2020年中國(guó)電力工業(yè)供需特征與火電機(jī)組靈活性改造現(xiàn)狀與前景分析[圖]

    一、新能源發(fā)電發(fā)展問(wèn)題概述

    電力是現(xiàn)代化國(guó)家的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，電力工業(yè)的快速發(fā)展促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步。電力消費(fèi)對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)，能源結(jié)構(gòu)調(diào)整具有顯著的促進(jìn)作用。加大電力消費(fèi)在終端能源的應(yīng)用比例，轉(zhuǎn)化能源結(jié)構(gòu)，提高新能源發(fā)電占比是是降低碳排放的最為重要的手段之一。

    但目前我國(guó)面臨電力消費(fèi)持續(xù)增長(zhǎng)，隨著第三產(chǎn)業(yè)與居民用電的持續(xù)增長(zhǎng)，電力需求而的剛性持續(xù)增加。同時(shí)隨著新能源裝機(jī)的持續(xù)增長(zhǎng)，電力供需結(jié)構(gòu)的季節(jié)性、地域性矛盾凸顯，新能源消納能力不足的等問(wèn)題進(jìn)一步凸顯，尤其是當(dāng)光伏與風(fēng)電已經(jīng)接近平價(jià)上網(wǎng)時(shí)，這些問(wèn)題越發(fā)突出，已經(jīng)成為制約了我國(guó)光伏、風(fēng)電等新能源產(chǎn)業(yè)在“十四五”持續(xù)增長(zhǎng)的重要問(wèn)題。

    電網(wǎng)將成為新能源發(fā)展的最重要約束條件，電力市場(chǎng)化改革與發(fā)電側(cè)的火電機(jī)組靈活性改造將成為重要的解決方法。尤其是火電行業(yè)在“上大壓小”政策執(zhí)行多年后，火電機(jī)組供應(yīng)能力的靈活性顯著降低，現(xiàn)有火電機(jī)組靈活性改造重要性進(jìn)一步凸顯。

    二、中國(guó)電力市場(chǎng)需求的特征

    1、周期性特征

    全社會(huì)用電量與國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值具有長(zhǎng)期均衡的正相關(guān)關(guān)系，2012-2019年兩者相關(guān)性系數(shù)約為0.84。隨著經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定增長(zhǎng)，我國(guó)全社會(huì)用電量也持續(xù)穩(wěn)定增長(zhǎng)，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2019年我國(guó)全社會(huì)用電量達(dá)到72255億千瓦時(shí)，同比增長(zhǎng)4.5%。全國(guó)人均用電量達(dá)到5161千瓦時(shí)，人均生活用電為732千瓦時(shí)。初步統(tǒng)計(jì)，2020年1-11月全國(guó)全社會(huì)用電量66772億千瓦時(shí)，同比增長(zhǎng)2.5%。

2010-2020年11月中國(guó)全社會(huì)用電量統(tǒng)計(jì)

資料來(lái)源：國(guó)家能源局、中電聯(lián)、智研咨詢整理

2012-2020年Q3中國(guó)全社會(huì)用電量與GDP增速走勢(shì)

資料來(lái)源：中電聯(lián)、智研咨詢整理

    2、季節(jié)性特征

    總的看，由于明顯季風(fēng)性氣候以及傳統(tǒng)節(jié)假日的影響，我國(guó)用電需求呈現(xiàn)出明顯的季節(jié)性，與之相適應(yīng)的發(fā)電量也具有明顯的季節(jié)性。一般而言，每年3月是春節(jié)后復(fù)產(chǎn)時(shí)間，用電量迅速上升，5、6、7月夏季，制冷需求高速增長(zhǎng)，11月采暖季，用電量上升。雖然部分年份受異常氣候影響，與突發(fā)事件影響（如2020年新冠疫情）略有差異，但總體季節(jié)性體現(xiàn)的非常良好。

2010-2020年中國(guó)發(fā)電量月度環(huán)比走勢(shì)

資料來(lái)源：國(guó)家統(tǒng)計(jì)局、智研咨詢整理

    注：1-2 月環(huán)比數(shù)據(jù)計(jì)算方法為，取 1-2 月的發(fā)電總量平均值，環(huán)比上一年 11 月的發(fā)電量數(shù)值（由于 12 月的電量數(shù)據(jù)涉及到全年電量調(diào)整，故取 11 月數(shù)據(jù)）。

    3、需求結(jié)構(gòu)特征

    2019年我國(guó)全社會(huì)用電量達(dá)到72255億千瓦時(shí)，其中一二三產(chǎn)業(yè)全行業(yè)用電合計(jì)62005億千瓦時(shí)，城鄉(xiāng)居民生活用電合計(jì)達(dá)到10250億千瓦時(shí)。2020年1-11月，第一產(chǎn)業(yè)用電量778億千瓦時(shí)，同比增長(zhǎng)9.9%；第二產(chǎn)業(yè)用電量45034億千瓦時(shí)，同比增長(zhǎng)2.1%，城鄉(xiāng)居民生活用電量10034億千瓦時(shí)，同比增長(zhǎng)6.0%，增速比上年同期提高0.3個(gè)百分點(diǎn)，占全社會(huì)用電量的比重為15.0%。

    預(yù)計(jì)未來(lái)居民生活用電需求仍將持續(xù)增長(zhǎng)，其次第三產(chǎn)業(yè)用電可能成為最為主要的增長(zhǎng)動(dòng)力，居民生活用電剛性突出，南方的采暖需求將使得冬季翹尾因素更加明顯，電網(wǎng)波動(dòng)顯著增強(qiáng)。

2011-2019年我國(guó)全社會(huì)用電量分行業(yè)統(tǒng)計(jì)圖

資料來(lái)源：中電聯(lián)、智研咨詢整理

    相關(guān)報(bào)告：智研咨詢發(fā)布的《2021-2027年中國(guó)電力設(shè)備行業(yè)市場(chǎng)運(yùn)行格局及未來(lái)前景分析報(bào)告》

    三、電力的供給特征

    1、總體供給特征

    總的來(lái)看，中國(guó)的電力供給結(jié)構(gòu)特征總體可以概括為火電占據(jù)主導(dǎo)地位，且將長(zhǎng)期保持；水電資源開發(fā)成熟，增長(zhǎng)空間有限；風(fēng)電替代能源地位突出，海上風(fēng)電加速發(fā)展、光伏平價(jià)上網(wǎng)加速，進(jìn)入大范圍普及周期。

2012-2020年11月中國(guó)發(fā)電量與火力發(fā)電量占比走勢(shì)

資料來(lái)源：國(guó)家統(tǒng)計(jì)局、智研咨詢整理

    2020年Q3,中國(guó)水電發(fā)電量為9025億千瓦時(shí)，同比增長(zhǎng)0.9%，汛期重點(diǎn)流域來(lái)水偏豐，7、8、9月水電發(fā)電量同比分別增長(zhǎng)6.1%、8.9%、22.8%全口徑并網(wǎng)風(fēng)電和并網(wǎng)太陽(yáng)能發(fā)電量分別為3330和2001億千瓦時(shí)，同比分別增長(zhǎng)14.3%和17.1%。

2012-2020年Q3中國(guó)發(fā)電量與火力發(fā)電量占比走勢(shì)

資料來(lái)源：國(guó)家統(tǒng)計(jì)局、中電聯(lián)、智研咨詢整理

    2、季節(jié)性結(jié)構(gòu)特征

    總體而言，優(yōu)質(zhì)水電資源有限，難以無(wú)限增長(zhǎng)，且發(fā)電量存在明顯的季節(jié)性。同時(shí)風(fēng)電、光伏的季節(jié)性、日間波動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致電能質(zhì)量下降、電網(wǎng)損耗增加。同時(shí)還受到氣候與天氣的影響。風(fēng)電與光伏的不穩(wěn)定性和隨機(jī)性，經(jīng)常造成大容量電場(chǎng)并網(wǎng)嚴(yán)重影響電力系統(tǒng)的可靠性，制約著大容量光伏電站與風(fēng)電場(chǎng)的并網(wǎng)運(yùn)行。

張北地區(qū)光伏發(fā)電的月度波動(dòng)與日間波動(dòng)

資料來(lái)源：知網(wǎng)、智研咨詢整理

水力發(fā)電量月度走勢(shì)呈現(xiàn)出明顯季節(jié)性

資料來(lái)源：國(guó)家統(tǒng)計(jì)局、智研咨詢整理

    值得注意的是，風(fēng)電與光伏在雖然存在較為明顯的季節(jié)性，但不同地區(qū)的出力曲線和季度特征都有一定的差異，總體而言風(fēng)電在秋冬季出力更大，光伏在春夏季出力更高，總體而言，中國(guó)的風(fēng)電裝機(jī)可以與水電形成季節(jié)性，地域空間性互補(bǔ)，對(duì)于南方地區(qū)而言，采用多種方式混合供電，實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)是一種可行的方式，但技術(shù)難度與管理難度較大，傳統(tǒng)的計(jì)劃體制已經(jīng)不太適應(yīng)。

    四、火電機(jī)組靈活改造必要性與市場(chǎng)前景

    1、火電靈活性電源建設(shè)必要性

    隨著新能源發(fā)電高速增長(zhǎng)期，發(fā)電能力與發(fā)電量迅速增長(zhǎng)，但設(shè)備利用小時(shí)仍處于較低的水平，電網(wǎng)消納能力急需提升。同時(shí)新能源發(fā)電技術(shù)對(duì)電網(wǎng)的沖擊性也在逐漸增強(qiáng)，日間波動(dòng)與跨季節(jié)性波動(dòng)顯著增加。

    部分地區(qū)的電網(wǎng)在春夏兩季面臨著新能源高峰發(fā)電消納，必須壓減火電規(guī)模，但在冬季的用電高峰又面臨著出火電以外的電源發(fā)電能力不足的突出矛盾。在能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的大背景下，燃煤機(jī)組空間有限，部分地區(qū)冬季電力供給不足等問(wèn)題突出，在很大程度上對(duì)社會(huì)的經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)與居民生活都造成了較大的影響。

    總的來(lái)說(shuō)，新能源發(fā)電的季節(jié)性錯(cuò)配，區(qū)域資源與用電區(qū)域的錯(cuò)配，以及新能源電能質(zhì)量的問(wèn)題仍是主要的障礙，解決這一問(wèn)題的最有效的途徑是儲(chǔ)能技術(shù)，其中電儲(chǔ)能成本最高，氫儲(chǔ)能受能源效率最低，抽水儲(chǔ)能受地理?xiàng)l件限制，飛輪儲(chǔ)能理論上最為完美，但技術(shù)仍處于初級(jí)階段，大規(guī)模應(yīng)用推廣需要經(jīng)歷漫長(zhǎng)的時(shí)間。因此，為滿足更大規(guī)模新能源發(fā)展要求，需要進(jìn)一步提升系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力。

    2、火電靈活性電源建設(shè)現(xiàn)狀與制約

    從電力調(diào)節(jié)的角度來(lái)看，在我國(guó)主要的靈活性電源中，抽水蓄能電站、氣電因受資源稟賦等條件限制，發(fā)展規(guī)模相對(duì)有限，已經(jīng)不能滿足實(shí)際跨季度調(diào)峰需求，同時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)受制于經(jīng)濟(jì)性、安全性，尚不具備大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用條件，煤電實(shí)施靈活性改造已成為目前解決清潔能源消納的有效之策。煤電的靈活性改造既能夠保證電力穩(wěn)定供給，增加電力供需彈性，也能夠促進(jìn)新能源消費(fèi)持續(xù)增加，是實(shí)現(xiàn)能源結(jié)構(gòu)穩(wěn)定轉(zhuǎn)型的重要技術(shù)手段。

    但火電尤其是燃煤機(jī)組的出力曲線下限較低，一般而言目前我國(guó)在運(yùn)煤電機(jī)組一般最小出力為50～60%，冬季供熱期僅能低至75～85%。“上大壓小”政策造成行業(yè)產(chǎn)能過(guò)剩，且供給彈性逐漸缺失。

    從2011年以來(lái)，我國(guó)煤電機(jī)組平均規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，據(jù)中電聯(lián)統(tǒng)計(jì)，單機(jī)6000千瓦及以上火電機(jī)組平均單機(jī)容量從2011年的11.40萬(wàn)千瓦增長(zhǎng)至了2018年的13.38萬(wàn)千瓦，平均規(guī)模的擴(kuò)大進(jìn)一步削弱了火電靈活性，降低了其調(diào)峰能力，也導(dǎo)致了行業(yè)設(shè)備利用小時(shí)數(shù)呈現(xiàn)出明顯的下降態(tài)勢(shì)。

2010-2020年11月中國(guó)火電設(shè)備利用小時(shí)數(shù)

資料來(lái)源：中電聯(lián)、智研咨詢整理

    考慮到中國(guó)靈活性電源占比還不到6%的現(xiàn)實(shí)，電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力不足已成為中國(guó)能源轉(zhuǎn)型的主要瓶頸之一，特別是在可再生能源持續(xù)高速發(fā)展的新形勢(shì)之下，大幅提升電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力已迫在眉睫。

    為提升系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力，增強(qiáng)系統(tǒng)靈活性、適應(yīng)性，破解新能源消納難題，《電力發(fā)展“十三五”規(guī)劃》明確提出，全面推動(dòng)煤電機(jī)組靈活性改造，“十三五”期間計(jì)劃完成2.2億千瓦的煤電機(jī)組靈活性改造目標(biāo)。

    火電靈活性改造是指通過(guò)熱電解耦或者技術(shù)改造等方式，將機(jī)組的最小技術(shù)出力由傳統(tǒng)的50%降至40%-20%，使其具有更加靈活的調(diào)峰能力。

火電靈活性改造的主流方案

資料來(lái)源：江蘇中科智儲(chǔ)科技、智研咨詢整理

    純凝機(jī)組靈活性提升主要取決于鍋爐燃燒穩(wěn)定性以及汽輪機(jī)和主要輔機(jī)的適應(yīng)性。目前國(guó)內(nèi)試點(diǎn)示范項(xiàng)目通過(guò)靈活性改造，最小技術(shù)出力可低至30%～35%額定容量，部分機(jī)組可以低至20%～25%。熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組靈活性提升路線主要包括：熱水蓄熱調(diào)峰技術(shù)，固體電蓄熱鍋爐調(diào)峰技術(shù)，電極鍋爐調(diào)峰技術(shù)，切除低壓缸技術(shù)，余熱回收供熱技術(shù)，主、再蒸汽減溫減壓供熱技術(shù)等。改造后，熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組最小技術(shù)出力達(dá)到40%～50%額定容量，部分“熱電解耦”改造最小技術(shù)出力可進(jìn)一步降低。改造后，機(jī)組能夠達(dá)到環(huán)保要求。從提高和優(yōu)化整個(gè)電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力角度講，對(duì)現(xiàn)有煤電機(jī)組進(jìn)行改造利大于弊。

    但截至2019年底，我國(guó)累計(jì)推動(dòng)完成煤電靈活性改造約5775萬(wàn)千瓦，改造完成度僅為“十三五”改造目標(biāo)的1/4左右，同時(shí)2019年的新增改造裝機(jī)遠(yuǎn)低于預(yù)期水平，僅為2018年的一半。

2017-2019年煤電靈活性改造裝機(jī)走勢(shì)

資料來(lái)源：國(guó)家電網(wǎng)、智研咨詢整理

    經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償與市場(chǎng)機(jī)制的不足是行業(yè)改造動(dòng)力缺失的主要原因。靈活性改造既是技術(shù)問(wèn)題，也是經(jīng)濟(jì)問(wèn)題，還涉及體制機(jī)制的完善，需多方共同努力。據(jù)中電聯(lián)統(tǒng)計(jì)，煤電靈活性改造單位千瓦調(diào)峰容量成本約在500—1500元。加上后期運(yùn)維、煤耗等成本，若沒有合理經(jīng)濟(jì)回報(bào)，電廠難以承擔(dān)調(diào)峰損失。

    只有建立市場(chǎng)機(jī)制，推廣并完善電力輔助服務(wù)補(bǔ)償機(jī)制，讓電廠在合理時(shí)間收回投資，并使其成為利潤(rùn)的增長(zhǎng)點(diǎn)，才能更好的推進(jìn)煤電的靈活性改造與新能源上網(wǎng)。同時(shí)電網(wǎng)也應(yīng)該制定合理調(diào)度體系、優(yōu)化調(diào)峰輔助服務(wù)市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)規(guī)則。用科學(xué)化、智能化調(diào)度，提高整個(gè)電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)的經(jīng)濟(jì)性和高效性。

    3、火電靈活性改造市場(chǎng)前景

    值得注意的是，盡管靈活性改造推進(jìn)不暢，但多地仍在進(jìn)一步提高要求。山西省能源局日前發(fā)布《關(guān)于加快推進(jìn)煤電機(jī)組靈活性改造的通知》提出，“2020年底各發(fā)電集團(tuán)煤電機(jī)組改造容量應(yīng)不低于本集團(tuán)的新能源裝機(jī)容量”；陜西省發(fā)改委近日也發(fā)文鼓勵(lì)煤電靈活性改造，明確將按照深度調(diào)峰能力給予利用小時(shí)數(shù)獎(jiǎng)勵(lì)；山東等地則在編制“十四五”可再生能源規(guī)劃時(shí)，紛紛提出加快煤電靈活性改造的要求。

    未來(lái)，“十四五”期間，可分地區(qū)、分機(jī)組容量有序?qū)嵤└脑?，尤其在在新能源發(fā)電裝機(jī)占比較大的“三北”地區(qū)，及核電利用小時(shí)數(shù)較低的廣西、福建等地，對(duì)30萬(wàn)千瓦及以下和部分60萬(wàn)千瓦煤電機(jī)組進(jìn)行靈活性改造，作為系統(tǒng)的調(diào)節(jié)電源。

    預(yù)計(jì)未來(lái)隨著我國(guó)新能源產(chǎn)業(yè)的持續(xù)增長(zhǎng)，未來(lái)華北地區(qū)將成為火電靈活性改造的主戰(zhàn)場(chǎng)，隨著西南地區(qū)大水電建設(shè)加速，華東與華南地區(qū)的由于海上風(fēng)電放量與水電跨省等因素刺激，火電靈活性改造有望逐漸加速。