［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)揮其存量資產的最大效能，推動煤電產業(yè)結構的優(yōu)化調整和高質量健康發(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；現狀研究；高質量發(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)電產能過?，F象凸現。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合下發(fā)了《關于推進供給側結構性改革 防范化解煤電產能過剩風險的意見》的通知（發(fā)改能源[2017]1404號），2018年多個部委聯合下發(fā)《關于做好2018年重點領域化解過剩產能工作的通知》（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、社會上仍出現了“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)、資產優(yōu)良的300 MW機組強制關停，既造成國有資產的損失，也不利于煤電產業(yè)結構的優(yōu)化調整。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、服役現狀等，對照分析國內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)化調整，具有重要意義。
1、我國煤電機組現狀
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
根據中國電力企業(yè)聯合會可靠性管理中心統(tǒng)計數據，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?，整體服役時間較短。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狀
2.1 全球煤電機組的裝機情況
根據全球燃煤電廠追蹤系統(tǒng)的調查統(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“全球燃煤電廠追蹤系統(tǒng)”數據，在過去10年，全球范圍內燃煤電廠機組的退役趨勢出現了大幅的上升，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
根據美國能源信息署統(tǒng)計數據，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
根據國內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，根據全球煤炭研究網絡2018“全球燃煤電廠追蹤系統(tǒng)”統(tǒng)計數據，世界上主要國家和地區(qū)現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，根據全球煤炭研究網絡2018“全球燃煤電廠追蹤系統(tǒng)”統(tǒng)計數據，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、國內外長周期服役煤電機組情況
根據中國電力企業(yè)聯合會可靠性管理中心統(tǒng)計數據，我國早期投產的煤電機組長周期服役情況見表5。根據查閱世界各國的國家能源署和電力公司網站的統(tǒng)計數據，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）煤電機組整體投產晚，發(fā)展慢。國產第一臺100、200、300 MW容量煤電機組分別于1961年、1972年、1975年投產。改革開放后，我國煤電技術才得到突飛猛進的發(fā)展。
2）大容量機組投產時間短，但占比大，降低了整體煤電機組的服役年限。國產第一臺600、1000 MW容量煤電機組分別于1985年、2006年投產。但目前我國百萬機組的數量和容量已位居世界第一。根據中國電力企業(yè)聯合會統(tǒng)計數據，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，實行電力現貨交易市場實時交易等，一定程度上保證了煤電的經營，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，氣電承擔調峰、調頻，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?！栋屠鑵f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，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，也是確保電力產業(yè)高質量發(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。根據區(qū)域電力供應、調峰需求、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)域電網調頻、調壓、調峰的輔助服務等等。
3）按照“兩階段”戰(zhàn)略安排和全面實現“兩個一百年”的發(fā)展目標，未來一段時間內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價值，使國有資產保值增值。
5、結論與建議
1）從全球范圍內煤電機組服役年限來看，國內外煤電機組均有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，也是確保電力產業(yè)高質量發(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)揮存量資產的最大效能，確保國有資產保值增值。
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，充分挖掘存量資產價值。
