上海市煤電轉型升級發展策略研究

牛 剛

上海市節能減排中心有限公司

0 上海市煤電概況

煤電是上海市的主力電源類型，截至2019 年底，上海市電源總裝機容量2 655 萬kW，其中煤電裝機容量1 499萬kW，占比約56%，詳見圖1。

圖1 上海市電源裝機構成

截至2019 年底，上海市共有41 臺燃煤機組。從機組用途屬性而言，其中公用燃煤機組26 臺，企業自備燃煤機組15臺。從機組參數而言，超臨界參數及以上機組10臺，超臨界參數以下機組31臺；30萬kW 以上機組14 臺，容量812 萬kW、30 萬kW 及以下機組27 臺。從機組服役年限而言，2035 年前到齡機組32 臺，裝機容量836 萬kW（其中公用18臺，裝機容量680萬kW）。

近三年上海市燃煤電廠運行數據見表1。此外，至2018年底，上海市所有燃煤機組均已完成超低排放改造，達到燃機排放限值要求。

上海市內電源已形成“5+X”格局，即五大發電基地(外高橋地區、石洞口地區、吳涇-閔行地區、漕涇地區、臨港地區)和若干個調峰與熱電聯產電廠。其中，石洞口、外高橋地區、吳涇-閔行和漕涇基地以煤機為主，臨港以燃機為主。前四個以煤電為主的基地現有燃煤機組裝機規模分別為508萬kW、502 萬kW、240 萬kW 和200 萬kW，共計1450萬kW。

1 煤電發展面臨的形勢及問題

1.1 國際煤電轉型背景

從全球層面看，受全球氣候變化、推動低碳可持續發展以及可再生能源技術不斷進步等多重因素的影響，全球發電結構即將發生實質性轉變，可再生能源的重要性持續提升。據BP 公司預測，到2040 年，煤炭發電的比例顯著降低，作為一次能源將被可再生能源超越，其間可再生能源占發電增量的60%，進而達到全球發電量的約30%[1]。

從發達國家看，部分發達國家正著力推動傳統化石能源向低碳綠色能源轉型，歐洲各國政府相繼列出煤電退出的時間表。如德國宣布將最遲于2038 年徹底放棄煤電（2018 年煤電裝機占比25.5%），英國決定在2025年前關閉所有煤電設施，芬蘭及荷蘭打算到2030年全面禁止使用煤炭發電。

表1 上海市燃煤電廠近三年運行情況

從地區對標看，以東京都為例，該區域上世紀80 年代末的經濟發展水平與上海目前的發展水平相近。該區域電力由東京電力公司提供，其電力裝機主要有如下特點：一是公司旗下火電廠幾乎全部分布在東京灣區域，靠近化工、鋼鐵等大用戶；二是公司火電以燃氣機組為主，煤電裝機占比僅6.3%；三是機組效率較高，從2003年的45.4%逐步提升至2018 年的49.7%，而上海市2019 年煤電機組發電熱效率為42.07%，相差7 個百分點左右；四是從重點發展核電轉向重點發展可再生能源發電，提出2030 年之前開發可再生能源發電裝機（不含水電）達到600萬～700萬kW的目標，而核電將適度恢復發展[2]。

1.2 國內及上海市電力發展形勢

1）從供需上看，電力消費持續回暖，局部地區供需趨緊。2018 年全社會用電量達到68 449 億kWh，近3年年均增長率達到7.2%。依據電力規劃設計總院預測，“十三五”后期全國電力供應保障整體充足，但河北、江蘇、浙江等省電力供需趨緊。受控煤政策、周邊省市供電形勢影響及今后可再生能源配額制的實施，上海市長期穩定地獲得經濟的市外來電困難將加大。

2）從結構上看，電力生產向清潔低碳方向大力轉變。我國大氣污染防治力度加強，生態與環保剛性約束進一步趨緊，可再生能源平價上網及儲能技術的發展勢必會改變傳統以火電為主的電源結構。就上海市而言，未來上海市本地裝機提升運行靈活性、增強調峰能力建設成為必然選擇。此外，市內電源除約200萬kW裝機規模的自備電廠需面臨升級改造，至2035年還有超過800萬kW公用煤電機組面臨到齡，這些機組的到期轉型的路徑問題也面臨抉擇。

3）從煤電轉型方向上看，未來煤電仍將作為我國重要的基礎電源長期存在?！赌茉瓷a和消費革命戰略（2016-2030年）》認為：“煤炭是我國主體能源和重要工業原料，支撐了我國經濟社會快速發展，還將長期發揮重要作用。煤電領域要推廣先進的能效標準，加快現役機組升級改造，建立世界最清潔的煤電體系?！睆拈L遠看，資源稟賦決定了煤電仍將長期作為我國的主力電源存在，實現煤電的清潔高效轉型發展是我國能源轉型發展的重要任務。

1.3 上海市煤電發展存在的問題

1）煤電未來發展空間受限。從結構上看，目前上海本地煤電裝機與最高電力負荷的比例約為48%，其他一線城市北京已經實現煤電零裝機目標，廣州煤電占比約13.2%，長三角重點城市杭州為15%[3]，上海明顯高于其他重點城市，在電力結構向綠色低碳轉型的大背景下，過高的燃煤裝機占比將對上海未來燃煤機組發展規模設定天花板。

2）經營壓力持續加大。近年來，受煤炭去產能導致燃料成本上漲、用電量增長放緩且外來電量擠壓影響，上海市煤電量價齊跌，相關生產企業利潤顯著下滑。受制于上海市能源資源的稟賦，燃煤機組燃料全由外部供應，當前國際及國內能源資源價格波動加大，煤炭等燃料價格的波動將傳導至發電企業。

3）技術水平有待提高。目前上海市在運的亞臨界以下煤電機組占上海煤電裝機比例約為44.5%，對比周邊省份如江蘇、浙江、安徽、福建分別約為36.6%、19.2%、14.7%和12.5%，上海市低參數煤機占比較大，機組煤耗偏高，且其中大部分機組屬于即將到齡機組，存在一定的故障風險。此外，城市用電峰谷差進一步加大，而煤機最小出力約為30%～40%，尚不具備深度調峰能力，對上海市調峰缺口不能形成有效補充。

4）國家未來可能進一步提升對煤電的環保要求?！笆濉逼陂g，國家對存量煤電提出一系列嚴厲的環保舉措，包括淘汰煤電落后產能、煤機超低排放改造、清理規范自備電廠、啟動碳排放交易等。盡管上海市燃煤電廠環保改造尤其是超低排放取得實質性進展，常規大氣污染物的控制已不構成對煤電發展的關鍵性約束條件，但未來對燃煤機組的環保要求仍會進一步加大，如燃煤電廠仍是大氣中汞的主要排放源，燃煤電廠的汞等重金屬排放治理亟須在未來尋求解決方案[4]。

5）城市規劃調整對相關煤電提出轉型要求?！渡虾Ｊ谐鞘锌傮w規劃（2017-2035 年）》中規劃了若干戰略留白區[5]，為城市未來發展預留空間。因此城市空間的更新與優化將改變上海市現有的電源布局。受上海城市發展空間資源限制，上海市建設用地規模已接近極限，土地供需矛盾突出，因此應優先充分挖掘現有電源基地空間的供電潛力。

2 上海市煤電發展總體考慮

2.1 上海市煤電發展定位

1）煤電裝機應起到支撐電源及靈活調峰電源的作用。上海電網負備用問題仍將持續，電力供應安全恐將無法保障。從遠景發展看，電力及調峰缺口都將較“十四五”進一步增大，如后續到齡煤電全部關停，供電安全形勢愈發嚴峻。在外來電不確定性增加、新能源技術尚未完全成熟的背景下，本地煤電裝機應起到支撐電源及靈活調峰電源的作用。

2）進一步加大煤電機組清潔高效升級改造。今后較長時期內，煤炭仍將是我國能源安全穩定供應的基石，煤炭清潔高效利用是能源綠色發展的必由選擇之一。其中對原有燃煤電廠進行超低排放及能效提升改造、對到齡機組實施“上大壓小”替代正是煤炭清潔利用的手段之一。在上海市的煤炭消費已經符合國家相關政策中提出的“提高發電用煤占煤炭消費比重”的發展方向的基礎上，煤電升級改造也進一步有利于上海市控煤任務的完成。

2.2 上海市煤電轉型升級發展原則

實施煤電轉型升級發展要兼顧多方因素，較為復雜，總體而言，應堅持“安全第一、環保優先、兼顧經濟”的原則來做好統籌。

1）確保安全，確保城市能源供應安全有序。轉型升級既要注重外部資源供應安全，也要考慮到調整后對全市及區域供電供氣等能源供應體系的沖擊與影響。

2）環保優先，注重滿足目前及未來將越來越嚴格的削減煤炭消費總量與污染物排放總量的要求。堅持“減煤量、減排量”替代的基本方向。

3）因時因地制宜，逐步推動電源結構優化。按飽和負荷，上海未來遠景年還需增加超過1 000 萬kW 的本地供電能力，在受電通道能力和電網調峰雙約束下，上海電源的后續增量宜結合煤炭、天然氣資源價格變動，因時制宜動態調整火電中煤機和燃機的發電比例。

4）分步實施，結合企業自身條件與外部實施條件穩步推進。根據企業的不同特點，按照“一廠一策”的原則推進實施。對部分條件較好的機組先期實施改造，后續根據外部條件落實情況按照規劃時間節點逐步實施。

3 煤電轉型升級發展策略方案

對2035 年上海市煤電基地優化調整擬定三個發展策略，其中漸進轉型策略基本延續現有模式，以新建清潔高效機組替代到齡煤機；備選策略在漸進轉型策略的基礎上，部分采用燃機或創新示范發電技術來替代到齡機組；激進轉型策略對標發達國家煤電轉型路徑，煤電裝機占比迅速下降、煤炭消費持續減少。

3.1 漸進轉型策略

該策略主要是采用“等容量、減煤量”方式替代到齡機組。

公用電廠方面，到2035 年，石洞口基地中的石洞口一廠采用2 臺65 萬kW 高效煤機替代，石洞口二廠一期120 萬kW 在原址采用等容量煤機替代；外高橋基地的外高橋一廠共計128萬kW在原址采用等容量替代；吳涇基地的三家電廠共計240 萬kW，在其他發電基地以異地新建的方式建設等容量煤機。長興島熱電廠以“以熱定電”的原則實施燃機改造。自備電廠方面，到2035年，寶鋼除資源消納機組外，采用外來電和燃機替代；上海石化保留部分燃煤背壓機組，在等容量的前提下新建部分燃機滿足電熱需求；高橋石化自備電廠關停。

到2035 年，上海市四大煤電基地公用電廠煤電總計裝機規模1 330 萬kW。全市自備電廠煤電裝機為20 萬kW，用于替代的燃機為63 萬kW。全市煤電裝機共計1 350萬kW。

該策略方案的優勢：一是可以保證上海市供電安全，在原料供應上可以基本延續現有模式，在運行方式上可以通過實施深度調峰來強化運行靈活性；二是具有一定的節能環保效益，由于等容量替代采用高效煤機，在電量不變的前提下，同現狀相比用煤總量可壓減原煤700萬t，減排方面可減排煙塵320 萬t，SO2210 萬t，NOx710 萬t；三是基本維持現有電力供應結構和成本。

該策略方案的主要劣勢：初步匡算電源改造總投資約240億元，在當前的能源價格政策下，自備電廠實施清潔能源替代后在經濟性方面會略為抬高所屬企業的經營成本。

3.2 備選策略

該策略主要結合區域條件，在策略一的基礎上部分采用燃機及創新示范發電技術替代到齡機組。

公用電廠方面，石洞口二廠一期和吳涇二廠兩家60 萬kW 等級的煤機采用燃機替代。吳涇發電和吳涇熱電30 萬kW 等級煤機在其他發電基地異地新建等容量煤機（其中部分容量結合產業需求新建IGCC示范機組）。同時，外高橋二廠、三廠、漕涇電廠均實施部分污泥摻燒以消納城市廢棄資源。自備電廠方面同策略一。

到2035年，上海市四大煤電基地公用電廠燃煤機組1 210萬kW（參與城市資源協同處置燃煤機組約708 萬kW），用于替代到齡煤機的燃機134 萬kW。全市自備電廠煤電裝機為20萬kW，用于替代的燃機為63萬kW。全市煤電裝機共計1 230萬kW。

該策略方案的優勢：一是煤機裝機相較現狀下降不多，可以保證上海市供電安全；二是具有一定的節能環保效益，用煤總量可壓減原煤900 萬t，減排方面可減排煙塵360 萬t，SO2400 萬t，NOx 350萬t；三是基本不抬高社會用電成本；四是具有一定的創新示范和產業帶動效應。

該策略方案的劣勢同策略一，主要是在當前的能源價格政策下，自備電廠在經濟性方面會略為抬高企業的經營成本。

3.3 激進轉型策略

該策略主要是采用燃機替代到齡煤電機組。

公用電廠方面，石洞口基地中的石洞口一廠采用2 臺65 萬kW 高效煤機替代，石洞口二廠一期120萬kW采用F或H級燃機替代；外高橋基地的外高橋一廠128萬kW采用F或H級燃機替代；吳涇基地的三家電廠共計240萬kW機組在其他發電基地以異地新建的方式建設F或H級燃機。長興島熱電廠以“以熱定電”的原則實施燃機改造。

自備電廠方面基本同策略一，區別在于上海石化不保留煤機，全部機組實施等容量燃機替代。

到2035 年，上海市四大煤電基地公用電廠煤機842 萬kW，用于替代到齡煤機的燃機502 萬kW。全市自備電廠煤電裝機為0 萬kW，用于替代的燃機為83萬kW。全市煤電裝機共計842萬kW。

該策略方案的優勢：節能環保效益較為明顯，用煤總量可壓減原煤1 270萬t，約占上海市年耗煤總量的29.5%（以2019年水平測算）；減排方面可減排煙塵400 萬t，SO2886 萬t。此外，由于燃機占地面積小，可釋放土地約2 800畝。

該策略方案劣勢：安全性方面，在氣電綜合安全及資源保障安全方面存在不確定性，實施燃機改造后，全市煤電降到840萬kW，氣電上升至約1 440萬kW，對天然氣的年需求量將新增55億m3，氣電成為主力電源導致對天然氣的保障更為剛性、調節更為困難；經濟性方面，在當前的能源價格政策下，氣電運營成本若傳導至用戶側將會助推上海市終端用戶用電成本約40億元/年。

3.4 策略方案對比

綜合對比上述煤電轉型升級發展的三個策略方案，安全性方面策略一（漸進轉型策略）最優，在原料供應上可以基本延續現有模式，在運行方式上可以通過實施深度調峰來強化運行靈活性，可以較好地保障上海市的供電安全。環保性方面策略三（激進轉型策略）最優，用煤總量及常規大氣污染物中的煙塵及SO2均有較大幅度的削減，且廢水、廢渣排放量較小。經濟性方面策略一（漸進轉型策略）最優，除自備電廠實施清潔能源替代后在經濟性方面會略為抬高所屬企業的經營成本外，不抬高社會用電成本。因此，建議按策略一實施（見表2）。

表2 策略方案綜合對比

4 結語

配合城市布局和能源結構調整，上海市在中長期應進一步明確煤電轉型發展路徑、優化已有五大發電基地布局。各電廠所屬發電集團應按照“一廠一策”的原則，提前做好方案儲備與方案比選。為配合上海市煤電基地優化調整，建議控制上海市發電基地的總體用地規模不減少，總體布局不作重大調整。此外，通過樹立地區高效示范機組，對國內尤其是上海市的高參數大容量發電機組設備、重型燃機、IGCC相關設備等高端裝備制造業、新型材料工業發展產生積極推動作用，從而實現煤電轉型升級發展目標和電力供應保障目標的雙贏。