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多維考量下的煤電新能源一體化發(fā)展
時間:2023-04-03 08:18:03

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當(dāng)前,我國電力能源供給正在由主要依靠煤電逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楦嘁揽匡L(fēng)電、光伏等新能源發(fā)電。然而,我國電力行業(yè)的轉(zhuǎn)型不可一蹴而就,必須綜合考量戰(zhàn)略定位、技術(shù)水平、商業(yè)模式、成本收益等多種因素,在確保能源安全的前提下,推動能源系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型平穩(wěn)過渡。

來源:中國電力企業(yè)管理 作者:郭水文 陳勇

以煤電為主體的傳統(tǒng)電力系統(tǒng)

向以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)

轉(zhuǎn)變不可逆轉(zhuǎn)

截至目前,我國已經(jīng)建成了世界上規(guī)模最大、遠(yuǎn)距離輸送能力最強(qiáng)的電力系統(tǒng)。截至2022年底,全國累計發(fā)電裝機(jī)容量25.6億千瓦,220千伏及以上輸電線路長度達(dá)到103.4萬千米。我國電力系統(tǒng)的主要特征是“大電源”“大電網(wǎng)”“大用戶”“源隨荷動”。而在“大電源”中,煤電作為主力電源占據(jù)著主體地位,2022年全口徑煤電發(fā)電量占全口徑總發(fā)電量比重為58.4%。

然而,近年來隨著以風(fēng)電、光伏發(fā)電為代表的新能源發(fā)電技術(shù)不斷進(jìn)步,新能源發(fā)電的供電成本不斷降低,競爭力不斷提高,裝機(jī)容量占比快速增加。截至目前,我國光伏和風(fēng)電均已基本進(jìn)入平價無補(bǔ)貼發(fā)展新階段。

與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)相比,新型電力系統(tǒng)的“新”主要表現(xiàn)在:“集中式和分布式相結(jié)合”“電網(wǎng)柔性智能化”“產(chǎn)消合一”“源荷互動”。在電源結(jié)構(gòu)方面,煤電、新能源的定位發(fā)生互換,集中式的煤電向基礎(chǔ)保障性和系統(tǒng)調(diào)節(jié)性電源并重轉(zhuǎn)型,分布式為主的新能源則成為主體能源;在電網(wǎng)形態(tài)方面,傳統(tǒng)的單向逐級輸配電向包括交直流混聯(lián)大電網(wǎng)、直流電網(wǎng)、微電網(wǎng)和可調(diào)節(jié)負(fù)荷的能源互聯(lián)網(wǎng)在內(nèi)的多種形態(tài)并存轉(zhuǎn)變,電力技術(shù)更加柔性和智能化;在需求側(cè)方面,大量用戶成為發(fā)用電一體的“生產(chǎn)型消費(fèi)者”,終端負(fù)荷特性從傳統(tǒng)的純消費(fèi)型向生產(chǎn)與消費(fèi)兼具轉(zhuǎn)變;由于發(fā)電側(cè)可控性減弱,用電側(cè)波動加大,“源隨荷動”必須向“源荷互動”轉(zhuǎn)變,以此實現(xiàn)電力系統(tǒng)供需的實時平衡。因此,從總體趨勢來看,煤電的主體地位必然會被新能源發(fā)電所取代。

當(dāng)前處于早期應(yīng)用期的

新能源發(fā)電技術(shù)無法完全替代

已經(jīng)進(jìn)入成熟期的煤電技術(shù)

根據(jù)第三方研究機(jī)構(gòu)能源轉(zhuǎn)型研究所(Entri)的定義,“成熟技術(shù)”是合理運(yùn)行維護(hù)能夠產(chǎn)生高效的普遍運(yùn)用的技術(shù)。目前,煤電技術(shù)有將近150年的發(fā)展歷史,技術(shù)已經(jīng)非常成熟和完善。

我國的能源資源稟賦以及經(jīng)濟(jì)發(fā)展格局也決定了當(dāng)前煤電依然是確保我國能源供應(yīng)安全的壓艙石和基本盤。在發(fā)電技術(shù)方面,我國的超超臨界常規(guī)燃煤發(fā)電技術(shù)已經(jīng)達(dá)到世界先進(jìn)水平,空冷技術(shù)、循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)已經(jīng)處于世界領(lǐng)先水平。在污染治理方面,我國火電廠治理技術(shù)總體達(dá)到世界先進(jìn)水平,部分領(lǐng)域達(dá)到世界領(lǐng)先水平。在機(jī)組效率方面,隨著煤電機(jī)組“上大壓小”、供熱機(jī)組比重的提高和節(jié)能技術(shù)改造普遍實施,煤電機(jī)組效率不斷提高,我國煤電機(jī)組當(dāng)前的平均效率水平達(dá)到43%。

2021年,國際能源署(IEA)在其《能源技術(shù)展望2020》研究報告中,將技術(shù)成熟度劃分為原型期、示范期、早期應(yīng)用期、成熟期。該報告認(rèn)為,太陽能光伏、風(fēng)能、煤電結(jié)合CCUS已經(jīng)處于早期應(yīng)用期,也就是仍然需要政策支持才能擴(kuò)大推廣的時期。風(fēng)電、光伏發(fā)電具有煤電所不具有的優(yōu)勢,例如我國風(fēng)電、太陽能資源蘊(yùn)藏量巨大,資源分布廣泛,具有可再生性和清潔性等特點;疊加政策扶持,我國新能源發(fā)電技術(shù)才得以在短時間內(nèi)從原型期、示范期過渡發(fā)展到早期應(yīng)用期。

但是,新能源發(fā)電技術(shù)本身尚不完善,還面臨諸多新的制約因素。新能源具有間歇性和波動性特點,大量隨機(jī)性、波動性強(qiáng)的新能源電源并網(wǎng)后,電力系統(tǒng)的電力電量難以維持平衡,必須配套建設(shè)調(diào)峰電源或者儲能系統(tǒng);而這將會增加新能源發(fā)電項目的建設(shè)成本,使其相對于煤電的成本優(yōu)勢降低。由于風(fēng)能資源、太陽能資源本身的能量密度較低,所以光伏電站和風(fēng)電場需要占用大量土地資源,在土地租金普遍上漲以及基本農(nóng)田、生態(tài)保護(hù)和城鎮(zhèn)開發(fā)“三線”限制下,也導(dǎo)致新能源發(fā)電的獲得成本不斷攀升。此外,在風(fēng)電零部件領(lǐng)域,作為對風(fēng)力發(fā)電中可靠性影響的最大部件,高端軸承市場主要被瑞典、德國、日本、美國等國家的大型軸承企業(yè)壟斷,我國目前主要依賴國外進(jìn)口,很容易受制于人。

而且,與煤電高度依賴于煤炭資源類似,新能源發(fā)電技術(shù)高度依賴包括鋰、鈷、鎳、稀土以及銅和鋁在內(nèi)的上游大量金屬資源,而風(fēng)電機(jī)組和光伏電站的使用壽命通常只有20年左右。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計,僅到2030年我國就有超過3萬臺風(fēng)電機(jī)組迎來退役期,退役光伏組件總量超過6000萬千瓦,產(chǎn)生玻璃、塑料、鋁等超過200萬噸的固體廢物,而廢棄淘汰的光伏板、風(fēng)機(jī)葉片、電池含有鉛、錫、鎳、鎘等有毒有害物質(zhì),若處理不當(dāng),也將產(chǎn)生較大的土地污染和水污染。綜上所述,從技術(shù)的角度來看,在短期內(nèi)新能源發(fā)電技術(shù)無法完全替代煤電技術(shù)。

燃煤發(fā)電“中心化”商業(yè)模式

和新能源“去中心化”商業(yè)模式

可以并行不悖

過去100多年來,以煤電為主體的傳統(tǒng)電力系統(tǒng)所對應(yīng)的商業(yè)模式是“中心化”的商業(yè)模式。這種“中心化”表現(xiàn)為,供給端以煤炭基地和負(fù)荷中心為中心;傳輸端以“輸電”大通道和“輸煤”大通道為中心。在供給端,燃煤電廠的地理位置通常位于煤炭資源富集地區(qū),或者位于電力負(fù)荷中心較近的地區(qū)。我國現(xiàn)存煤電裝機(jī)量前10的省份包括山東、內(nèi)蒙古、江蘇、廣東、河南、新疆、陜西、安徽、河北、山西,合計占全國煤電總裝機(jī)的60%以上,其中山西、內(nèi)蒙古、陜西和新疆都是煤炭年產(chǎn)量超過1億噸的大省,而廣東、山東、江蘇、浙江則是全國電力負(fù)荷中心,2021年這4個省份全年用電量都超過5000億千瓦時,其中廣東、江蘇、浙江最高用電負(fù)荷均突破了1億千瓦。在傳輸端,由于我國煤炭資源和煤炭需求呈逆向分布,經(jīng)過多年發(fā)展我國構(gòu)建了“西電東送”“北電南供”“西煤東運(yùn)”“北煤南運(yùn)”的大運(yùn)輸通道。截至2022年底,我國已有35條特高壓線路投入使用,跨區(qū)跨省輸電能力達(dá)3億千瓦;我國還先后建成了大秦鐵路、朔黃鐵路、瓦日鐵路、塔吉鐵路等晉陜蒙煤炭外運(yùn)通道,2022年全國鐵路累計發(fā)運(yùn)煤炭26.8億噸,占全國煤炭產(chǎn)量58.8%。

新能源發(fā)電技術(shù)的進(jìn)步在某種程度上對燃煤發(fā)電“中心化”商業(yè)模式進(jìn)行了解構(gòu)。在供給端,大量的小型清潔能源裝置如太陽能光伏電池組、小型燃?xì)廨啓C(jī)、小型風(fēng)機(jī)等分布式供能設(shè)備的出現(xiàn),使得電力、熱力的生產(chǎn)來源不再局限于一次能源附近的大型集中式燃煤電廠,此外工業(yè)園區(qū)、建筑樓宇等能源負(fù)荷中心也開始有能力生產(chǎn)本地化的能源;在傳輸端,傳統(tǒng)的大電網(wǎng)將形成以大電網(wǎng)為主導(dǎo)、多種電網(wǎng)形態(tài)相融并存,配電網(wǎng)與微電網(wǎng)配合大電網(wǎng)進(jìn)行電力市場供需調(diào)配,配電網(wǎng)大規(guī)模接入分布式電源,而微電網(wǎng)推動分布式可再生能源發(fā)電就地平衡消納,發(fā)揮終端用能交互與自治協(xié)調(diào)作用。像戶用光伏、“光伏+”、綜合能源產(chǎn)業(yè)園等“去中心化”商業(yè)模式的形式和種類在不斷涌現(xiàn)。

任何一種商業(yè)模式的最終目的在于向用戶傳遞價值主張,“為了誰”決定了商業(yè)模式的價值傳遞對象。燃煤發(fā)電是工業(yè)文明的產(chǎn)物,煤電的技術(shù)特征決定了煤電的商業(yè)模式主要服務(wù)于第二產(chǎn)業(yè)的工業(yè)用戶。2021年,我國第二產(chǎn)業(yè)用電量占全社會用電量的比重為67.5%,占據(jù)絕對地位;全國各電力交易中心累計組織完成市場交易電量37787億千瓦時,占全社會用電量比重為45.5%,直接參與電力市場交易的主要為燃煤發(fā)電企業(yè)以及電量消費(fèi)大的終端用戶。而新能源發(fā)電是生態(tài)文明的產(chǎn)物,主要通過“去中心化”的商業(yè)模式服務(wù)于第一產(chǎn)業(yè)、第三產(chǎn)業(yè)以及居民用戶。例如,以戶用光伏為例,截至2021年底,我國戶用光伏項目累計裝機(jī)規(guī)模突破40吉瓦,達(dá)到41.81吉瓦,累計安裝戶數(shù)達(dá)到243.4萬戶,主要服務(wù)于居民用電。因此,從現(xiàn)實來看,燃煤發(fā)電“中心化”商業(yè)模式和新能源“去中心化”商業(yè)模式完全可以并存且錯位競爭。

電力市場化背景下煤電和新能源

的成本收益結(jié)構(gòu)都在動態(tài)演變中

為適應(yīng)“雙碳”目標(biāo)下構(gòu)建新型電力系統(tǒng)發(fā)展要求,進(jìn)一步解決交易規(guī)則不統(tǒng)一、跨省跨區(qū)交易存在市場壁壘等問題,國家發(fā)展改革委和國家能源局于2022年1月出臺了《關(guān)于加快建設(shè)全國統(tǒng)一電力市場體系的指導(dǎo)意見》(簡稱“《2022指導(dǎo)意見》”),確立了“統(tǒng)一市場、兩級運(yùn)作”模式。截至2022年底,我國共建立了2個區(qū)域電力交易中心(北京電力交易中心和廣州電力交易中心)和32個省級電力交易中心。

電力作為特殊的商品,其物理屬性是相同的,但是在市場上的價值表現(xiàn)與時間和空間密切相關(guān),此外在特殊情況下與電源種類也密切相關(guān)。例如,一天內(nèi)不同時刻負(fù)荷大小不同,負(fù)荷高的時刻發(fā)電成本高,負(fù)荷低的時刻發(fā)電成本低,分時電價反映不同時刻的邊際機(jī)組發(fā)電價格;不同地區(qū)電力資源供求關(guān)系不同,負(fù)荷中心發(fā)電資源稀缺,發(fā)電成本高,電源中心發(fā)電資源富裕,發(fā)電成本低,節(jié)點(分區(qū))電價反映不同地區(qū)的邊際機(jī)組發(fā)電價格;符合國家有關(guān)政策要求的風(fēng)電、光伏等可再生能源發(fā)電企業(yè)上網(wǎng)電量作為綠色電力產(chǎn)品,其價格除了包含電能量價格,還包括綠色環(huán)境價格,而煤電企業(yè)生產(chǎn)的電量則沒有環(huán)境溢價。

因此,在電力市場化的背景下,煤電企業(yè)生產(chǎn)出來的電能和新能源企業(yè)生產(chǎn)出來的電能雖然是同質(zhì)商品,但是它們的價格發(fā)現(xiàn)和價格決定原理并不完全相同,歸根結(jié)底在于它們的成本收益結(jié)構(gòu)完全不同。在不同時期的外部約束下,它們的成本收益結(jié)構(gòu)也是在動態(tài)變化中。從成本結(jié)構(gòu)來看,煤電的成本通常包括固定成本和變動成本,固定成本中占比最大的是發(fā)電設(shè)備的折舊費(fèi)用,變動成本中占比最大的是用于發(fā)電而購入的燃料費(fèi)用,在“市場煤、計劃電”時代,影響煤電成本的最大因素是煤炭價格;隨著燃煤機(jī)組由主體性電源向靈活性電源轉(zhuǎn)變,因調(diào)峰需要導(dǎo)致機(jī)組停運(yùn)時,其成本結(jié)構(gòu)中增加了啟動成本,在深度調(diào)峰時啟動成本將顯著上升。風(fēng)電的成本通常包括建設(shè)成本和運(yùn)維成本,建設(shè)成本占初始投資額的80%以上,而建設(shè)成本中占比最大的是設(shè)備折舊。光伏發(fā)電的成本通常包括投資成本、運(yùn)維成本和財務(wù)成本,其中投資成本占絕大部分,運(yùn)維成本占比不到5%;投資成本主要由光伏組件成本、系統(tǒng)平衡成本(BOS)和其他成本組成,其中組件成本占比為40%~60%,組件成本中占比最大的是電池片成本;因此,光伏發(fā)電的成本通常受到光伏組件價格的影響,而光伏組件的成本通常受到技術(shù)進(jìn)步、原材料價格以及規(guī)模經(jīng)濟(jì)的影響較大。從收益結(jié)構(gòu)來看,在“市場煤、計劃電”時代,燃煤電價實行的是煤電價格聯(lián)動,價格由國家發(fā)展改革委調(diào)節(jié),而在新一輪電力體制改革下,全面放開燃煤發(fā)電上網(wǎng)電價,實行的是“基準(zhǔn)價+上下浮動”的市場化電價機(jī)制。而新能源發(fā)電的收益在相當(dāng)長的一段時間主要來源于中央財政可再生能源補(bǔ)貼,隨著平價上網(wǎng)時代的到來,風(fēng)電、光伏項目的收益主要取決于上網(wǎng)電價、利用小時數(shù),當(dāng)前新能源發(fā)電上網(wǎng)電價按當(dāng)?shù)厝济喊l(fā)電基準(zhǔn)價執(zhí)行,新建項目可自愿通過參與市場化交易形成上網(wǎng)電價。

煤電新能源一體化發(fā)展在技術(shù)、

商業(yè)模式上完全可行

2022年歐洲爆發(fā)的能源危機(jī)以及歐洲國家重啟煤電再次昭示,能源轉(zhuǎn)型必須建立在供應(yīng)安全的基礎(chǔ)上,主體能源的替代不能破壞能源系統(tǒng)自身的安全穩(wěn)定運(yùn)行。當(dāng)前,我國正以超前速度發(fā)展新能源發(fā)電,來自國際能源署的預(yù)測表明,2022~2027年,我國將占全球可再生能源新增裝機(jī)容量的近一半。然而,從多維角度來看,煤電對于確保我國能源系統(tǒng)的安全穩(wěn)定發(fā)揮著新能源發(fā)電難以替代的作用。在當(dāng)前電力市場化改革的背景下,借助市場化機(jī)制,煤電和新能源可以實現(xiàn)一體化發(fā)展。為此,筆者提出如下建議。

第一,從技術(shù)角度來看,燃煤發(fā)電和新能源發(fā)電可以相輔相成,必須拋棄“只有淘汰燃煤機(jī)組才能為新能源發(fā)電爭取發(fā)展空間”的急功近利思維,要發(fā)揮市場機(jī)制作用,促進(jìn)兩者協(xié)同發(fā)展。目前,中國的煤電機(jī)組普遍服役年限較短,遠(yuǎn)未達(dá)到退役年齡,提前退役將產(chǎn)生巨額擱淺資產(chǎn),易引發(fā)利益沖突和金融風(fēng)險。因此,可以鼓勵新能源企業(yè)以投資和節(jié)能改造效果分成等商業(yè)模式參與煤電機(jī)組改造升級,也可以借助發(fā)電權(quán)交易實現(xiàn)新能源機(jī)組與煤電機(jī)組之間的上網(wǎng)電量替代;同時,還可以鼓勵實行機(jī)組改造的煤電企業(yè)參與新能源項目開發(fā),優(yōu)先配置新能源建設(shè)指標(biāo)。

第二,從商業(yè)模式來看,燃煤發(fā)電和新能源發(fā)電可以各取所需,必須拋棄“非此即彼”的發(fā)展思維,全國各省份應(yīng)因地制宜,設(shè)計適合本地區(qū)的能源轉(zhuǎn)型路徑。對于內(nèi)蒙古、山西等煤炭以及煤電大省,同時又具備良好的新能源資源,應(yīng)將新能源發(fā)電與煤電轉(zhuǎn)型相結(jié)合,從煤炭基地轉(zhuǎn)為清潔電力生產(chǎn)基地,統(tǒng)一送出,統(tǒng)一調(diào)度,提高送出通道利用率,提升新能源消納能力。對于浙江、江蘇、廣東等負(fù)荷大省,應(yīng)充分發(fā)揮煤電機(jī)組距電力負(fù)荷更近、技術(shù)先進(jìn)、運(yùn)行年限短的優(yōu)勢,建立以可再生能源為主,以煤電結(jié)合CCUS、核能為輔的多種技術(shù)組合的電力供應(yīng)體系。

第三,從成本收益來看,燃煤發(fā)電和新能源發(fā)電可以互利共贏,必須拋棄“你死我活”的競爭思維,嘗試在項目開發(fā)、投資、建設(shè)、運(yùn)營等不同環(huán)節(jié)開展相互合作,實現(xiàn)互利共贏。燃煤發(fā)電企業(yè)通常資金實力比較雄厚,現(xiàn)金流比較穩(wěn)定,而新能源發(fā)電企業(yè)通常收益比較穩(wěn)定,毛利率比較高。因此,燃煤發(fā)電企業(yè)可以為新能源發(fā)展提供充足資本金,有助于解決新能源發(fā)電融資難的問題;新能源電量作為綠色電力,可以享受環(huán)境溢價,同時設(shè)備利用小時數(shù)能夠得到保障,利潤率高,有助于改善當(dāng)前燃煤發(fā)電企業(yè)盈利狀況。


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