国内外煤电机组服役年限现状研究

2020-12-05王双童杨希刚常金旺

热力发电 2020年9期

王双童，杨希刚，常金旺

（国电科学技术研究院有限公司，江苏南京 210023）

在建设美丽中国和绿色生态文明社会的战略部署下，电力能源结构加快向高效、清洁、低碳发展，燃煤发电产能过剩现象凸现。近年来，国家出台了相关政策，2015年国家能源局下发《亚临界煤电机组改造、延寿与退役暂行规定》（国能电力〔2015〕332号），2016年国家发展改革委和国家能源局联合下发《关于促进我国煤电有序发展的通知》（发改能源〔2016〕565号），2017年国家发展改革委和国家能源局联合下发了《印发〈关于推进供给侧结构性改革防范化解煤电产能过剩风险的意见〉的通知》（发改能源〔2017〕1404号），2018年多个部委联合下发《关于做好2018年重点领域化解过剩产能工作的通知》（发改运行〔2018〕554号），要求坚决淘汰关停落后产能和不符合相关强制性标准要求的煤电机组，积极促进煤电转型升级。但在行业内、社会上仍出现了“煤电机组运行寿命只有30年”的片面认识。有的地方甚至采取“一刀切”的方式，对运行期满30年但环保排放达标、能耗和可靠性指标同类占优、资产优良的300 MW机组强制关停，既造成国有资产的损失，也不利于煤电产业结构的优化调整。对此，笔者通过查阅统计年鉴、电力规划、行业报告、国外能源网站、最新研究成果等文献资料，重点了解美国、日本等先进发达国家煤电机组结构、服役现状等，对照分析国内外煤电机组服役年限的差异，对提高人们科学认识煤电机组的服役年限，促进煤电机组结构优化调整，具有重要意义。

1 我国煤电机组现状

1.1 我国电力装机和发电量结构

2018年我国电源装机结构和全国发电量结构如图1、图2所示。截至2018年底，我国发电装机容量达到19亿kW[1]。其中：煤电累计装机容量10.1亿kW，占比53.2%；气电、水电、风电、太阳能发电及核电累计装机容量分别为8 330万、3.5亿、1.8亿、1.7亿、4 466万kW，占比分别为4.3%、18.0%、9.7%、9.2%、2.4%（图1）。全国发电量6.99万亿kW·h，其中煤电发电量占比为63.0%，火电机组的平均供电煤耗为307.6 g/(kW·h)。同时，煤电机组累计完成超低排放改造8.1亿kW，占全国煤电总装机的80%。1 kW·h火电发电量烟尘排放量0.04 g、二氧化硫排放量0.20 g、氮氧化物排放量0.19 g，供电煤耗和环保排放指标均处于世界领先水平[2]。

图1 2018年我国电源装机结构Fig.1 The power supply installed structure of China in 2018

目前，我国电力发展呈现以火电、水电等传统能源发电为基础，以核电、风电、太阳能发电为代表的新型能源发电快速发展的态势。同时，煤电仍然是我国电力供应的主力电源和基础电源，发挥着“顶梁柱”“压舱石”“稳定器”的关键作用。

图2 2018年全国发电量结构Fig.2 The electric power generation structure of China in 2018

1.2 我国煤电机组服役年限状况

根据中国电力企业联合会可靠性管理中心统计数据[3]，截至2017年底，我国100 MW及以上各种不同容量的在役煤电机组服役年限统计见表1。

表1 我国不同容量煤电机组服役年限Tab.1 Statistics of service life of coal-fired power units with different capacities in China

由表1可见：我国煤电装机中300～400 MW容量机组数量最多，共853台，且主要集中在2000年以后投运，服役年限在10年及以下和10～20年的机组占比分别为39.98%和42.79%，服役年限超30年的共18台；500～999 MW容量机组投运532台，服役年限在10年及以下机组共301台，占比为56.58%，服役年限在11～20年的机组共213台，占比为40%；1 000 MW容量及以上机组建设起步较晚，共投运97台，服役年限在10年以下的90台，服役年限超10年的机组只有7台，服役年限最长的为12年。可见，整体服役时间较短。我国煤电机组关停始于1999年。截至2017年底，退役机组的容量共为0.579 9亿kW[4]。从现在至2030年，按30年设计寿命估算需退役的煤电机组容量预测为0.993亿kW，约占煤电总装机量的10%，一定程度上影响了煤电机组的服役年限长短。

2 国外煤电机组服役现状

2.1 全球煤电机组的装机情况

根据全球燃煤电厂追踪系统的调查统计，2017年7月份全球共有76个国家和地区拥有在运的煤电机组（30 MW以上），总装机容量为19.653亿kW。煤电装机容量排名前6位的国家或地区见表2。

表2 部分国家或地区煤电装机容量情况单位：亿kWTab.2 The installed capacity of coal power in some countries or regions

2.2 国外煤电机组服役年限状况

根据“全球燃煤电厂追踪系统”数据，在过去10年，全球范围内燃煤电厂机组的退役趋势出现了大幅的上升，特别是欧美工业发达国家煤电机组的关停数量不断增长。图3为近年来全球煤电机组退役情况。由图3可见：2009—2011、2012—2014、2015—2017年分别有42 334、65 877、97 193 MW机组退役；其中服役年限最长的已达60多年，有些国家服役30~60年的煤电机组占比达90%以上。

图3 近年来全球煤电机组退役情况Fig.3 The decommissioning of global coal-fired power units in recent years

2.2.1 美国煤电机组服役情况

根据美国能源信息署统计数据[5]，2010年至2018年美国陆续退役煤电机组共计0.894亿kW，284座煤电发电厂退役，剩余246座。美国煤电机组退役容量统计如图4所示。

图4 美国煤电机组退役容量统计Fig.4 The statistics of coal-fired power units decommissioning capacity in the United States

2009年以来，随着页岩气的开发，天然气价格暴跌令煤炭发电的成本优势不再[6]，煤电比例一路下滑，经济因素成为美国煤电机组退役的一大原因；同时受更加严格的环境法规影响，2017年得克萨斯州蒙蒂塞洛、大布朗和桑多等电厂因污染特别严重宣布即将退役：可见，美国煤电机组服役年限非机组寿命单一因素影响。资料表明，美国燃煤发电厂的平均使用年限为42年，有11%的发电厂运行年限超过60年[7]。

2.2.2 日本煤电机组的服役情况

根据国内某研究院提供的日本学术会议资料，截至2012年，日本近50%的煤电机组服役年限为30~39年，25%的煤电机组服役年限超过40年，仅有约1/3的机组服役年限不足20年，煤电机组平均服役年限为38年。日本自然资源相对匮乏，20世纪70年代初，大量廉价天然气进入日本[8]，同时核电技术快速发展[9]，成本相对较低的气电和核电的大规模开发成为日本煤电机组退役的主要原因。可见，日本煤电机组服役年限也非设计寿命到期因素影响。日本煤电机组容量变化趋势如图5所示。

图5 日本煤电机组容量变化趋势Fig.5 The trend of coal-fired power units capacity in Japan

3 国内外煤电机组服役年限对比分析

3.1 世界各国煤电机组装机容量和服役年限情况

截至2017年底，根据全球煤炭研究网络2018“全球燃煤电厂追踪系统”统计数据，世界上主要国家和地区现役煤电机组装机容量和服役年限的分布情况见表3。

表3 世界在役燃煤电厂装机容量与服役年限Tab.3 The installed capacity and service life of coal-fired power plants in service worldwide

由表3可以看出：全球煤电机组平均服役30年以上超过24%；我国煤电机组中，5.30亿kW服役年限不足10年，服役年限超过30年的比例不足1.1%。全球2.90亿kW的运行40年及以上的燃煤电厂大部分位于美国（1.44亿kW，占50%）和欧盟（0.59亿kW，占20%），而美国及欧盟等国家79.1%的煤电机组服役年限超过30年，46.4%的机组服役年限已超过40年，仅有少量机组服役年限不足20年。

3.2 世界部分国家煤电机组平均服役年限情况

截至2019年6月，根据全球煤炭研究网络2018“全球燃煤电厂追踪系统”统计数据，一些国家煤电机组平均服役年限达40~50年，而我国煤电机组平均服役年限仅为12年（表4）。

表4 世界部分国家煤电机组装机容量及服役年限情况Tab.4 The installed capacity and service life of coal-fired power units in some countries

3.3 国内外长周期服役煤电机组情况

根据中国电力企业联合会可靠性管理中心统计数据，我国早期投产的煤电机组长周期服役情况见表5。根据查阅世界各国的国家能源署和电力公司网站的统计数据，部分国家长周期服役煤电机组情况见表6。

表5 我国部分长周期服役机组情况Tab.5 Some long service time units in China

表6 世界部分国家长周期运行机组情况Tab.6 Some long service time units in the world

由表5和表6可以看出，全球范围内煤电机组服役年限最长的超60年，大部分煤电机组都有50年以上的服役年限，我国早期投产的煤电机组也有40年或50年以上的服役年限。这说明40~50年是煤电机组服役可以实现的安全运行寿命，充分证实了“煤电机组运行寿命只有30年”的不合理性，

3.4 国内外煤电机组服役年限分析

3.4.1 我国煤电机组服役年限分析

我国电力工业从20世纪50年代起步，主要是引进消化、改进创新，实现了从小到大、从弱到强、从追赶到引领的巨大飞跃，但相对于工业发达国家，我国的煤电机组服役年限还是较短。具体分析如下：

1）煤电机组整体投产晚，发展慢。国产第1台100、200、300 MW容量煤电机组分别于1961年、1972年、1975年投产。改革开放后，我国煤电技术才得到突飞猛进的发展[10]。

2）大容量机组投产时间短，但占比大，降低了整体煤电机组的服役年限。国产第1台600、1 000 MW容量煤电机组分别于1985年、2006年投产。但目前我国百万机组的数量和容量已位居世界第1。根据中国电力企业联合会统计数据，截至2017年底，我国600~999、1 000 MW以上煤电装机容量分别为3.29亿、1.09亿kW，占比分别为33.5%、10.9%，如此高占比容量、短运行周期的大容量机组整体降低了我国煤电机组的平均服役年限。

3）大容量高效环保机组替代小容量机组，以及清洁能源的快速发展，促使部分煤电机组提前退役。2000年后实施“上大压小”项目，低效小容量机组被提前退役；同时，随着能源结构的调整与可再生清洁能源的大规模发展，对能耗和环保指标落后的小火电机组实施了退役，也使煤电机组服役年限缩短。

3.4.2 国外煤电机组服役年限分析

1882年世界第1台燃煤发电机在英国诞生。1925年世界第1台100 MW燃煤发电机组在美国诞生。除国外煤电技术起步早、机组整体服役时间长外，还有以下因素：

1）许多工业发达国家，由于受到电力负荷需求增长缓慢、建设投资费用及利率高、用地困难、环境保护等因素约束[11]，采用延长现有机组寿命的办法保证电力供应。

2）国外在20世纪80年代提出寿命管理概念，开展机组状态和剩余寿命评估，保证机组在有效监督下安全运行，大幅增加了机组的服役年限。

3）一些国家政府支持煤炭行业、稳定能源行业的就业以及电力体制灵活多样，实行电力现货交易市场实时交易等，一定程度上保证了煤电的经营，也使机组得以继续运行。

4）在清洁能源发电快速发展的同时，一些国家的煤电仍承担基荷、腰荷，气电承担调峰、调频[12]，这也延长了机组的服役年限。

但从全球能源结构看，发展清洁能源势在必行。《巴黎协定》节能减排目标的制约，页岩气革命使得天然气发电更具竞争力，以及新能源发电成本持续降低等等因素，导致去煤化日益凸现，一些国家纷纷承诺逐步关停煤电机组。尽管如此，在燃煤发电技术进程中，煤电机组大于30年的服役年限这一事实不可置疑；同时，其服役年限非设计寿命到期这单一因素影响，是多维度综合因素影响的结果。因此，应科学认识煤电机组的安全运行寿命，综合考量煤电机组的服役年限。

4 我国煤电机组服役年限合理性延续建议

如何科学评判煤电机组的服役年限是能源与电力“十四五”规划需要重点考虑的问题，也是确保电力产业高质量发展的关键问题。应开展以下方面工作：

1）规范开展煤电机组寿命评估工作，西安热工研究院有限公司已成功开展“火电厂重要部件寿命管理”的研究，设计开发了机组主要部件寿命管理系统技术平台软件，创立了在线与离线监测相结合的火电厂设备长期寿命管理模式[13]。因此，应依托有资质的科研院所开展煤电机组的状态监测、寿命评估，科学评判其服役年限。

2）“因地制宜、因机制宜、因时制宜”合理定位煤电机组的功能作用。根据区域电力供应、调峰需求、热力供应等情况，结合机组的具体条件开展综合升级改造，以承担“基荷保供、灵活调峰、辅助备用”的单一或多角色重任[14]。如华北、东北地区主要承担供热功能；西北地区风电、太阳能主要承担区域电网调频、调压、调峰的辅助服务等等。

3）按照“两阶段”战略安排和全面实现“两个一百年”的发展目标，未来一段时间内我国电力消费仍将保持较高增长水平，部分区域煤电有新增装机需求。研究用存量煤电机组延续运行来部分替代新建煤电机组的可行性，不但能缓解经济快速增长带来的电力供应缺口，而且为新增的新能源提供消纳容量；从经济角度考虑，可大幅减少新建煤电投资规模，充分挖掘存量煤电机组资产价值，使国有资产保值增值[15]。