最近，在全球能源危機與衰退風(fēng)險的倒逼下，歐洲多國將重啟“燃煤時代”。煤炭的短暫回歸或許只是全球碳中和大勢下的一個插曲，但這足以顯示，無論是國內(nèi)還是國外，在邁向碳中和的長期過程中，傳統(tǒng)能源快速退出不可行。立足于我國以煤為主的基本國情，在構(gòu)建新型電力系統(tǒng)和現(xiàn)代能源體系的進程中，仍然需要傳統(tǒng)能源承擔(dān)支撐大局的歷史重任。
在做好“煤炭清潔高效利用”的轉(zhuǎn)型大文章中，“三改聯(lián)動”是其中的重要篇章。今年1月，中共中央總書記習(xí)近平主持第三十六次集體學(xué)習(xí)時指出大力推動煤電節(jié)能降碳改造、靈活性改造、供熱改造“三改聯(lián)動”；2022年《政府工作報告》再次強調(diào)推動煤電改造。對于煤電行業(yè)而言，機組升級改造并不是一項新任務(wù)，但在“雙碳”目標(biāo)和能源保供的背景下，煤電改造已從企業(yè)視角下的轉(zhuǎn)型自救，邁向全國戰(zhàn)略層面的謀篇布局，以滿足“十四五”乃至更長時期內(nèi)能源電力系統(tǒng)對于煤電機組節(jié)能降碳、承擔(dān)供熱和消納新能源的系統(tǒng)性需求，促使煤電融入碳中和總體戰(zhàn)略、提升我國整體能源安全和低碳發(fā)展水平。
在今年4月召開的全國煤電“三改聯(lián)動”典型案例和技術(shù)推介會上，國家能源局副局長余兵表示：“煤電升級改造既要算經(jīng)濟賬，還要算社會賬。”從社會和系統(tǒng)層面來看，“三改聯(lián)動”保供應(yīng)、促轉(zhuǎn)型的效益顯著，但實現(xiàn)“三改聯(lián)動”的目標(biāo)和要求，需要每一個實實在在的市場主體基于經(jīng)濟性的考量來推動。如果改造已經(jīng)成為煤電企業(yè)不得不面對的必選項，那么如何改，這筆經(jīng)濟賬才能算得過去，是決定改造能否順利推進的關(guān)鍵問題。
（來源：中國電力企業(yè)管理 作者：鄧卓昆 翁爽）
“三改”如何“聯(lián)動”？
節(jié)能降碳改造、供熱改造和靈活性改造三者之間，既有可協(xié)同之處，也存在對立之處，如機組供熱對于調(diào)峰深度會產(chǎn)生限制，機組深度調(diào)峰運行時的平均度電耗煤量會增加。對于同一家企業(yè)和同一臺機組而言，“三改”應(yīng)如何“聯(lián)動”？
上海發(fā)電成套設(shè)計研究院有限責(zé)任公司火電中心副主任兼總工陶麗表示，“三改聯(lián)動”的核心在于尋求改造的綜合效益最大化或者經(jīng)濟性的最優(yōu)平衡點。無論是節(jié)能、供熱還是靈活性改造，往往是以其中一項作為主線，兼顧另外兩項。
在北方，煤電機組通?！吧砑鏀?shù)職”：既要在電力保供中發(fā)揮基礎(chǔ)保障性作用，又要在調(diào)峰矛盾突出時作為調(diào)節(jié)性電源為系統(tǒng)穩(wěn)定運行服務(wù)，還要承擔(dān)為居民供暖或工業(yè)供熱的職責(zé)。華能大慶熱電有限責(zé)任公司在國家提出《全國煤電機組改造升級實施方案》之前便已開展供熱改造和靈活性改造?！爸鲃舆x擇改造，最主要的原因在于近年來傳統(tǒng)發(fā)電企業(yè)的經(jīng)營壓力大，機組利用小時下降。如果我們不改造，一方面機組調(diào)峰能力有限，另一方面供熱能力也會隨著機組負荷的下降而下降，供熱保障不了，發(fā)電的基礎(chǔ)電量也無法保證，經(jīng)營效益大幅下降，因此，改造成為電廠發(fā)展的必然選擇。”華能大慶熱電有限責(zé)任公司副總經(jīng)理劉仁龍道出了電廠經(jīng)營的嚴(yán)峻形勢和改造的初衷。
劉仁龍說，節(jié)能改造協(xié)同供熱改造可有效提升機組能效，切實降低總體煤耗?！皳?jù)了解，30萬千瓦機組的煤耗大部分都達不到國家提出的300克標(biāo)煤/千瓦時的要求，我們的機組協(xié)同供熱改造，在供熱期供電煤耗能夠穩(wěn)定在185克標(biāo)煤/千瓦時左右，如果不是依靠大量的供熱，單純依靠技術(shù)改造是不可能實現(xiàn)這個水平的。”劉仁龍說。
記者在采訪中了解到，節(jié)能改造項目的論證與調(diào)研十分重要，其中最大的風(fēng)險點在于改造方案的最佳節(jié)能工況點與實際運行情況不相符合?！氨热绮扇〉墓?jié)能技術(shù)是基于70%的負荷效果最佳，但實際隨著新能源的發(fā)展和調(diào)峰需求的加大，如果電廠平均運行負荷只有40%，那么節(jié)能效果偏差很大，成本回收的難度也會加大?！比A能井岡山電廠副廠長朱鵬告訴記者。
隨著煤電參與調(diào)峰的頻次與深度不斷增加，如今，一些機組長期低負荷運行，中低負荷甚至超低負荷運行成為煤電機組的“新常態(tài)”，運行經(jīng)濟性大幅度下降，業(yè)主在開展改造時關(guān)注到的邊界條件已經(jīng)發(fā)生變化，為適應(yīng)當(dāng)前機組的運行模式，最大限度降低各項損耗，行業(yè)普遍關(guān)注低負荷節(jié)能。
“未來煤電機組參與深度調(diào)峰勢在必行，尤其供熱機組既要滿足電網(wǎng)調(diào)度要求，也要滿足熱用戶需求，矛盾更為突出。要在兼顧調(diào)峰和供熱的前提下實現(xiàn)供熱熱電解耦協(xié)同靈活性運行及全負荷段節(jié)能，這其中的關(guān)鍵是熱電解耦。這就要求機組進行供熱改造的同時兼顧靈活性和寬負荷段運行節(jié)能?！碧整愓f，“一方面，要求機組最佳經(jīng)濟的運行負荷從原設(shè)計的高負荷逐步趨向于中低負荷，另一方面，需要從熱力系統(tǒng)、輔機用電等全方位的角度來考慮節(jié)能效果，從業(yè)主的角度來說，追求的是全年節(jié)能，就需要重新確定經(jīng)濟負荷點?！?/p>
無論是節(jié)能、靈活性還是供熱改造，選擇改造方案的核心都要遵循區(qū)域電力或者熱力市場的發(fā)展規(guī)律和需求，確定改造的方向、重點和深度。根據(jù)熱用戶需求和電網(wǎng)要求，遵照“適度超前、一廠一策、一機一策”的原則制定改造方案?！半姀S主輔系統(tǒng)‘牽一發(fā)動全身’，任何一個邊界運行條件的改變都會有深遠的影響，一定要選擇適合本廠生產(chǎn)實際、自身設(shè)備特性并符合當(dāng)?shù)厥袌鲂枨蟮母脑旆桨?，只有在項目選擇上優(yōu)中選優(yōu)、實施過程中管控到位，才能最大限度地保障項目經(jīng)濟性?！敝禊i說。
改造深水區(qū)邊際效應(yīng)縮小
降低煤耗是電廠發(fā)展的剛性約束。業(yè)內(nèi)人士告訴記者，當(dāng)下煤電通過單純的節(jié)能改造項目降低煤耗的邊際效應(yīng)已經(jīng)微乎其微?！肮?jié)能改造項目初期投資動輒上億元才能降低幾克甚至零點幾克的煤耗，節(jié)能效果、盈利空間需要經(jīng)過反復(fù)論證，企業(yè)在開展節(jié)能改造方面已經(jīng)相當(dāng)謹(jǐn)慎。”業(yè)內(nèi)人士表示。
記者在采訪中了解到，煤電容易改、見效快的節(jié)能項目絕大部分都已經(jīng)完成，剩下的都是投資金額極高、實施難度也較大的項目。例如高溫亞臨界機組綜合升級改造，將鍋爐蒸汽溫度參數(shù)從541攝氏度提高到569攝氏度甚至600攝氏度等級，一臺60萬千瓦的機組改造費用將近4~6億元。以目前煤電連年虧損、發(fā)電量預(yù)期下行、煤價高企的現(xiàn)狀，其投資回報率很難通過集團的立項審批。
此外，由于我國節(jié)能政策和指標(biāo)更新較快，機組的改造往往跟不上指標(biāo)要求的變化。節(jié)能改造項目的可研論證、改造實施、調(diào)試運行、成果驗收周期較長，往往剛投入巨資完成一輪改造沒多久，部分指標(biāo)已不符合最新的節(jié)能政策要求，從而陷入重復(fù)投資、項目虧損的尷尬境地。
“單純節(jié)能改造投資比較大，收益效果往往不佳，需要結(jié)合供熱及靈活性改造聯(lián)動實施，節(jié)能改造為主線，挖掘供熱潛力和深度調(diào)峰能力，實現(xiàn)節(jié)能降耗提升盈利能力，把供熱和輔助服務(wù)收益加進來算總賬，才有可能算得過賬，這種方式也符合煤電機組未來發(fā)展需求。”陶麗說。
開拓工業(yè)用戶是一塊利潤極高的業(yè)務(wù)。記者在采訪中了解到，在經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)，即便是在當(dāng)前的煤價下，工業(yè)供汽的盈利仍然是可觀的。“一方面，工業(yè)園區(qū)有日益增長的用汽需求，另一方面，供熱區(qū)域內(nèi)的低效、高排放的分散燃煤小鍋爐也需要逐漸被替代，未來無論是北方還是南方，煤電機組供熱改造都會是一個大方向。此外，工業(yè)供汽是純市場行為，在經(jīng)濟較為發(fā)達的地區(qū)，企業(yè)對于熱價的承受力較高，煤電運行成本的上升可部分傳導(dǎo)?！碧整愓f。
但對于北方民生供熱機組而言，承受當(dāng)前的煤價壓力巨大?！熬同F(xiàn)在的煤價而言，無論是發(fā)電還是供熱，都很難有利潤。但我們作為保供單位必須保民生。去年，富發(fā)電廠向齊齊哈爾市中心供熱項目正式開工，建成后將負責(zé)齊市2400萬平方米的供熱面積?！比A電能源股份有限公司富拉爾基發(fā)電廠廠長劉偉說，“這一供熱改造項目總投資22.8億元，可研階段按照約490元的標(biāo)煤單價、42.84元的躉售熱價進行測算，預(yù)計10年能收回投資成本，但如今煤價已經(jīng)翻番，如果熱價不上調(diào)，我們就會面臨虧損?！?/p>
記者了解到，北方民生供熱價格多年不漲，對于承擔(dān)居民供熱的發(fā)電企業(yè)而言，即便煤價飆升也需要保民生。劉偉說：“我們正在積極與政府價格部門溝通這一問題，爭取煤熱聯(lián)動機制的落實，但民生熱價調(diào)整需由政府召開價格聽證會，調(diào)整的難度較大。”
靈活性改造需打破零和機制
《實施方案》要求“存量煤電機組靈活性改造應(yīng)改盡改”，“十四五”期間我國火電靈活性改造目標(biāo)為2億千瓦。
陶麗認為，煤電機組深度調(diào)峰靈活性運行是國家能源行業(yè)發(fā)展的大趨勢，“應(yīng)改”二字最能體現(xiàn)地區(qū)和電廠需求的差異性。電力輔助服務(wù)市場需求、可再生能源消納需求以及熱電解耦需求決定著靈活性“應(yīng)改”的邊界和范疇?！啊薄貐^(qū)新能源消納壓力大，棄風(fēng)棄光嚴(yán)重，該區(qū)域內(nèi)的火電機組，我認為都屬于‘應(yīng)改’的范疇。對于南方地區(qū)部分機組，具有深度調(diào)峰需求或工業(yè)供汽和深度調(diào)峰運行矛盾突出的這類機組也屬于靈活性‘應(yīng)改’的范疇。”陶麗說。
但靈活性改造并不具備強制性，而是電廠基于市場激勵來自發(fā)開展，這就意味著需要配套完善的市場激勵機制。但目前由于各地區(qū)電力供需、電價情況均有不同，多地尚未建立起相應(yīng)激勵機制或者激勵水平較低。
以最早開展這項工作的東北地區(qū)為例，其成本分?jǐn)偟膶ο笾饕切履茉雌髽I(yè)和不具備深度調(diào)峰能力的火電企業(yè)補貼給參與深度調(diào)峰的機組。劉仁龍表示：“自2018年以來，火電機組如果不參與深度調(diào)峰，就要補貼給參與深度調(diào)峰的機組。2018年前四個月，我廠因為沒參與深度調(diào)峰，支付了大約500萬元的調(diào)峰補貼，2019年以后，1號機組完成靈活性改造，冬季調(diào)峰收入增加了約2800萬元；2020年2號機組也完成了改造，2020年調(diào)峰收入又同比增加1152萬元，兩年時間通過靈活性改造僅深度調(diào)峰收入就增加了6752萬元。東北地區(qū)最早完成靈活性改造的某電廠每年調(diào)峰收入達到2~3億元之間?！?/p>
但隨著煤電機組靈活性提升工作的深入開展，未來調(diào)峰市場存在調(diào)峰資源過剩、補償價格降低的可能性，同時新能源快速發(fā)展帶來的消納空間需求，也會對煤電靈活性提升規(guī)模產(chǎn)生顯著影響。
“從去年12月開始這一趨勢已經(jīng)很明顯了，目前在黑龍江，各個電廠都逐漸完成了靈活性改造，市場基本飽和，企業(yè)間的調(diào)峰競爭愈發(fā)激烈。有些電廠的調(diào)峰收入降至原來的60%左右?！眲⑷数堈f。
對于發(fā)電企業(yè)而言，參與深調(diào)是一場“零和游戲”。調(diào)峰市場普遍存在輔助服務(wù)補償力度小、補償機制不合理的問題，目前輔助服務(wù)費用無法傳導(dǎo)至用戶，資金來源有限，機組調(diào)峰的成本分?jǐn)倷C制亟需實現(xiàn)突破。
“按照目前的政策和改造成本，我們60萬千瓦和30萬千瓦機組實施靈活性改造收回成本需要較長時間?！敝禊i對本刊記者說。
“火電靈活性改造技術(shù)上是成熟可行的，企業(yè)是否愿意推進主要取決于是否有合適的盈利點及可持續(xù)的收益。建議國家能源主管部門進一步健全完善深度調(diào)峰市場補償機制，根據(jù)不同地區(qū)電力系統(tǒng)特點進行差異化設(shè)計，不僅要讓電廠在合理時間內(nèi)收回改造投資，更應(yīng)讓改造成為其重要的利潤增長點?！碧整惐硎?。
目前，靈活性改造的收益過度依賴輔助服務(wù)市場，收益模式單一，靈活性改造的激勵機制需多元化。今年4月，內(nèi)蒙古自治區(qū)能源局下發(fā)《關(guān)于實施火電靈活性改造促進新能源消納工作的通知》指出，開展火電靈活性改造后新增的新能源消納規(guī)模，按照不低于改造后增加的調(diào)峰空間50%的比例配置給開展靈活性改造的企業(yè)。這一政策給企業(yè)開展火電靈活性改造注入了動力。內(nèi)蒙古大板發(fā)電有限責(zé)任公司總經(jīng)理楊占海表示：“按照這一政策，我廠2臺機組都完成靈活性改造之后，全額可以配置新能源項目達到50萬千瓦，如果這個指標(biāo)落實到位，對于傳統(tǒng)企業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展非常有益?！?/p>
“內(nèi)蒙古目前將靈活性與新能源建設(shè)進行捆綁掛鉤，這一做法值得推廣，將各地新能源規(guī)?？偭颗c煤電靈活性提升規(guī)模掛鉤，實現(xiàn)總量控制，結(jié)合當(dāng)?shù)仉娏┬栊蝿荨㈦娫唇Y(jié)構(gòu)、清潔能源發(fā)展規(guī)劃、供熱負荷等因素科學(xué)預(yù)測本地區(qū)調(diào)峰需求，將煤電靈活性提升規(guī)模納入?yún)^(qū)域發(fā)展規(guī)劃，分解落實。”陶麗建議。
燃料靈活性改造促火電低碳轉(zhuǎn)型
煤炭成本占煤電企業(yè)生產(chǎn)成本的七成以上，是影響企業(yè)盈虧的核心因素。在當(dāng)前火電大面積虧損的情況下，降低燃料成本帶來的經(jīng)濟效益是立竿見影的，燃料靈活性改造成為機組靈活性改造的重點之一，在項目經(jīng)濟性上的表現(xiàn)也可圈可點。
摻燒經(jīng)濟煤種、煤泥、污泥、農(nóng)林廢棄物、垃圾等是燃料靈活性項目的主要方向。由于使用的燃料偏離設(shè)計煤種，電廠鍋爐受熱面結(jié)焦、腐蝕、四管泄漏、出力受限等問題需要煤電企業(yè)采取技術(shù)改造、運行優(yōu)化、加強運行檢修力度等辦法來解決。
近年來，煤電企業(yè)通過開展經(jīng)濟煤種、生活污泥等摻燒工作，以燃料的多元化降低燃料成本，深度融入城市生活業(yè)態(tài)。比如污泥摻燒項目，脫水后的污泥本身有一定的熱值，同時還契合了城市生態(tài)文明建設(shè)的政策。據(jù)了解，上海周邊污泥處理費用大約為250~350元/噸，國家電投上海電力漕涇電廠自2018年開展污泥摻燒工作，通過用好當(dāng)?shù)卣?，摻燒污泥半年凈利潤達4300多萬元。
此外，燃煤電廠生物質(zhì)耦合發(fā)電也是未來火電低碳發(fā)展的方向之一。陶麗表示，實現(xiàn)燃料的多元化取決于改造的設(shè)備和技術(shù)方向，比如改燒或大比例摻燒生物質(zhì)，上料系統(tǒng)、輸料系統(tǒng)、制粉系統(tǒng)乃至燃燒器都需要進行相應(yīng)的改造，投資較高，在項目前期需嚴(yán)格測算成本并做好政策研判。此外，生物質(zhì)發(fā)電還存在補貼拖欠、支持政策不到位等問題，目前，煤電生物質(zhì)耦合發(fā)電還停留在技術(shù)示范試點階段?！吧镔|(zhì)替代煤炭既降低了燃煤機組碳排放又解決了農(nóng)林廢棄物環(huán)境污染問題，還可以通過碳市場交易獲得額外收入，是火電機組低碳轉(zhuǎn)型的路徑之一。不過目前碳交易價格較低，假如未來碳價進一步上漲，將對其經(jīng)濟性有所改善，未來發(fā)展空間可期。”陶麗表示。
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