而言,應加快把工作重點從煤電常規污染物控制、能效控制轉移到二氧化碳為主體的控制思路上來,應當將二氧化碳作為煤電的核心問題加以管理。如在常規污染物控制方面統籌協調節能、減碳、節水、控制常規污染物的各種關系,綜合推進滿足環境質量的低成本、低物耗、少產生二次污染的減排技術。
研究新常態下新的電力發展評價指標體系和標準。即以能源革命的價值導向為指導,與國際經驗相結合,建立新的評價體系。從歷史和發展眼光看,指標體系和評價標準都是與時俱進的。在新常態下,電力彈性系數、年裝機容量、年發電量、設備利用小時數、備用率、效率、常規污染排放總量、績效等需要完善或重新定義。如把年利用小時數可達8000小時的核電裝機容量與年利用小時數約1000多小時的光伏裝機相加來說明裝機的多少,沒有太大意義。再如,對電力常規污染物排放總量考核也即將失去意義,而碳排放、耗水量等指標將成為重要指標。
把成本效益分析作為低碳政策制定的必備環節。能源轉型中各種能源的比例大小即競爭力大小,關鍵還是取決于在考慮了全生命周期內的環境影響、生態保護、能源安全、二氧化碳控制等要求后的經濟性。在2016年蘇州國際能源論壇上,不論是國際組織代表還是丹麥能源部門官員,在演講中都強調了新能源發展的經濟性問題,如丹麥的官員介紹,之所以丹麥的風電比例高是因為風電便宜。因此,無論是煤炭的清潔、高效利用,還是天然氣燃機發電的發展,還是新能源的發展等,在政策制訂中都應把階段性碳目標與成本效益分析結合起來進行全面優化。
強化市場機制加強各方協調。一方面我國已經明確了采取市場機制推進生態文明建設、推進電力體制改革、推進能源革命、推進應對氣候變化等;另一方面,由于電力工業具有公用性質和基礎產業性質,需要充分發揮政府宏觀調控和監管的作用。因此協調好政府和市場的關系,中央政府和地方政府的關系,中央政府能源、電力、環保、低碳、節能各主管部門的關系,企業和社會的關系,央企和民企的關系,廠網關系等都是非常重要的。這些關系都是電力低碳發展道路上的“關口”,任何一個“關口”不暢都影響低碳發展的速度和質量。當前存在的最主要的問題是打著推進低碳發展的旗幟,依據各自的職能出臺從單方面看似乎都正確的市場機制政策或強制性要求。
但綜合起來看卻重疊、交叉,這樣的弊端在火電廠污染控制上正在通過“一證式”排污許可管理的改革解決。類似的情況在低碳發展、清潔發展方面依然存在,如節能調度、環保調度、碳市場、電力市場、新能源補貼、環保電價、排污權交易、排污權有償使用、環境稅、強制性淘汰及各種形形色色的政策之間缺乏協調。因此,要通過市場機制讓企業自主選擇電力低碳發展的道路,減少對企業的行政干預,該監管的要依法嚴格監管,并向排污許可“一證式”管理改革一樣,對電力低碳發展的管理也采取“一證式”,加強部門間的協調,減少政出多門,將解決問題的鑰匙掌握在企業手中。