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1、火电结构优化和技术升级研究的回忆与展望赵洁 赵锦洋中国电力工程参谋集团公司2023年8月0、背景电源结构优化和技术升级是一个受到业界乃至社会各界普遍关注的问题。2023年，中国电力工程参谋集团公司电力规划设计总院在国家电力公司的指导下，联合有关方面共同努力，历时一年完成了火电结构优化和技术升级研究课题报告。开展这项研究工作目的是想答复三个问题，一是国民经济开展对电力的要求；二是火电的比例；三是火电开展需要解决的问题，以期为电力开展规划的制定和宏观决策提供参考。整个研究工作针对能源供给和电力负荷预测，我国火电技术现状和与兴旺国家的差距，火电技术升级的途径、手段以及方案安排等内容，围绕“能源资源和
2、电源结构研究；“我国火电现状分析研究；“兴旺国家火电开展方案研究；“火电新技术研究；“火电厂专项技术应用研究；“火电新技术装备国产化研究；“火电新技术造价和上网电价研究七个局部展开。研究得出的主要结论是：根据预测的开展速度，我国能源资源供给缺乏；以煤为主的结构还将长期存在；火电结构调整势在必行；技术升级应该借鉴兴旺国家的成功经验等。研究对实施结构优化和技术升级排出了时间表，提出了实施方案和假设干政策建议。国家电力公司于2002年5月14日在北京主持召开了火电结构优化和技术升级研究课题报告科技项目验收会，充分肯定了研究报告的思路、方法和结论。在国家后续公布的电力工业有关产业政策和电力行业环保政策
3、上都可以直接或间接看到本报告的影响。2023年以来，电力工业经历了体制改革和快速开展的特殊时期，火电结构和技术水平至今发生了很大变化，形成了新的格局。分析新体制下的开展趋势，正视客观环境的变化，有助于统一认识，推进和加快火电结构优化和技术升级。1、“报告中提出的目标、途径和实施方案的简要回忆1.1 火电结构优化和技术升级目标和途径1.1.1 2030年末，全国火电机组平均供电煤耗将降到330g/kWh。l 分阶段关停单机50MW及以下容量的燃煤纯凝汽机组和柴油机发电机组；l 推广采用大容量超临界机组和超超临界机组、IGCC发电技术等洁净煤技术，l 增加燃气机组，有效改善电网的调峰能力，使大容量
4、燃煤机组运行负荷率进一步提高，l 对老电厂实施改造，提高其运行经济性通过实施火电技术升级的有效措施，可使整体煤耗水平逐步降低，到2023、2023、2023、2023、2030年末，全国火电机组供电煤耗分别降到375、360、350、340、330 g/kWh。 1.1.2 2030年末，火电厂大气污染物达标排放，SO2、烟尘排放总量比2023年有所下降。按照满足“十五规划目标和新修订的环保标准要求：l SO2减排：对老厂中燃煤含硫量超过1%的3500万千瓦锅炉机组安装效率90%的脱硫装置，2023年后投运的新厂中燃用中、高硫煤的机组安装脱硫效率90%的脱硫装置，可以实现到2030年间SO2年
5、排放总量零增长。实现此目标，与2023年火电厂排放水平相比，30年间累计全国火电厂SO2减排总量约2.8亿吨。减排措施费用增加1870亿元，上网电价增加0.03元/kWh。l NOx减排：新装机组必须采用效果更好的低NOx燃烧系统，或直接安装烟气脱氮装置，对于约20的燃用无烟煤的锅炉，那么必须同步安装烟气脱氮装置才有可能达标。采取这些措施，燃煤火电机组NOx年排放总量逐年增长势头将得到缓解，到2030年末，NOx年排放总量约为781万吨为2023年水平的166%。减排措施费用增加380亿元，上网电价增加0.01元/kWh。l 烟尘排放控制：新建机组安装高效率除尘器、对约占2023年火电装机容量
6、36的老机组进行改造，可实现保持2023以后燃煤火电厂烟尘排放总量不增长。与2023年末排放水平比拟，到2030年末，燃煤火电厂烟尘减排总量接近3385万吨。减排措施费用增加51亿元。l CO2排放：火电厂减排CO2的唯一手段是提高其能源转换效率和采用优质的化石燃料如天然气。到2030年，CO2单位千瓦排放量比2023年降低约16%。 1.1.3 2030年末，三北地区电厂用水总量保持在2023年度的120水平。l 实施灰水全部回收，提高循环水浓缩倍率，水灰场改干灰场，到达二次循环电厂耗水指标由1.32 m3/s.GW降至0.6 m3/s.GW2.16Kg/kWh，直流供水电厂耗水指标由0.3
7、7m3/s.GW降至0.12m3/s.GW。l 大力推广利用城市污水处理厂产生的中水，经进一步处理后作为电厂的补充水。l 严重缺水的西北地区可因地制宜采用空冷机组。l 从全社会的角度综合考虑节水，在政府部门的主导下调整产业结构，推进高新技术和高效节水农业开展，工业企业和人民生活全面实施节水措施等，腾出用水指标建设西北等大型火电基地，满足西电东送要求，促进当地经济开展，提高社会效益。1.2 火电结构优化和技术升级实施方案1.2.1 未来可开展的火电新技术l 近10年可优先开展的火电新技术超临界SC、超超临界USC、大型循环流化床CFB、增压循环流化床联合循环PFBC-CC、整体煤气化联合循环IG
8、CC、燃气蒸汽联合循环GTCC等；l 未来有可能开展的火电新技术第二代PFBC-CC技术APFBC-CC、第三代IGCC、间接燃烧空气轮机联合循环EFCC、高性能发电技术HIPPS、局部气化空气预热燃煤联合循环PGACC、燃料电池和燃料电池+燃气轮机组成的联合循环FC及FC+GTCC等。1.2.2 火电技术升级的里程碑进度120232023年间l 关停约2400万千瓦单机50MW及以下容量的燃煤纯凝汽机组；l 对燃煤含硫量超过1%的1800万千瓦在运行电厂锅炉机组安装效率90%的脱硫装置；l 完成火电新技术引进和装备国产化示范工程400MW级IGCC、E或F级GTCC和依托工程300MW级CF
9、B、600MW超临界、PFBCP200建设；l 在煤电基地建设大型坑口电站；l 结合天然气供给状况，在有条件的地区建设天然气发电厂，改善电网调峰能力；220232023年间l 逐步关停全部约1600万千瓦单机100MW及以下容量燃煤纯凝汽机组；l 对燃煤含硫量超过1%的1700万千瓦在运行电厂锅炉机组安装效率90%的脱硫装置；l 继续煤电基地大型坑口电站的建设；逐步加大超临界、CFB等火电新技术工程建设力度；l 对老电厂进行改造，新机组采用更先进的低NOx燃烧技术或同步建设烟气脱硝装置，使排放指标全面到达火电厂大气污染物排放标准GB13223-2023的要求。l 完成超超临界、GTCC国产化依
10、托工程建设；l 根据资源供给能力，安排天然气电厂建设规模，逐步扩大国产化比例，降低工程造价；320232030年间l 重点开展大容量超超临界机组，根据届时的工程投资和上网电价，决定IGCC发电的装机规模；l 随着天然气供给能力的提高和设备国产化率的提高，加大燃气机组的建设规模；有效改善全国电网的调峰能力，提高大容量燃煤机组运行负荷率；1.2.3 未来30年火电结构预测“报告认为，随着CFB锅炉国产化的进程，到2023年后，国产300MW CFB锅炉机组可以成为燃烧劣质燃料的选择；在缺水的三北地区，600MW空冷机组的比例应该增加；20232023年，在煤价相对较高的地区以安装国产超临界机组为主
11、，以后将逐步减少；国产超超临界机组在2023年后开始应用于工程，随着时间的推移，安装规模逐步增大，2023年后将成为新建工程的主力机组；IGCC机组，考虑在2023后逐步应用于工程。基于以上考虑，未来30年火电结构预测见下表：年 度202320232023202320232030合计煤电装机总量23 235.12723532505377094371657831气电装机总量523103430155000830010500气电装机增量5111981198533002200煤电装机增量400052705204600714115其 中300MW级亚临界机组比重32%31%23%13%13%容量1286
12、1624119179418196714600MW级亚临界机组比重59%48%27%22%2%容量23552554139112982447841超临界机组比重8%21%31%15%容量307109216359203954超超临界机组比重13%40%66%容量6562395935112402IGCC比重1%6%10%19%容量53331601270136862、2023年火电机组现状2.1 装机构成2023年我国新增电力装机容量5100万千瓦，超过美国在1979年创造的年新增装机4100万千瓦的历史最高记录。新增5100万千瓦电力装机主要分布在目前电力短缺状况严峻的华中、华东和南方地区，其中火电约
13、占78.2%，水电占19.8%，核电、新能源占2%。到2023年底，发电装机总量到达440700MW，比上年同期增长11.5%。其中：火电机组装机容量为324900MW、水电机组装机容量为108260MW、核电机组装机容量为7014MW；分别占全部装机容量的73.81%、24.60%和1.59%。20232023年，5年净增发电装机容量14150.10MW，其中：水电机组35289.4MW、火电机组101465.7MW、核电机组4746MW。100MW及以上容量火电机组中燃煤机组占绝大多数，共计989台，总容量230526.89MW；燃油机组经过近年来燃油改燃煤的改造，所占比例越来越小，202
14、3年统计燃油机组10台，总容量1450MW；燃气轮机组27台，总容量4206.61MW。300MW及以上容量机组在火电装机中所占比重有所提高，2023年为54，2023年为60。100MW以下容量小机组装机2023年比2023年净增19587MW；100MW及以上容量200MW以下容量机组装机2023年比2023年净增13768MW。不同等级火电机组装机容量及比例容量等级MW装机容量GW比例根本参数2023年2023年2023年2023年总装机容量237.54324.9001001008009001.6003.4000.671.0524.2MPa/566/53860070015.34031.2206.469.6116.6MPa/538/53824.2MPa/566/5385003.0003.5001.261.0824.2MPa/538/53830038572.115104.06030.3632.0312.2MPa/535/53520025040.11044.51016.8913.7012.2MPa/535/53511016722.04635.8939.2811.058.8-12.2MPa/53510014.20013.6005.984.198.8
