［摘 要］我國電力能源結構加快向高效、清潔、低碳發(fā)展，煤電機組更是面臨著綠色低碳轉型升級的新形勢要求。本文對我國電力能源結構和煤電機組服役年限的分析，并對國外煤電機組發(fā)展狀況、結構特點和服役年限進行調(diào)研。結果表明：發(fā)達國家50%煤電機組平均服役年限在40年左右，有的煤電機組服役年限超過60年；而我國在役煤電機組平均服役年限僅為12年。對比分析國內(nèi)外煤電機組服役年限差異，提出了可借鑒國外煤電機組長周期服役年限的經(jīng)驗，以指導我國加強煤電機組運行壽命的管理，充分挖掘煤電機組價值潛力，發(fā)揮其存量資產(chǎn)的最大效能，推動煤電產(chǎn)業(yè)結構的優(yōu)化調(diào)整和高質(zhì)量健康發(fā)展。
［關 鍵 詞］煤電機組；服役年限；壽命管理；能源結構；延續(xù)運行；現(xiàn)狀研究；高質(zhì)量發(fā)展
在建設美麗中國和綠色生態(tài)文明社會的戰(zhàn)略部署下，電力能源結構加快向高效、清潔、低碳發(fā)展，燃煤發(fā)電產(chǎn)能過?，F(xiàn)象凸現(xiàn)。近年來，國家出臺了相關政策，2015年國家能源局下發(fā)《亞臨界煤電機組改造、延壽與退役暫行規(guī)定》（[2015] 332號文），2016年國家發(fā)展改革委和國家能源局聯(lián)合下發(fā)《關于促進我國煤電有序發(fā)展的通知》（發(fā)改能源[2016]565號），2017年國家發(fā)展改革委和國家能源局聯(lián)合下發(fā)了《關于推進供給側結構性改革 防范化解煤電產(chǎn)能過剩風險的意見》的通知（發(fā)改能源[2017]1404號），2018年多個部委聯(lián)合下發(fā)《關于做好2018年重點領域化解過剩產(chǎn)能工作的通知》（發(fā)改運行[2018]554號），要求堅決淘汰關停落后產(chǎn)能和不符合相關強制性標準要求的煤電機組，積極促進煤電轉型升級。但在行業(yè)內(nèi)、社會上仍出現(xiàn)了“煤電機組運行壽命只有30年”的片面認識。有的地方甚至采取“一刀切”的方式，對運行期滿30年但環(huán)保排放達標、能耗和可靠性指標同類占優(yōu)、資產(chǎn)優(yōu)良的300 MW機組強制關停，既造成國有資產(chǎn)的損失，也不利于煤電產(chǎn)業(yè)結構的優(yōu)化調(diào)整。對此，筆者通過查閱統(tǒng)計年鑒、電力規(guī)劃、行業(yè)報告、國外能源網(wǎng)站、最新研究成果等文獻資料，重點了解美國、日本等先進發(fā)達國家煤電機組結構、服役現(xiàn)狀等，對照分析國內(nèi)外煤電機組服役年限的差異，對提高人們科學認識煤電機組的服役年限，促進煤電機組結構優(yōu)化調(diào)整，具有重要意義。
1、我國煤電機組現(xiàn)狀
1.1我國電力裝機和發(fā)電量結構
2018年我國電源裝機結構和全國發(fā)電量結構如圖1、圖2所示。截至2018年底，我國發(fā)電裝機容量達到19億kW。其中：煤電累計裝機容量10.1億kW，占比53.2%；氣電、水電、風電、太陽能發(fā)電及核電累計裝機容量分別為8 330萬、3.5億、1.8億、1.7億、4 466萬kW，占比分別為4.3%、18.0%、9.7%、9.2%、2.4%（圖1）。全國發(fā)電量6.99萬億kWh，其中煤電發(fā)電量占比為63%，火電機組的平均供電煤耗為307.6 g/(kWh)。同時，煤電機組累計完成超低排放改造8.1億kW，占全國煤電總裝機的80%。每kWh火電發(fā)電量煙塵排放量0.04 g、二氧化硫排放量0.20 g、氮氧化物排放量0.19 g，供電煤耗和環(huán)保排放指標均處于世界領先水平。
目前，我國電力發(fā)展呈現(xiàn)出以火電、水電等傳統(tǒng)能源發(fā)電為基礎，以核電、風電、太陽能發(fā)電為代表的新型能源發(fā)電快速發(fā)展的態(tài)勢。同時，煤電仍然是我國電力供應的主力電源和基礎電源，發(fā)揮著“頂梁柱”“壓艙石”“穩(wěn)定器”的關鍵作用。
1.2我國煤電機組服役年限狀況
根據(jù)中國電力企業(yè)聯(lián)合會可靠性管理中心統(tǒng)計數(shù)據(jù)，截至2017年底，我國100 MW及以上各種不同容量的在役煤電機組服役年限統(tǒng)計見表1。
由表1可見：我國煤電裝機中300～400 MW容量機組數(shù)量最多，共853臺，且主要集中在2000年以后投運，服役年限在10年及以下和10～20年的機組占比分別為39.98%和42.79%，服役年限超30年的共18臺；500～999 MW容量機組投運532臺，服役年限在10年及以下機組共301臺，占比為56.58%，服役年限在11～20年的機組共213臺，占比為40%；1 000 MW容量及以上機組建設起步較晚，共投運97臺，服役年限在10年以下的90臺，服役年限超10年的機組只有7臺，服役年限最長的為12年?？梢姡w服役時間較短。我國煤電機組關停始于1999年。截至2017年底，退役機組的容量共為0.579 9億kW。從現(xiàn)在至2030年，按30年設計壽命估算需退役的煤電機組容量預測為0.993億kW，約占煤電總裝機量的10%，一定程度上影響了煤電機組的服役年限長短。
2、國外煤電機組服役現(xiàn)狀
2.1 全球煤電機組的裝機情況
根據(jù)全球燃煤電廠追蹤系統(tǒng)的調(diào)查統(tǒng)計，2017年7月份全球共有76個國家和地區(qū)擁有在運的煤電機組（30 MW以上），總裝機容量為19.653億kW。煤電裝容量排名前6位的國家或地區(qū)見表2。
2.2國外煤電機組服役年限狀況
根據(jù)“全球燃煤電廠追蹤系統(tǒng)”數(shù)據(jù)，在過去10年，全球范圍內(nèi)燃煤電廠機組的退役趨勢出現(xiàn)了大幅的上升，特別是歐美工業(yè)發(fā)達國家煤電機組的關停數(shù)量不斷增長。圖3為近年來全球煤電機組退役情況。由圖3可見：2009—2011、2012—2014、2015—2017年分別有42 334、65 877、97 193 MW機組退役；其中服役年限最長的已達60多年，有些國家服役30~60年的煤電機組占比達90%以上。
2.2.1美國煤電機組服役情況
根據(jù)美國能源信息署統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2010年至2018年美國陸續(xù)退役煤電機組共計0.894億kW，284座煤電發(fā)電廠退役，剩余246座。美國煤電機組退役容量統(tǒng)計如圖4所示。
2009內(nèi)以來，隨著頁巖氣的開發(fā)，天然氣價格暴跌令煤炭發(fā)電的成本優(yōu)勢不再，煤電比例一路下滑，經(jīng)濟因素成為美國煤電機組退役的一大原因；同時受更加嚴格的環(huán)境法規(guī)影響，2017年得克薩斯州蒙蒂塞洛、大布朗和桑多等電廠因污染特別嚴重宣布即將退役：可見，美國煤電機組服役年限非機組壽命單一因素影響。資料表明，美國燃煤發(fā)電廠的平均使用年限為42年，有11%的發(fā)電廠運行年限超過60年。
2.2.2日本煤電機組的服役情況
根據(jù)國內(nèi)某研究院提供的日本學術會議資料，截至2012年，日本近50%的煤電機組服役年限為30~39年，25%的煤電機組服役年限超過40年，僅有約1/3的機組服役年限不足20年，煤電機組平均服役年限為38年。日本自然資源相對匱乏，20世紀70年代初，大量廉價天然氣進入日本，同時核電技術快速發(fā)展，成本相對較低的氣電和核電的大規(guī)模開發(fā)成為日本煤電機組退役的主要原因?？梢?，日本煤電機組服役年限也非設計壽命到期因素影響。日本煤電機組容量變化趨勢如圖5所示。
3、國內(nèi)外煤電機組服役年限對比分析
3.1世界各國煤電機組裝機容量和服役年限情況
截至2017年底，根據(jù)全球煤炭研究網(wǎng)絡2018“全球燃煤電廠追蹤系統(tǒng)”統(tǒng)計數(shù)據(jù)，世界上主要國家和地區(qū)現(xiàn)役煤電機組裝機容量和服役年限的分布情況見表3。
可以看出：全球煤電機組平均服役30年以上超過24%；我國煤電機組中，5.30億kW服役年限不足10年，服役年限超過30年的比例不足1.1%。全球2.90億kW的運行40年及以上的燃煤電廠大部分位于美國（1.44億kW，占50%）和歐盟（0.59億kW，占20%），而美國及歐盟等國家79.1%的煤電機組服役年限超過30年，46.4%的機組服役年限已超過40年，僅有少量機組服役年限不足20年。
3.2世界部分國家煤電機組平均服役年限情況
截至2019年6月，根據(jù)全球煤炭研究網(wǎng)絡2018“全球燃煤電廠追蹤系統(tǒng)”統(tǒng)計數(shù)據(jù)，一些國家煤電機組平均服役年限達40~50年，而我國煤電機組平均服役年限僅為12年（表4）。
3.3、國內(nèi)外長周期服役煤電機組情況
根據(jù)中國電力企業(yè)聯(lián)合會可靠性管理中心統(tǒng)計數(shù)據(jù)，我國早期投產(chǎn)的煤電機組長周期服役情況見表5。根據(jù)查閱世界各國的國家能源署和電力公司網(wǎng)站的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，部分國家長周期服役煤電機組情況見表6。
由表6和表7可以看到，全球范圍內(nèi)煤電機組服役年限最長的超60年，大部分煤電機組都有50年以上的服役年限，我國早期投產(chǎn)的煤電機組也有40年或50年以上的服役年限。這說明煤電機組服役40~50年是可以實現(xiàn)的安全運行壽命，充分證實了“煤電機組運行壽命只有30年”的不合理性。
3.4、國內(nèi)外煤電機組服役年限分析
3.4.1我國煤電機組服役年限分析
我國電力工業(yè)從20世紀50年代起步，主要是引進消化、改進創(chuàng)新，實現(xiàn)了從小到大、從弱到強、從追趕到引領的巨大飛躍，但相對于工業(yè)發(fā)達國家，我國的煤電機組服役年限還是較短。具體分析如下：
1）煤電機組整體投產(chǎn)晚，發(fā)展慢。國產(chǎn)第一臺100、200、300 MW容量煤電機組分別于1961年、1972年、1975年投產(chǎn)。改革開放后，我國煤電技術才得到突飛猛進的發(fā)展。
2）大容量機組投產(chǎn)時間短，但占比大，降低了整體煤電機組的服役年限。國產(chǎn)第一臺600、1000 MW容量煤電機組分別于1985年、2006年投產(chǎn)。但目前我國百萬機組的數(shù)量和容量已位居世界第一。根據(jù)中國電力企業(yè)聯(lián)合會統(tǒng)計數(shù)據(jù)，截至2017年底，我國600~999、1 000 MW以上煤電裝機容量分別為3.29億、1.09億kW，占比分別為33.5%、10.9%，如此高占比容量、短運行周期的大容量機組整體降低了我國煤電機組的平均服役年限。
3）大容量高效環(huán)保機組替代小容量機組，以及清潔能源的快速發(fā)展，促使部分煤電機組提前退役。2000年后實施“上大壓小”項目，低效小容量機組被提前退役；同時，隨著能源結構的調(diào)整與可再生清潔能源的大規(guī)模發(fā)展，對能耗和環(huán)保指標落后的小火電機組實施了退役，也使煤電機組服役年限縮短。
3.4.2國外煤電機組服役年限分析
1882年世界第一臺燃煤發(fā)電機在英國誕生。1925年世界第一臺100 MW燃煤發(fā)電機組在美國誕生。除國外煤電技術起步早、機組整體服役時間長外，還有以下因素：
1）許多工業(yè)發(fā)達國家，由于受到電力負荷需求增長緩慢、建設投資費用及利率高、用地困難、環(huán)境保護等因素約束，采用延長現(xiàn)有機組的壽命辦法保證電力供應。
2）國外在20世紀80年代提出壽命管理概念，開展機組狀態(tài)和剩余壽命評估，保證機組在有效監(jiān)督下安全運行，大幅增加了機組的服役年限。
3）一些國家政府支持煤炭行業(yè)、穩(wěn)定能源行業(yè)的就業(yè)以及電力體制靈活多樣，實行電力現(xiàn)貨交易市場實時交易等，一定程度上保證了煤電的經(jīng)營，也使機組得以繼續(xù)運行。
4）在清潔能源發(fā)電快速發(fā)展的同時，一些國家的煤電仍承擔基荷、腰荷，氣電承擔調(diào)峰、調(diào)頻，這也延長了機組的服役年限。
但從全球能源結構看，發(fā)展清潔能源勢在必行。《巴黎協(xié)定》節(jié)能減排目標的制約，頁巖氣革命使得天然氣發(fā)電更具競爭力，以及新能源發(fā)電成本持續(xù)降低等等因素，導致去煤化日益凸現(xiàn)，一些國家紛紛承諾逐步關停煤電機組。盡管如此，在燃煤發(fā)電技術進程中，煤電機組大于30年的服役年限這一事實不可置疑；同時，其服役年限非設計壽命到期這單一因素影響，是多維度綜合因素影響的結果。因此，應科學認識煤電機組的安全運行壽命，綜合考量煤電機組的服役年限。
4、我國煤電機組服役年限合理性延續(xù)建議
如何科學評判煤電機組的服役年限是能源與電力“十四五”規(guī)劃需要重點考慮的問題，也是確保電力產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的關鍵問題。應開展以下方面工作：
1）規(guī)范開展煤電機組壽命評估工作，西安熱工研究院有限公司已成功開展“火電廠重要部件壽命管理”的研究，設計開發(fā)了機組主要部件壽命管理系統(tǒng)技術平臺軟件，創(chuàng)立了在線與離線監(jiān)測相結合的火電廠設備長期壽命管理模式。因此，應依托有資質(zhì)的科研院所開展煤電機組的狀態(tài)監(jiān)測、壽命評估，科學評判其服役年限。
2）“因地制宜、因機制宜、因時制宜”合理定位煤電機組的功能作用。根據(jù)區(qū)域電力供應、調(diào)峰需求、熱力供應等情況，結合機組的具體條件開展綜合升級改造，以承擔“基荷保供、靈活調(diào)峰、輔助備用”的單一或多角色重任。如華北、東北地區(qū)主要承擔供熱功能；西北地區(qū)風電、太陽能主要承擔區(qū)域電網(wǎng)調(diào)頻、調(diào)壓、調(diào)峰的輔助服務等等。
3）按照“兩階段”戰(zhàn)略安排和全面實現(xiàn)“兩個一百年”的發(fā)展目標，未來一段時間內(nèi)我國電力消費仍將保持較高增長水平，部分區(qū)域煤電有新增裝機需求。研究用存量煤電機組延續(xù)運行來部分替代新建煤電機組的可行性，不但能緩解經(jīng)濟快速增長帶來的電力供應缺口，而且為新增的新能源提供消納容量；從經(jīng)濟角度考慮，可大幅減少新建煤電投資規(guī)模，充分挖掘存量煤電機組資產(chǎn)價值，使國有資產(chǎn)保值增值。
5、結論與建議
1）從全球范圍內(nèi)煤電機組服役年限來看，國內(nèi)外煤電機組均有40年或50年以上服役年限的案例，說明傳統(tǒng)設計壽命為30年的煤電機組實際服役年限遠超過30年。
2）國外煤電機組運行管理經(jīng)驗表明，煤電機組服役年限主要受制于燃煤發(fā)電技術的發(fā)展、清潔能源的應用、環(huán)保政策的執(zhí)行、市場經(jīng)濟導向及科學開展機組壽命管理等因素，并非僅受設計壽命的單一因素影響。
3）盡管煤電近期內(nèi)仍是我國電力供應的主力電源和基礎電源，但煤電“讓路”勢在必行，如何科學評判機組的服役時間是能源與電力“十四五”規(guī)劃需要重點考慮的問題，也是確保電力產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的關鍵問題。
4）規(guī)范開展煤電機組壽命評估工作，依托有資質(zhì)的科研單位開展煤電機組的狀態(tài)監(jiān)測、壽命評估，科學評判其服役年限。
5）充分發(fā)揮煤電機組“基荷保供、靈活調(diào)峰、耦合消納、節(jié)能減排、輔助備用”的多角色作用，充分發(fā)揮存量資產(chǎn)的最大效能，確保國有資產(chǎn)保值增值。
6）綜合電力發(fā)展形勢，融合兼顧各地區(qū)同時存在煤電機組的新建和退役的需求，統(tǒng)籌發(fā)展，用存量煤電機組延續(xù)運行來部分替代新建煤電機組，從經(jīng)濟角度考慮，可大幅減少新建煤電投資規(guī)模，充分挖掘存量資產(chǎn)價值。
