張樹(shù)偉+陳曉娟

我國(guó)的電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)經(jīng)歷了從火電主導(dǎo)到火、水主導(dǎo)，進(jìn)而多種電源快速發(fā)展的階段。最近10年，在電荒緩解之后，機(jī)組容量偏小、效率偏低的問(wèn)題日益暴露。2004年，國(guó)家發(fā)改委出臺(tái)了新建燃煤電站的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，要求新建火電單機(jī)容量原則上應(yīng)為60萬(wàn)千瓦及以上，發(fā)電煤耗要控制在286克標(biāo)準(zhǔn)煤/千瓦時(shí)以下，從而開(kāi)啟了中國(guó)火電的“大機(jī)組”時(shí)代。在能源強(qiáng)度下降20%目標(biāo)的壓力下，從“十一五”開(kāi)始，小火電關(guān)停，代之以大機(jī)組（稱為“上大壓小”）的政策開(kāi)始推進(jìn)。

“十一五”期間，全國(guó)累計(jì)關(guān)停小機(jī)組7700萬(wàn)千瓦。其中油電大約700-1000萬(wàn)千瓦，其余均為煤電機(jī)組。2011、2012年進(jìn)一步關(guān)停350萬(wàn)與200萬(wàn)千瓦，而2013年關(guān)停也達(dá)到450萬(wàn)千瓦。大部分關(guān)停煤電壽命超過(guò)20年、容量低于20萬(wàn)千瓦，但是也有一些建成時(shí)間很短的。而新上的大型機(jī)組，主要是60萬(wàn)千瓦超臨界與100萬(wàn)千瓦超超臨界機(jī)組。2006年初，單機(jī)20萬(wàn)千瓦及以下小火電機(jī)組容量超過(guò)2.2億千瓦，占比為47%。而通過(guò)這些年不斷地上大壓小與上馬大容量機(jī)組，到現(xiàn)在，我國(guó)電力系統(tǒng)60萬(wàn)千瓦以上的大機(jī)組，已經(jīng)占據(jù)了1/3的份額。

在一個(gè)主要由大機(jī)組構(gòu)成的系統(tǒng)中，單純看大機(jī)組本身，的確具有比小機(jī)組更好的能源利用與排放績(jī)效。但是，如果擴(kuò)大到系統(tǒng)的角度，很顯然，大機(jī)組更適合工作在基荷；負(fù)荷尖峰時(shí)刻則更適合小機(jī)組，特別是投資成本小、啟停非常迅速的天然氣機(jī)組。因?yàn)樗睦眯r(shí)數(shù)非常低（通常一年內(nèi)只有幾十到幾百個(gè)小時(shí)），燃料成本低到可以忽略的地步，效率高低變得無(wú)足輕重，而投資成本大小成為關(guān)鍵。一個(gè)合理的電力系統(tǒng)，對(duì)應(yīng)于負(fù)荷曲線的特性，應(yīng)該是大中小各種機(jī)組配合的系統(tǒng)。如果說(shuō)從電力系統(tǒng)運(yùn)行角度，電力系統(tǒng)“電源結(jié)構(gòu)”很難存在最優(yōu)標(biāo)準(zhǔn)，但是不同單機(jī)容量機(jī)組間的配合，以更好地契合峰荷、腰荷與基荷的特性，往往存在實(shí)用性的標(biāo)準(zhǔn)。

而另一方面，許多研究對(duì)過(guò)去一段時(shí)間小火電提前退役的影響進(jìn)行了評(píng)估，特別是燃煤消耗與污染物排放方面的評(píng)估居多。但是，這些評(píng)估基本是靜態(tài)評(píng)估，基于一個(gè)2005年假想的“效率不變”基準(zhǔn)線。這一上大壓小帶來(lái)了可觀的能源節(jié)約與排放減少。但是，如果從靜態(tài)變?yōu)閯?dòng)態(tài)評(píng)估，也就是考慮機(jī)組的年齡（Vintage）結(jié)構(gòu)帶給整體能源與環(huán)境的影響，那么結(jié)果可能并非如此。

既有小機(jī)組已經(jīng)運(yùn)行了一段時(shí)間，很可能在未來(lái)10-15年就會(huì)到期關(guān)閉，而新建大機(jī)組無(wú)疑將有很大可能性運(yùn)行到設(shè)計(jì)壽命結(jié)束，比如30年以上（否則意味著再一次的提前退役）。如果10年之后新增火電就出現(xiàn)了政策上的限制，那么“上了大機(jī)組”的累計(jì)排放將可以預(yù)計(jì)的要高于“小火電正常到期”的假想情況。這種累計(jì)排放的增加，其實(shí)是與最初關(guān)停小火電的初衷相矛盾的。

上大壓小的環(huán)境產(chǎn)出

中電聯(lián)（2011）的報(bào)告測(cè)算，“十一五”期間，電力化石能源排放減少17.4億噸（相比2005年效率基準(zhǔn)線），其中小火電關(guān)停是一個(gè)主導(dǎo)的因素；而Price等（2011）在《能源政策》雜志的文章計(jì)算表明，2006-2008年，通過(guò)小火電關(guān)停，節(jié)省了7500萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤（相比2005年效率）。但這些研究，都是靜態(tài)的測(cè)量。

如果我們考慮到整個(gè)煤炭裝機(jī)的年齡結(jié)構(gòu)，如此大規(guī)模的小火電關(guān)停與大機(jī)組替代（8000萬(wàn)千瓦以上，相當(dāng)于一個(gè)歐洲大國(guó)的總裝機(jī)量），動(dòng)態(tài)的結(jié)果可能與靜態(tài)完全不同。

基于年齡結(jié)構(gòu)與30年設(shè)計(jì)壽命進(jìn)行測(cè)算，在未來(lái)，如果一直沒(méi)有新建煤電機(jī)組的限制政策，那么提前退役小火電將取得長(zhǎng)期的減排結(jié)果。相比小火電到壽命自然退役的情況，提前關(guān)停小火電提高了2005-2012年的總體煤電效率0-0.7%。2005-2050年累計(jì)，關(guān)停小火電使得累計(jì)CO2排放減少0.1億噸以上。

但是，如果在2020年，煤電行業(yè)出現(xiàn)了政策限制。那么，自然退役與提前退役的情況就可能反過(guò)來(lái)。最為激進(jìn)的，就是2020年后不再新建燃煤電站。自然退役條件下，大量的小機(jī)組在2020年左右將退役，從而在總的電源結(jié)構(gòu)中，煤電的比例將出現(xiàn)大幅度下降。而提前退役情況下，由于2006-2013年巨量的煤電大機(jī)組的建設(shè)，這部分機(jī)組到30年后，也就是大約2030-2040年間，才有大量的電廠到期退役，排放將持續(xù)30年。2005-2050年累計(jì)，其CO2排放將比正常退役情況多出5.3億噸。如果沒(méi)有局部污染物排放體系的升級(jí)，本地污染物的累計(jì)排放情況也大致如此。這一測(cè)算并沒(méi)有考慮加裝CCS的可能性，因?yàn)檫@很可能會(huì)從經(jīng)濟(jì)上讓煤炭進(jìn)一步喪失競(jìng)爭(zhēng)力。

那么，2020年后不再新建燃煤電站的可能性有多大呢？這不是一個(gè)預(yù)測(cè)問(wèn)題，而是一個(gè)政策問(wèn)題。從國(guó)際比較來(lái)看，美國(guó)已經(jīng)推出了2030年電力行業(yè)相對(duì)2005年減排30%的行政命令，煤炭發(fā)電不加裝CCS很難有它的位置，加裝了CCS在成本上更難跟天然氣發(fā)電競(jìng)爭(zhēng)。

從這種意義上以及我國(guó)重度霧霾的嚴(yán)重影響來(lái)看，環(huán)境資源是比能源資源更加稀缺的。如果環(huán)境約束是緊的，可能相當(dāng)一部分化石能源的命運(yùn)將是永久地留在地殼之中。煤電自然也就沒(méi)有了它的位置，甚至有可能進(jìn)一步提前退役，成為“擱置”資產(chǎn)（stranded asset）。面臨未來(lái)的不確定性與新的信息與政策出臺(tái)的可能性，大量大火電機(jī)組的上馬無(wú)疑進(jìn)一步加劇了“浪費(fèi)”的風(fēng)險(xiǎn)。

在我國(guó)，2020年是否頒布這樣的限制法令，將更多地取決于其他競(jìng)爭(zhēng)性電源是否可以彌補(bǔ)火電空缺的問(wèn)題，特別是核電與可再生能源的發(fā)展態(tài)勢(shì)與成本競(jìng)爭(zhēng)力。至少?gòu)淖罱鼛啄昕矗捎谡w經(jīng)濟(jì)處于“換擋期”，總體需求增長(zhǎng)緩慢，非火電機(jī)組快速增長(zhǎng)，火電機(jī)組會(huì)從總量增長(zhǎng)減弱與結(jié)構(gòu)調(diào)整兩方面受到擠壓。大機(jī)組的年負(fù)荷因子也只在50%左右，開(kāi)工不足問(wèn)題嚴(yán)重。

小機(jī)組的優(yōu)勢(shì)

長(zhǎng)期來(lái)看，一個(gè)基于大比例（比如超過(guò)80%）可再生能源的電力系統(tǒng)越來(lái)越成為人們的期待。但是，可再生能源隨機(jī)性、間歇性的特點(diǎn)決定了系統(tǒng)總是在或大或小的概率上，存在可再生出力無(wú)法滿足需求的時(shí)刻。這種情況下，儲(chǔ)能或者其他化石能源備用機(jī)組就顯得愈加不可或缺了。

在我國(guó)云南、遼寧，甚至甘肅等地區(qū)，由于各種能源資源極其豐富，一個(gè)純非化石能源系統(tǒng)是完全有可能產(chǎn)生的。在一個(gè)起作用的電力系統(tǒng)中，火電機(jī)組有可能進(jìn)一步降低負(fù)荷水平，甚至完全“淪為”備用。這種情況下，無(wú)疑小機(jī)組具有緊密跟隨負(fù)荷、風(fēng)力出力變化更好的靈活度，其深度調(diào)峰的代價(jià)相比而言也較低。

過(guò)去，我國(guó)風(fēng)電的布局思路延續(xù)了傳統(tǒng)的大機(jī)組模式，集中開(kāi)發(fā)、匯聚上網(wǎng)、升壓外送、降壓使用，走了一條與國(guó)際可再生能源發(fā)展不同的發(fā)展道路。由于嚴(yán)重棄風(fēng)、系統(tǒng)靈活性下降等問(wèn)題的暴露，人們?cè)絹?lái)越認(rèn)識(shí)到風(fēng)電分布式接入、就地利用模式的優(yōu)勢(shì)。

而分布式能源的發(fā)展，并不局限于風(fēng)電，傳統(tǒng)的電源也一樣。分布式電源基本都是滿足小范圍需求的小機(jī)組，并且構(gòu)成了智能電網(wǎng)系統(tǒng)重要的組成部分。

上大壓小的減排成本

“上大壓小”即使就其靜態(tài)減排效果的取得來(lái)衡量，可以預(yù)計(jì)其減排成本將非常高，因?yàn)樾C(jī)組的固定投資已經(jīng)屬于沉沒(méi)成本，其增量成本將是新增機(jī)組的全部成本（固定投資+運(yùn)行+燃料）與小機(jī)組的可變成本（運(yùn)行+燃料）的差值。據(jù)測(cè)算，其實(shí)現(xiàn)單位CO2減排的成本在800元以上，比CCS還高。其他的局部污染物（比如二氧化硫與氮氧化物），由于基于已有的80%左右的脫硫率，以及一定水平的脫硝率，其減排成本也將高于其他煤炭利用設(shè)施，比如鋼鐵與其他燃煤鍋爐行業(yè)。

這一測(cè)算，還僅是項(xiàng)目本身的成本變化，沒(méi)有考慮其帶來(lái)的就業(yè)變化等社會(huì)影響。作為一項(xiàng)“命令-控制”型政策，上大壓小的減排成本不低。

目前系統(tǒng)中的大、小機(jī)組，無(wú)疑都具有滿足電力需求、提供調(diào)峰服務(wù)等功能，而大機(jī)組在滿足需求快速增長(zhǎng)、提高系統(tǒng)整體效率方面居功至偉。未來(lái)不需要建設(shè)小機(jī)組（因?yàn)樾实停?，但現(xiàn)存的小機(jī)組在系統(tǒng)中將越來(lái)越有價(jià)值（因?yàn)殪`活、只有可變成本故經(jīng)濟(jì)性好），這應(yīng)該是共識(shí)；而現(xiàn)在大機(jī)組可以說(shuō)已是火電主體，未來(lái)是否需要繼續(xù)建設(shè)煤電大機(jī)組應(yīng)當(dāng)審慎思考。