煤電企業綜合能源服務實踐研究

史曉雷，高建強，許 堯，袁祥飛

(1.國能宿州熱電有限公司，安徽省宿州市，234000；2.國能龍源環保有限公司，北京市海淀區，100039；3.首都科技發展戰略研究院，北京市朝陽區，100022；4. 首科綠匯(北京)科技發展有限公司，北京市朝陽區，100022)

世界能源處在大變革時代，在一段時期內能源生產將從以化石能源為主體逐步轉向以新能源為主體。作為世界主要的經濟體、人口大國以及能源生產消費國，我國一直積極推動能源革命，為人類可持續發展承擔責任和貢獻力量。當下我國已經基本形成了“立足能源資源稟賦，堅持先立后破”的能源變革路徑[1]，煤炭中短期內仍然是重要的基礎能源。經過幾十年發展，我國煤電技術在效率、排放水平、發電性能等多項指標方面均處于國際先進水平[2]。在這個背景下，如何充分發揮和延伸煤電功能，更好服務于地區經濟發展、能源安全和減污降碳，是一個值得探究的問題。

綜合能源服務目前沒有統一的定義，其主要特征是：服務一體化、低碳、智慧、清潔、互聯[3-6]。筆者認為，綜合能源服務主要是指以多能耦合、源網荷儲為主要骨架，以能源供應及衍生服務為主要產出的一種新型能源服務模式。近年來，綜合能源服務成為能源企業拓展的重點業務，國內主要能源集團都成立了專門的綜合能源服務公司推進相關業務。從理論和實踐來看，煤電企業從事綜合能源服務有一定的基礎和條件，也有利于煤電轉型，促進地區能源供應穩定，支持經濟發展和減污降碳。本文從國內外當前煤電企業實踐中總結提煉出煤電企業從事綜合能源服務的主要模式，特別是一些典型的應用場景，旨在為煤電企業轉型發展提供有益參考。

1 煤電企業開展綜合能源服務現狀分析

1.1 主要煤電企業積極布局綜合能源服務

我國五大發電集團是煤電企業的主體，近年來將綜合能源服務作為重要轉型方向，先后成立了專門業務運作平臺。2015年，國家電投集團設立了綜合智慧能源研究中心，2020年成立綜合智慧能源科技公司，統籌公司綜合能源發展；2019年，大唐集團設立智慧能源產業公司；2019年，華能集團提出由發電企業向綜合能源服務供應商轉型，目前在籌建專門的綜合能源服務公司；華電集團將旗下華電集團清潔能源公司作為綜合能源服務的平臺公司；國家能源集團近年新設立了浙江等多家地域性綜合能源服務企業，旗下國華投資也設立了綜合智慧能源公司。

1.2 熱電聯產等多能耦合模式有基礎

熱電聯產對于提升能源利用效率、解決能源供給、實現區域減污降碳協同治理有很好的效果，因此我國長期支持熱電聯產發展。1989年國家計劃委員會出臺了《關于鼓勵發展小型熱電聯產和嚴格限制凝氣式小火電建設的若干規定》(計資源[1989]937號)，鼓勵“有條件地積極發展小型熱電聯產”。此后國家出臺了相應文件，將熱電聯產作為能源梯級利用、循環經濟、源網荷儲一體化和多能互補的重要手段：如1998年國家計劃委員會等部委出臺了《關于發展熱電聯產的若干規定》；2004年國家發改委出臺了《中國節能中長期轉型規劃》；2013年國務院印發了《循環經濟發展戰略及近期行動計劃》；2016年國家發改委印發了《熱電聯產管理辦法》；2021年國家發改委出臺了《關于推進電力源網荷儲一體化和多能互補發展的指導意見》。

根據國家能源局的數據，截至2020年底，全國熱電聯產機組裝機約5.6億kW，占煤電裝機比重達52%?！笆奈濉逼陂g，供熱改造機組規劃要達到5 000萬kW[7]。熱電聯產為煤電企業從事綜合能源服務提供了技術和業務模式基礎。

1.3 靈活調峰為源網荷儲提供了條件

煤電是現代能源體系中重要的靈活性電源。在新能源為主體的新型能源系統中，煤電靈活性特點為煤電企業從事源網荷儲一體化業務提供了天然條件。丹麥和德國是歐洲火電靈活性改造的典型國家，從20世紀90年代開始改造，目前硬煤火電機組最小出力達到25%～30%，褐煤機組能達到40%～50%[8]。國家從“十三五”期間開始重視煤電機組靈活性改造，計劃“三北”地區熱電機組靈活性改造約1.33億kW[9]。截至2019年，我國已經完成火電靈活性改造容量約5 775萬kW[10]，雖然不達預期，但是火電機組的靈活性調節功能獲得一定發展。國家發改委和國家能源局《“十四五”現代能源體系規劃》要求2025年煤電機組靈活性改造規模累計超過2億kW[11]。煤電企業利用靈活性技術，整合可再生能源，可以成為地區能源管理的重要組成部分。

1.4 綜合能源服務缺乏系統性模式

從實踐層面看，目前煤電企業從事綜合能源服務仍在早期探索階段，缺乏系統性。從底層邏輯來看，綜合能源服務是傳統能源服務的轉型升級，甚至是一場“革命”。傳統能源體系是源網分離的、生產供給導向的、工業化的、中心化的，而綜合能源服務則是源網一體的、服務導向的、數字化的、分布式的，這給傳統能源企業帶來很大轉型壓力。大型煤電企業長期與用戶端脫離，因此需要重新培養服務意識、服務模式。中小型煤電企業缺乏從事綜合能源服務的資本和耐力，不具備進行中長期開發和培育市場的實力。同時增量配網、電力市場改革等政策進一步深化與落地還需要一定時間，因此短期內盈利模式并不明朗。

2 煤電企業開展綜合能源服務的意義

2.1 有助于保障能源安全和供給穩定

當前，國際能源環境和體系發生重大變革，能源需求不斷增長，能源安全重新成為普遍關注的重要議題。以煤電企業為重要載體開展綜合能源服務可以充分發揮我國資源稟賦優勢，確保能源供給安全。截至2021年底，我國煤電裝機總量約13億kW，約占全國總裝機容量的54.6%，仍然是我國的主體電力能源。煤電企業開展綜合能源服務，結合光伏、風電等多種新能源，可實現多個供能系統協調配合運行，有效減少單一供能系統產生的弊端，從而增加了整體能源供應的穩定性，保障了經濟社會發展用能需求。

2.2 有助于提升社會綜合能效水平

經過長期開展節能降耗工作，我國能耗水平有了大幅下降。但我國系統節能空間仍然較大，能耗強度較發達國家仍有差距。未來我國能耗強度進一步降低，需要大力開展系統性節能工作，強調行業、企業、流程之間的協同節能。煤電企業通過提供電、熱、冷、汽等多種能源品類，并疊加系統性的能源供應與管理，可以充分挖掘區域內不同企業間的系統節能空間；通過能源梯級利用、多能互補，可提高能源總體利用效率，降低系統能耗，提高社會總體能效水平。李金桃等[12]對一個集居住、商業、辦公等功能于一體的大型城市綜合體項目進行了多能互補運營效率的估算，發現多能互補比分供式供能節省能源約29%。

2.3 有助于促進社會減污降碳

我國地區間經濟社會發展不平衡的特點同樣反映在能源供給和消費的數量、強度和質量上。在經濟發展相對落后地區，仍然存在很多小散鍋爐。煤電企業通過清潔高效的綜合能源服務可以有效替代這些小散鍋爐，從而降低地區總體污染物和二氧化碳排放。散煤產生的PM 2.5是等量電煤的8倍[13]；若每年替代散煤7.5億t，每年可減少二氧化碳排放15億～20億t[14]。另外，煤電企業建設綜合能源服務可以為可再生能源提供良好的消納環境，促進可再生能源消納，增強對可再生能源的開發利用，有利于全社會減污降碳工作。

2.4 有助于煤電企業轉型發展

煤電企業中長期發展面臨很大轉型壓力。煤電企業從業人員多、資產總量大，其平穩轉型對于地方經濟社會發展十分重要。煤電企業從事綜合能源服務，可以實現漸進轉型，最大限度減少轉型陣痛，找到轉型出路。按照國資委對國有煤電企業的要求，到2025年可再生能源比重要達到50%，意味著煤電企業有巨大的可再生能源發展空間。據公開數據整理，除國家電投集團可再生能源裝機占比超過50%以外，其余幾家國家大型發電集團可再生能源裝機占比均在40%以下，其中國家能源集團可再生能源裝機占比不到30%。國家能源集團是我國煤電裝機最大的企業，預計“十四五”期間其可再生能源裝機增加7 000萬～8 000萬kW。新能源發展將為煤電企業提供新的業務支撐。除此之外，有研究機構預計，2025年綜合能源市場規模將達到1.2萬億元，2035年將達到1.3萬億～1.8萬億元[15]。綜合能源市場可以為煤電轉型提供足夠的市場空間。

3 煤電企業開展綜合能源服務的主要方式

煤電企業開展綜合能源服務要注重因地制宜，結合各地資源稟賦、政策導向、產業基礎等因素探索適宜的綜合能源服務內容及模式。通過文獻研究、實地調研等方法，分析研究了煤電企業可以提供綜合能源服務的主要方式。

3.1 開展煤電機組“三改聯動”

煤電目前是煤電企業開展綜合能源的根基。煤電企業首先應該充分利用政策紅利，做好煤電機組的改造，以節能降碳改造、靈活性改造、供熱改造等“三改”為主進行機組改造，不斷提升煤電清潔高效和靈活性水平，為綜合能源服務打下基礎。

目前我國已建成世界最大的清潔煤電系統，煤電清潔排放水平全球領先。以國家能源集團泰州電廠為例，該電廠有世界首臺百萬千瓦級超超臨界二次再熱機組，供電煤耗低達266.3 g/(kW·h)。國際能源署認為該工程機組是國際上發電效率最高的燃煤發電機組，投運3 年實現節約標煤363萬t/a，二氧化碳減排1 016萬t/a，創造了巨大的經濟效益和社會效益。

另外，國華三河電廠是一個依托大城市進行供暖改造的典型案例。國華三河電廠臨近京冀交匯處，隨著三河地區住宅面積增加，民用供熱能力面臨較大缺口。2016年，該電廠采用“背壓機抽汽+循環水熱泵”的配置方式，通過熱泵系統回收循環水余熱，降低蒸汽消耗，實現了穩定的對外熱水供應，在一定程度上實現了企業的轉型和價值再實現。

3.2 提升多能互補供應能力

煤電企業應積極布局分布式和集中式新能源電站建設，適當發展多種發電側儲能，為綜合能源服務“開源”，提升多能互補能力，適應未來能源系統需要。

(1)通過大力發展光伏和風電等新能源，可以充分利用廠內閑置土地、屋頂等空間，開發以自發自用為主的分布式光伏項目。當下大部分煤電企業已經在廠區范圍內建設類似光伏電站，可以小部分滿足廠內用電需求。同時，在具備條件的地區開發集中式光伏和風電電站?！笆奈濉逼陂g國家將在西北地區布局多個大型“風光火儲”基地建設，煤電企業應該爭取參與相關建設。另外也可以和地方政府合作開發城市或工業園區工商業屋頂光伏，參與鄉村振興，推進整縣光伏開發。

(2)和國內儲能龍頭企業廣泛開展合作，發展發電側儲能。煤電企業可以應用或探索的場景主要是“煤電+儲能”用于調峰調頻，其中電化學儲能已經在很多燃煤電廠進行了應用，主要通過合同能源管理形式與儲能方進行合作。另外一個值得關注的技術是“煤電+熔巖儲能”，不僅可以用于調峰調頻，還可以蓄熱供暖，但目前尚無成熟案例。江蘇國信靖江電廠2×660 MW機組熔鹽儲能調峰供熱項目(設計配套儲熱量75 MW·h)，將打造全國首個真正意義上采用熔鹽儲熱技術的大規?；痣娬{峰/調頻/供熱項目。隨著電力市場特別是輔助服務市場改革的逐步深化與落地，“發電側+儲能”的潛能有望進一步釋放，成為煤電企業從事綜合能源服務的重要方式之一。

3.3 不斷豐富單體服務場景

煤電企業有土地、資產等多方面優勢，可以此發展大量綜合能源服務場景?；谡{研，提出了煤電企業綜合能源服務開發的思路，如圖1所示。場景開發可以從技術視角和生態視角來考慮，其中技術視角主要著重電廠現有資源利用的深度，而生態視角則強調資源利用的廣度。其典型場景如下。

圖1 煤電企業綜合能源服務場景

(1)低成本集中供熱、分布式冷熱聯供能源站以及工業氣體和用水集中供應是當下非常實用的綜合能源場景。充分利用電廠蒸汽、熱力等價格低的優勢，為客戶提供綜合能源服務。南通天生港壓縮空氣項目是天生港電廠、龍源環保、江蘇金通靈3家公司投資建設的項目，該項目利用天生港電廠的低廉蒸汽、廠用電作為驅動力，在電廠內設置大型的汽驅空壓機，為南通市港閘區的工業企業提供價格低廉的壓縮空氣，終端壓縮空氣成本不高于0.07元/Nm3。

(2)耦合生物質發電和固廢處置是生態效應突出的綜合能源應用場景。英國德拉克斯(DRAX)電廠在2003年開始在煤中摻配不到1%的生物質原料進行試燒，開始了其生物質耦合燃燒發電的歷程，目前 其4臺660 MW機組全部改造為100%燃燒生物質原料，生物質燃料消耗超過700萬t/a，連續多年生物質燃料供電量超過100億kW·h，電廠二氧化碳排放降低超過90%。

(3)建設大型電動車充電設施。利用電廠周邊大量閑置空地以及廠用電價格較低的優勢，建設以電廠直供電的大型充電樁智能停車場或換電站，消納部分廠用電；或者推進標準蓄電池換電工作，在廠內建設蓄電池換電站，實現標準電池的充電，借助現有的分銷網點實現蓄電池的輸配。

(4)低碳循環工業園區。利用電廠供熱、供電、協同處置固廢等，可以整合其他合作資源，共同打造城市低碳循環園區，為城市實現碳達峰、碳中和探索新路。

(5)工業旅游場景。圍繞電廠工業設施，開展工業旅游、工業博物館、冷卻塔地標建設、城市場館供暖等民生工程，更好服務社會發展。

(6)未來綠氨燃料替代。使用NH3作為化石燃料的補充或替代燃料，將有助于減少化石燃料的使用，降低各個領域使用化石燃料的二氧化碳排放。目前最值得期待的是其具有大幅降低火力發電二氧化碳排放的潛力。對此，國際能源署(IEA)將該技術定位為實現現有燃煤發電二氧化碳減排的重要且有力的手段。

(7)虛擬電廠。德國五大電力集團之一的意昂集團(E.ON)在德國和英國開發虛擬電廠業務，為其擁有的發電機組(熱電聯產、燃氣和蒸汽機鍋爐、應急發電機、風力電廠)、能源用戶(工業負荷、水泵、熱電聯產)和儲能設施(如電池)資源等客戶提供信息通信技術設備，以便遠程管理電廠，優化電廠的收入，參與平衡市場。E.ON和德國最大的扁鋼生產商蒂森克虜伯合作，將其一個用于生產綠氫的電解水工廠納入其虛擬電廠，并通過其快速調節綠氫產能以提供靈活性。綠氫生產工廠通過參與電力平衡市場獲得額外收入，同時提高了綠氫生產的經濟性。

3.4 以園區為基礎建設能源綜合服務一體化項目

產業園區用能形式多樣，有工商業用戶和住宅用戶，是綜合能源服務的天然對象，也是當下綜合能源服務企業搶奪的重點客戶。產業園區綜合能源項目的成功實施將大幅提升煤電企業的綜合能源運營能力，形成系統的集成能力。當下煤電企業都在大力發展產業園區用戶，與產業園區管委會、運營公司及園區內企業合作，搭建綜合能源服務系統。雖然不同產業園區綜合能源服務系統有所差異，但是一個理想的綜合能源系統應該以“多能互補+源網荷儲+智慧數字”為主要骨架。目前有些煤電企業已經開始工程示范，并且獲得園區及內部企業的認可。

煤電企業在開發工業園區綜合能源服務中的優勢主要是“冷熱汽水電”多聯供體系。例如生物醫藥、精細化工等產業園區都需要熱力和蒸汽供應，目前新能源在工業用熱力和蒸汽以及居民供暖等方面還存在一定的技術和商業應用方面的不足。煤電應該充分發揮多聯供的獨特優勢，積極開拓具備多能需求的園區，將其作為系統化綜合能源服務的主要陣地。

國能宿州熱電公司正打造宿州高新區綜合能源項目，如圖2所示。宿州高新區主要發展高新技術產業，云計算和智能制造是其兩大主導產業。宿州高新區綜合能源項目將以煤電(“熱汽電”)+風光綠電為源，同時建設區域微電網和能源資源循環利用平臺以及智能控制的綜合能源信息化平臺，從而實現園區用能的低成本、穩定性和綠色低碳之間的平衡。

圖2 國能宿州高新技術園區綜合能源項目

丹麥卡倫堡工業園區是國外循環經濟園區典型代表，從某種程度來看，也是圍繞煤電廠開展綜合能源服務的園區代表。燃煤發電站是工業園區的核心，向煉油廠和制藥廠供應工業蒸汽，向全鎮居民提供供暖，從而大量減少了燃燒廢棄物和污染物排放；向水泥廠和建筑公司提供粉煤灰，用于制磚和鋪路；向石膏板廠提供生產用的脫硫石膏等等。以煤電廠為中心，園區內通過貿易的方式，充分利用關聯企業的副產品或廢棄物作為本企業的原材料，減少了廢棄物排放，實現了能源梯級利用和資源循環利用[16]。

3.5 不斷創新商業模式

綜合能源服務商業模式主要包括EPC(對項目的設計、施工等實行全過程或若干階段的承包)、BOT(投資建設，運營約定時間后轉交給業主)、EMC(合同能源管理)、PPP(負責設計投資建設運營，政府付費或業主付費方式收回投資)、DBFO(項目設計開始就特許經營)、BSO(項目建設后通過設置特定公司出售股份來獲取現金流)模式[17]。

根據不同應用場景和客戶的需求，煤電企業需要開發不同的商業模式，并不斷進行創新。一般而言，對于園區類綜合能源項目，由于投資量比較大，涉及場景比較復雜，建議采用BOT、PPP模式，或者采用與園區運營方共建合資公司長期運營的模式。對于工業企業、建筑等單體場景，比較適合的方式是EMC、BSO等模式。

4 進一步推動煤電企業發展綜合能源服務的建議

4.1 加強政策引導和支持

政府應制定本地綜合能源服務規劃，明確綜合能源服務行業的發展方向。加大電力市場改革力度，推進電力輔助服務市場化改革，為煤電從事調峰調頻等綜合能源服務提供足夠激勵。鼓勵企業與園區合作共同建設“源網荷儲”的能源系統，促進“微電網”等示范落地，推進打破“隔墻售電”約束，打造新型綜合能源服務試點示范工業園區。在煤電機組應急扶持資金、碳排放權指標、新能源發展指標、稅收優惠空間等方面給予更多有利政策，同時在儲能發展措施、綠電制氫扶持措施、整縣光伏、新能源開發建設用地、舊機組升級改造、騰退土地再次利用等多領域、多層面出臺支持政策。

4.2 積極開展技術創新

煤電企業應提升相關技術能力，充分利用太陽能、儲能、氫能等領域的技術進步，實現多種技術的融合。與儲能公司及相關機構合作，共同開展儲能示范技術的應用與落地。與信息化、人工智能等公司合作，共同開發智慧能源的綜合服務平臺，建設綜合能源服務“大腦”。與科研院所及高校等合作共建綜合能源服務、碳中和等實驗室以及研究項目，利用應用場景優勢，促進相關技術轉化落地。

4.3 探索綜合服務新模式

煤電企業應加快由生產型企業向服務型企業轉型，轉變思想認識，建立專業化的綜合服務團隊，主動接觸終端客戶，制定合理的市場營銷方案，增強市場開拓能力。以熱電銷售為抓手開拓能效提升、節能優化、碳交易、碳資產管理、能源數據管理等多種類型的拓展服務，最終提供以客戶為中心的全鏈條能源服務。搭建綜合能源服務人才平臺，提高人才教育和專業技能水平。引進或培養掌握電力、熱能等綜合型的專業人才，并建立相應的人才激勵機制，促進后期綜合運營與服務。

4.4 加快產業生態圈建設

綜合能源服務的業務特點決定了其發展必須依靠生態體系建設和廣泛的企業間協作，在綜合能源服務領域構建共享的生態體系。煤電企業應加快打造綜合能源服務的生態圈，充分匯聚資源，尋求合作共贏的商業模式，助力產業可持續發展。