毛健雄：把牢煤電高質量發展定力

曾經在我國工業發展史上留下濃墨重彩的煤電，如今已經行走在高質量發展的新征程上。在當前能源革命向縱深推進的新形勢下，如何保持和發揮好傳統煤電這一“電力壓艙石”的兜底功能，如何統籌協調煤電新增容量、退役容量和延壽容量的關系，如何穩住清潔煤電在能源清潔發展的大格局中的發展定力，這是當前擺在煤電行業的重大課題、重大答卷。

近日，《中國電力報》記者就煤電高質量發展的相關問題采訪了清華大學能源與動力工程系教授毛健雄，圍繞當前煤電的定位、煤電的技術路線等進行了交流和討論。

“煤電今天高質量發展的重點應該放在對所有現役機組進行提質升級改造?！痹诿⌒劭磥?，各種類型的機組應該統籌兼顧，突出重點。

“高效化、清潔化與減量化”并舉應是煤炭戰略方向

《中國電力報》：請問在應對氣候變化和能源低碳發展的形勢下，您對煤炭在現今中國能源中的地位有什么看法？

毛健雄：為了應對氣候變化的挑戰，中國能源結構將加快升級，能源的低碳和清潔化水平將會顯著提高，作為高碳燃料的煤炭被替代程度將逐步加深，這是中國也是世界能源發展的必然趨勢。預計，石油和天然氣將會分別在2030-2035年和2040年后達到峰值。非化石能源在2050年前將會取代煤炭成為第一大能源品種。但是，中國能源資源的稟賦決定了煤炭為主的能源結構，在至少未來30年的一個相當長的時期內，煤炭作為我國最可靠、最安全和最經濟的能源，雖然比重在不斷下降，但是“煤為基礎，煤電為主，油氣進口”這一我國能源的基本格局在短時期內還無法改變。2018年，我國原煤產量36.8億噸，消費量39億噸，分別占一次能源生產和消費的69.6%和59%。2019年10月11日，國家能源委員會第四次全體會議指出，根據我國以煤為主的能源資源稟賦，預計到2030年，在多元發展的能源供給體系中，雖然我國煤炭的消費量比重會有所下降，但仍然會占一次能源總消費量的55%左右。因此，在我國能源發展戰略中對煤炭的定位應該是“以煤為主，綠色用煤”。根據對煤炭的這一戰略定位，即使為了應對“氣候變化”，激進的“去煤化”道路是走不通的，煤炭產業的未來發展方向，應該是走高效和清潔化的利用道路?！案咝Щ?、清潔化與減量化”應該是煤炭及相關產業同時并舉的戰略方向。

《中國電力報》：請您結合中國燃煤火電的現狀談談未來的發展還有多大的空間？

毛健雄：中國現在是世界上最大的煤炭生產和消費國，2018年煤炭總產量為36.8億噸，占全球總產量的45.43%?；谥袊耙悦簽橹鳌钡哪茉唇Y構和經濟高速發展的國情，推動了中國煤電的快速發展。就全球的燃煤火電情況，2018年，全球燃煤火電的總裝機容量為15.3億千瓦，仍然是全球各種發電電源中最大的板塊，其中，中國煤電的裝機容量超過10億千瓦，占全球燃煤發電機組總裝機容量的66%。從總裝機容量和總發電量看，2018年，中國電力的總裝機容量達到19億千瓦, 總發電量為69947億千瓦時，均為世界第一?，F在美國的總裝機容量只有中國的65%，中國比印度的總裝機容量大5倍。但是，如果考慮到人均裝機容量和人均發電量，現在中國人均裝機容量為1.36千瓦/人，人均發電量為4710千瓦時/人，雖然有了很大的發展，但是仍落后于幾乎所有的發達國家，甚至不如韓國。人均裝機容量和人均發電量可謂衡量一個國家的經濟發達程度和人民生活水平的重要標志之一，也是是否達到了發達國家水平的主要標志之一。由于現在我國的人均水平還較低， 仍然是發展中國家，這說明中國為實現在“第二個100年”達到中等發達國家水平的戰略目標，今后還需要發展更多的電力。因此，預計中國電力包括煤電的裝機容量和發電量還會有較大的發展空間。根據國際能源署的預測，全球今后計劃要建設的各種電源容量中，水電和氣電將有大幅度增加，煤電發展雖然增速放緩，但仍然要再建27-28億千瓦，中國新建煤電將仍會有3-4億千瓦的容量空間。

發揮好煤電“壓艙石”的兜底作用

《中國電力報》：為了應對氣候變化，中國正在大力發展可再生能源電力，您認為中國煤電在中國電力發展中的定位和發展要求應該是怎樣的？

毛健雄：自從中國對煤電實行“上大壓小”政策以來，淘汰了近1億千瓦的落后低效小機組，大力發展了先進超臨界和超超臨界大機組，現在僅超超臨界機組的總容量已超過1億千瓦，成為世界第一。按照國家能源局的數據，2018年，中國的全國平均供電煤耗已下降至321克標煤/千瓦時。2014年開始實行煤電全面超低排放改造，到現在為止，中國已是世界上燃煤火電總容量最大、平均效率最高、污染物排放最低的國家。

顯然，在應對氣候變化和能源低碳轉型的大形勢下，低碳電源，特別是可再生能源電力將會加速發展，煤電的發展速度和規模將會放緩和減小。但是，現在有些人主張，由于煤炭是高污染和高碳能源，因而煤電應該盡快退出歷史舞臺，認為今后中國不但完全不需要新增加煤電裝機容量，而且建議要將中國煤電的發電量在2050年前降為零，要求煤電應該“換下來、減下來、停下來”。這種“去煤電化”的主張符合中國的國情和能源的實際嗎？在中國能源結構現在仍然是“以煤為主”的情況下，煤電作為保障中國電力最安全可靠供應的“壓艙石”，只能而且必須在較長的時期內保持發展定力。而且，做好未來煤電、可再生能源電力和核電等各種電源電力發展的平衡十分關鍵，決不能因為要發展“低碳電源”而過早、過快搞所謂的“去煤電化”而大規模減少和淘汰煤電。中國各種電源的平衡和其他電源的調節補償需求，決定了煤電今后仍將長期發揮重要作用。為了能夠保證和消納可再生能源電力，中國需要進一步發揮煤電特殊的高保證出力能力和靈活性調節作用能力。因此，中國煤電的發展，應該統籌協調煤電新增容量、退役容量和延壽容量的關系，針對各種不同情況的煤電容量，采取不同的技術措施，以實現中國煤電高質量發展的目標。預計在一個相當長的時期內，中國仍需在電力系統中維持13-14億千瓦的煤電裝機容量， 也就是在2050年前，中國還需新增加約4億千瓦的新煤電機組的裝機容量，而決不是也決不可能從此中國不再發展任何新增煤電容量。此外，在當前形勢下，煤電的高質量發展，首先應該是抓住現役機組，要在技術上的先進性和經濟上的可持續性基礎上，對現役機組包括超臨界和超超臨界機組，特別是亞臨界機組，進一步加快提效降耗延壽和靈活性改造的高質量發展步伐。

關于中國煤電今后高質量發展對煤電的技術性能要求，2014年，三部委發布的《煤電節能減排升級與改造行動計劃（2014-2020）》，要求“到2020年，現役燃煤機組改造后的年平均供電煤耗低于310克/千瓦時（相當于額定負荷時290-295克/千瓦時）， 其中現役60萬千瓦及以上的機組（除空冷機組外），改造后年平均供電煤耗低于300克/千瓦時；國家能源局今年9月發布的《關于政協十三屆全國委員會第二次會議第1919號（公交點類192號）提案答復的函》稱：科技部會同有關部門正研究部署面向2030年的煤炭清潔利用重大項目，力爭到2030年在煤炭清潔燃燒與發電方面，“實現燃煤發電凈效率突破50%”、“燃煤發電機組實現20%-100%調峰”。如果這些要求目標得以實現，將會大大促進中國煤電的高質量發展。

創新是推動煤電高質量發展的關鍵

《中國電力報》：您認為中國應當怎樣實現煤電的高質量發展？

毛健雄：我認為，創新是推動中國煤電高質量發展的關鍵，中國煤電能夠走到今天這一步，成為世界容量最大、效率最高和最清潔的煤電容量，靠的是黨和國家政策的推動和中國廣大煤電人幾十年的努力奮斗和不斷創新發展的結果。其中，我可以舉上海申能公司的上海外高橋第三發電公司（簡稱外三）為例，因為我和清華大學我的老學長倪維斗院士及我的老同學原能源部總工程師秦中一等一起，多年來曾經與外三合作來推動其創新發展經驗的推廣，多次去過外三調研考察，因此對外三比較熟悉，了解的情況也比較多。我們推動外三推廣其創新技術的一個典型例子，是外三與華潤電力的合作。2012年，華潤電力在經過我們的介紹和推薦后，在當時的董事局主席周俊卿帶領下，在對外三電廠及其創新技術進行了仔細的調研評估后，確認了外三的先進創新技術，于2013年10月在上海與外三（通過申能科技公司）簽訂了《技術合作框架協議》，簽字那天我和倪維斗及秦中一三人均有幸被邀請參加簽字儀式以見證他們的合作。從那時以來的近6年時間，外三（申能科技）和華潤電力一共開展了四個大項目的技術改造合作， 其中三項（華潤銅山電廠2臺100萬千瓦超超機組改造、華潤曹妃甸2臺全新100萬千瓦一次再熱工程全套外三創新技術的應用、華潤徐州電廠32萬千瓦亞臨界機組的升級提效和靈活性改造）已經完成， 第四項華潤阜陽2臺66萬千瓦全高位布置二次再熱機組工程已在設計階段。因此，根據我們對外三廠本身的調查了解，特別是外三技術在華潤電力的推廣成功，使我們相信并一致認為，外三是中國煤電創新發展的突出代表，他們以擁有大量的創新技術，包括66項專利技術及諸多專有技術，實現了下面四個方面的突出成果：

改造現役超超臨界機組， 進一步提升其性能和降低煤耗。

自2008年外三的機組投產以來，他們將原設計供電煤耗為291克/千瓦時的2臺100萬千瓦超超臨界機組通過技術創新和改造，使年平均供電煤耗降低到276克/千瓦時，為當時的世界紀錄，并大大提升了機組的各項性能。被國家能源局授牌為全國唯一的“國家煤電節能減排示范基地”；被國際“POWER”雜志授予“頂級電廠”證書；在國際電力大會上被授予《Peabody 全球清潔煤領導者獎（最高效率及最低 NOx 排放）》；

2014-2015年，采用部分外三技術改造的華潤銅山電廠的2臺100萬千萬超超臨界機組，降低供電煤耗10克以上，達到年節約標準煤10余萬噸，改造后投產至今已近5年，其節約的標準煤已達50萬噸左右，折合原煤約70萬噸。

創新技術用于全新超超臨界機組的設計，實現外三技術的升級。

華潤曹妃甸電廠二期2臺100萬千萬一次再熱超超臨界工程，由上海外三（申能科技）為該項目提供全套的 “外三升級版” 創新技術，設計供電煤耗為263 克標煤/千瓦時，不但優于外三現在的煤耗指標， 而且優于100 萬千瓦常規設計的二次再熱機組在額定負荷下的設計供電煤耗267克標煤/千瓦時的指標。目前國內已投產的最先進的100萬千瓦二次再熱煤電機組凈效率為46%，采用外三升級版技術的曹妃甸二期100萬千瓦一次再熱的設計供電效率為46 .7%，而其投資僅為二次再熱的78%。說明采用外三節能減排創新技術，一次再熱不但能夠達到甚至超過常規設計的二次再熱的供電效率，而且能使電廠的投資達到極高的性價比。

突破傳統二次再熱超超臨界機組設計的制約瓶頸，創新更高效低成本二次再熱設計。

針對常規設計的二次再熱超超臨界機組存在的問題，特別是昂貴的長距離大直徑高溫蒸汽管道的瓶頸制約，外三（申能科技）創新設計了大大縮短高溫蒸汽管道的汽輪發電機組“高低位”和“全高位“布置，大大提高了效率，降低了煤耗和成本。對于大容量的二次再熱機組，采用“雙軸高低位布置”技術，現在用于正在建設中的申能安徽平山電廠二期“135萬千瓦二次再熱超超臨界”工程，該工程為國家示范項目， 預計在2020年投產發電。由于該技術可縮短大部分高溫蒸汽管道，使平山二期機組的設計供電煤耗低達 251 克/千瓦時，因而被時任上海市委書記的韓正副總理在考察外三時命名為“251 工程” 。

對于中等容量的二次再熱機組，如正在設計中的華潤安徽阜陽二期66萬千瓦二次再熱超超臨界工程，則采用“全高位布置”技術，該技術是在平山項目的“高低位布置”技術基礎上的“升級版”——“單軸全高位布置“系列技術，該技術極大地縮短了全部高溫蒸汽管道，其能夠達到的設計供電煤耗進一步降低為249 克/千瓦時，這將是當今世界最先進的水平。

“高溫亞臨界”系列技術。

據統計， 至2018年底， 我國現在仍有約3.5億千瓦的現役裝機容量為亞臨界機組，其在額定工況下的供電煤耗普遍高于318gce/kWh。經過協議，由外三（申能科技）采用其“高溫亞臨界”系列創新技術，負責為華潤徐州電廠320MW亞臨界機組項目進行改造，該項目于2019年8月10日改造完成后一次性通過168小時滿負荷試運行。華潤徐州電廠這次采用“外三（申能科技）“研發的“高溫亞臨界”系列創新技術改造其現役的亞臨界機組的實際效果，表現出了以下4個突出的特點：

“大幅度降低供電煤耗”：采用“高溫亞臨界”系列創新技術，對原320MW亞臨界機組，其主蒸汽和再熱蒸汽的壓力維持亞臨界不變，而主蒸汽和再熱蒸汽溫度均提高到超超臨界水平的600oC等級，再附加上其它外三的系列創新技術，改造后，該#3號機在額定工況下的設計供電煤耗從改造前的常規亞臨界水平的318gce/kWh，降低至改造后287gce/kWh的超超臨界水平，降幅達31gce/kWh。大大超過了國家六部委2014年發布的“6年行動計劃”要求的300萬千瓦等級煤電機組改造后的供電煤耗310克/千瓦時的目標要求。需要特別指出的是，該機組的汽輪機已在2012年進行過通流部分改造，因此，未經過通流改造過的機組，若采用“高溫亞臨界”系列創新技術進行改造，其供電煤耗的下降幅度還會大很多；

“大范圍可靠的高度靈活性調峰”：采用“高溫亞臨界”系列創新技術，除了能使效率大幅度提升外，機組還實現了在只有額定負荷19%的超低負荷下，長期、安全、穩定、高效和低排放的靈活運行，提前10年實現了科技部和國家能源局規劃的在2030年燃煤機組達到的20%-100%負荷范圍靈活性調節能力要求的目標，這對于電網可更多地消納可再生能源電力具有極其重要的意義；

“改造機組可延壽繼續30年的安全高效運行”：采用“高溫亞臨界”系列創新技術可以大幅度延長機組運行壽命，這是由于在汽輪機改造中，通流部分全部更換升級并加載保效技術，因此汽輪機壽命相當于新建機組的汽輪機，可以再安全高效運行超過30年。由于鍋爐對流受熱面進行了較大規模的改造，運行壽命可以大大延長，可匹配汽輪機壽命。此外， 三大管道材質升級更換，相當于新建機組的三大管道。對于輔機，只需進行常規維護保養，即可以匹配主機需求。因此，高溫亞臨界改造后，機組可用壽命得以大幅延長，具備繼續安全高效運行30年以上的能力；

“高性價比”：用3.5億元的改造投資，對一臺32萬千瓦的亞臨界機組，采用“高溫亞臨界”系列創新技術進行改造，換來一臺性能相當于先進超超臨界的機組， 具有極高的性價比”，其投資費用約為1100元/千瓦，1100萬元/克標煤，其性價比遠優于其它亞臨界機組改造技術。

《中國電力報》：根據上面您對外三（申能科技）的煤電創新技術在華潤電力推廣應用成果的介紹，對于今后進一步推廣外三（申能科技）的創新技術有什么建議？

毛健雄：從上面介紹的外三（申能科技）的創新技術在華潤電力推廣應用所達到的成果看，我認外三的創新技術具有普遍的實用性，從其已經推廣應用的實際結果可以看出，這些技術可代表中國各種不同類型的煤電機組的提貭、降耗、增效、延壽和靈活性改造或新建機組的技術方向，這些成功的例子可以給我們以下的啟示：

外三（申能科技）系列創新技術可以用于現役的超臨界和超超臨界機組的升級改造。外三電廠本身和銅山電廠超超臨界機組的節能減排改造的范例，說明了即使是先進的現役超超臨界機組，通過技術創新，也仍然有很大的改造提貭增效空間；

外三（申能科技）系列創新技術可用于設計建設效率和性能超越常規二次再熱的一次再熱超超臨界工程。

外三（申能科技）系列創新技術可以用于突破常規設計的二次再熱機組存在的瓶頸制約，設計建設更高效率和性能的二次再熱超超臨界電廠工程，現在正在進行的華潤阜陽電廠二期66萬千瓦全高位二次再熱超超臨界工程，其設計供電效率已達49.33%，距離國家規劃的2030年供電效率50%的目標只有半步之遙。阜陽項目計劃采用的全套外三（申能科技）創新系列技術，是我國發展新建煤電機組的技術基礎和方向，阜陽項目如果建成，將會是我國今后幾十年煤電新機組發展的一個最好的示范；

外三（申能科技）系列創新技術可以用于改造大批現役亞臨界機組，將其供電煤耗達到超超臨界水平，并大幅度提高改造后的高溫亞臨界汽包鍋爐機組在20%-100%負荷范圍內的安全、穩定、高效和靈活性，從而可真正將亞臨界老機組實現“提效、延壽、低排、靈活性” 的目標，為亞臨界機組舊貌換新顏，實現“6年行動計劃”提供了技術示范和依據，是我國亞臨界機組達到甚至超過“6年行動計劃” 目標要求的極佳途徑，是我國現役亞臨界機組提貭改造的主要方向。

因此，為了應對氣候變化而必須加快發展低碳能源的同時，在中國能源資源以煤為主的天然稟賦條件下，由于在由各種電源組成的多元發展的電力系統中，煤電仍然是今天中國電力的支柱和壓艙石，起著舉足輕重的獨特作用，我認為，在能源低碳發展的形勢下，煤電大力提高效率，降低煤耗，這就是在現今條件下煤電的低碳發展。由于我國的現役機組的煤電裝機容量已超過10億千瓦，因此，煤電今天高質量發展的重點應該放在對所有現役機組進行提貭升級改造，通過制定政策，對各種不同類型的煤電機組提出改造目標和期限要求，因地制宜，推動采用不同的創新技術，進行提貭增效和靈活性改造，這樣，中國煤電實現高質量發展，是大有可為的。