上海市煤电转型升级发展策略研究

牛 刚

上海市节能减排中心有限公司

0 上海市煤电概况

煤电是上海市的主力电源类型，截至2019 年底，上海市电源总装机容量2 655 万kW，其中煤电装机容量1 499万kW，占比约56%，详见图1。

图1 上海市电源装机构成

截至2019 年底，上海市共有41 台燃煤机组。从机组用途属性而言，其中公用燃煤机组26 台，企业自备燃煤机组15台。从机组参数而言，超临界参数及以上机组10台，超临界参数以下机组31台；30万kW 以上机组14 台，容量812 万kW、30 万kW 及以下机组27 台。从机组服役年限而言，2035 年前到龄机组32 台，装机容量836 万kW（其中公用18台，装机容量680万kW）。

近三年上海市燃煤电厂运行数据见表1。此外，至2018年底，上海市所有燃煤机组均已完成超低排放改造，达到燃机排放限值要求。

上海市内电源已形成“5+X”格局，即五大发电基地(外高桥地区、石洞口地区、吴泾-闵行地区、漕泾地区、临港地区)和若干个调峰与热电联产电厂。其中，石洞口、外高桥地区、吴泾-闵行和漕泾基地以煤机为主，临港以燃机为主。前四个以煤电为主的基地现有燃煤机组装机规模分别为508万kW、502 万kW、240 万kW 和200 万kW，共计1450万kW。

1 煤电发展面临的形势及问题

1.1 国际煤电转型背景

从全球层面看，受全球气候变化、推动低碳可持续发展以及可再生能源技术不断进步等多重因素的影响，全球发电结构即将发生实质性转变，可再生能源的重要性持续提升。据BP 公司预测，到2040 年，煤炭发电的比例显著降低，作为一次能源将被可再生能源超越，其间可再生能源占发电增量的60%，进而达到全球发电量的约30%[1]。

从发达国家看，部分发达国家正着力推动传统化石能源向低碳绿色能源转型，欧洲各国政府相继列出煤电退出的时间表。如德国宣布将最迟于2038 年彻底放弃煤电（2018 年煤电装机占比25.5%），英国决定在2025年前关闭所有煤电设施，芬兰及荷兰打算到2030年全面禁止使用煤炭发电。

表1 上海市燃煤电厂近三年运行情况

从地区对标看，以东京都为例，该区域上世纪80 年代末的经济发展水平与上海目前的发展水平相近。该区域电力由东京电力公司提供，其电力装机主要有如下特点：一是公司旗下火电厂几乎全部分布在东京湾区域，靠近化工、钢铁等大用户；二是公司火电以燃气机组为主，煤电装机占比仅6.3%；三是机组效率较高，从2003年的45.4%逐步提升至2018 年的49.7%，而上海市2019 年煤电机组发电热效率为42.07%，相差7 个百分点左右；四是从重点发展核电转向重点发展可再生能源发电，提出2030 年之前开发可再生能源发电装机（不含水电）达到600万～700万kW的目标，而核电将适度恢复发展[2]。

1.2 国内及上海市电力发展形势

1）从供需上看，电力消费持续回暖，局部地区供需趋紧。2018 年全社会用电量达到68 449 亿kWh，近3年年均增长率达到7.2%。依据电力规划设计总院预测，“十三五”后期全国电力供应保障整体充足，但河北、江苏、浙江等省电力供需趋紧。受控煤政策、周边省市供电形势影响及今后可再生能源配额制的实施，上海市长期稳定地获得经济的市外来电困难将加大。

2）从结构上看，电力生产向清洁低碳方向大力转变。我国大气污染防治力度加强，生态与环保刚性约束进一步趋紧，可再生能源平价上网及储能技术的发展势必会改变传统以火电为主的电源结构。就上海市而言，未来上海市本地装机提升运行灵活性、增强调峰能力建设成为必然选择。此外，市内电源除约200万kW装机规模的自备电厂需面临升级改造，至2035年还有超过800万kW公用煤电机组面临到龄，这些机组的到期转型的路径问题也面临抉择。

3）从煤电转型方向上看，未来煤电仍将作为我国重要的基础电源长期存在。《能源生产和消费革命战略（2016-2030年）》认为：“煤炭是我国主体能源和重要工业原料，支撑了我国经济社会快速发展，还将长期发挥重要作用。煤电领域要推广先进的能效标准，加快现役机组升级改造，建立世界最清洁的煤电体系。”从长远看，资源禀赋决定了煤电仍将长期作为我国的主力电源存在，实现煤电的清洁高效转型发展是我国能源转型发展的重要任务。

1.3 上海市煤电发展存在的问题

1）煤电未来发展空间受限。从结构上看，目前上海本地煤电装机与最高电力负荷的比例约为48%，其他一线城市北京已经实现煤电零装机目标，广州煤电占比约13.2%，长三角重点城市杭州为15%[3]，上海明显高于其他重点城市，在电力结构向绿色低碳转型的大背景下，过高的燃煤装机占比将对上海未来燃煤机组发展规模设定天花板。

2）经营压力持续加大。近年来，受煤炭去产能导致燃料成本上涨、用电量增长放缓且外来电量挤压影响，上海市煤电量价齐跌，相关生产企业利润显著下滑。受制于上海市能源资源的禀赋，燃煤机组燃料全由外部供应，当前国际及国内能源资源价格波动加大，煤炭等燃料价格的波动将传导至发电企业。

3）技术水平有待提高。目前上海市在运的亚临界以下煤电机组占上海煤电装机比例约为44.5%，对比周边省份如江苏、浙江、安徽、福建分别约为36.6%、19.2%、14.7%和12.5%，上海市低参数煤机占比较大，机组煤耗偏高，且其中大部分机组属于即将到龄机组，存在一定的故障风险。此外，城市用电峰谷差进一步加大，而煤机最小出力约为30%～40%，尚不具备深度调峰能力，对上海市调峰缺口不能形成有效补充。

4）国家未来可能进一步提升对煤电的环保要求。“十三五”期间，国家对存量煤电提出一系列严厉的环保举措，包括淘汰煤电落后产能、煤机超低排放改造、清理规范自备电厂、启动碳排放交易等。尽管上海市燃煤电厂环保改造尤其是超低排放取得实质性进展，常规大气污染物的控制已不构成对煤电发展的关键性约束条件，但未来对燃煤机组的环保要求仍会进一步加大，如燃煤电厂仍是大气中汞的主要排放源，燃煤电厂的汞等重金属排放治理亟须在未来寻求解决方案[4]。

5）城市规划调整对相关煤电提出转型要求。《上海市城市总体规划（2017-2035 年）》中规划了若干战略留白区[5]，为城市未来发展预留空间。因此城市空间的更新与优化将改变上海市现有的电源布局。受上海城市发展空间资源限制，上海市建设用地规模已接近极限，土地供需矛盾突出，因此应优先充分挖掘现有电源基地空间的供电潜力。

2 上海市煤电发展总体考虑

2.1 上海市煤电发展定位

1）煤电装机应起到支撑电源及灵活调峰电源的作用。上海电网负备用问题仍将持续，电力供应安全恐将无法保障。从远景发展看，电力及调峰缺口都将较“十四五”进一步增大，如后续到龄煤电全部关停，供电安全形势愈发严峻。在外来电不确定性增加、新能源技术尚未完全成熟的背景下，本地煤电装机应起到支撑电源及灵活调峰电源的作用。

2）进一步加大煤电机组清洁高效升级改造。今后较长时期内，煤炭仍将是我国能源安全稳定供应的基石，煤炭清洁高效利用是能源绿色发展的必由选择之一。其中对原有燃煤电厂进行超低排放及能效提升改造、对到龄机组实施“上大压小”替代正是煤炭清洁利用的手段之一。在上海市的煤炭消费已经符合国家相关政策中提出的“提高发电用煤占煤炭消费比重”的发展方向的基础上，煤电升级改造也进一步有利于上海市控煤任务的完成。

2.2 上海市煤电转型升级发展原则

实施煤电转型升级发展要兼顾多方因素，较为复杂，总体而言，应坚持“安全第一、环保优先、兼顾经济”的原则来做好统筹。

1）确保安全，确保城市能源供应安全有序。转型升级既要注重外部资源供应安全，也要考虑到调整后对全市及区域供电供气等能源供应体系的冲击与影响。

2）环保优先，注重满足目前及未来将越来越严格的削减煤炭消费总量与污染物排放总量的要求。坚持“减煤量、减排量”替代的基本方向。

3）因时因地制宜，逐步推动电源结构优化。按饱和负荷，上海未来远景年还需增加超过1 000 万kW 的本地供电能力，在受电通道能力和电网调峰双约束下，上海电源的后续增量宜结合煤炭、天然气资源价格变动，因时制宜动态调整火电中煤机和燃机的发电比例。

4）分步实施，结合企业自身条件与外部实施条件稳步推进。根据企业的不同特点，按照“一厂一策”的原则推进实施。对部分条件较好的机组先期实施改造，后续根据外部条件落实情况按照规划时间节点逐步实施。

3 煤电转型升级发展策略方案

对2035 年上海市煤电基地优化调整拟定三个发展策略，其中渐进转型策略基本延续现有模式，以新建清洁高效机组替代到龄煤机；备选策略在渐进转型策略的基础上，部分采用燃机或创新示范发电技术来替代到龄机组；激进转型策略对标发达国家煤电转型路径，煤电装机占比迅速下降、煤炭消费持续减少。

3.1 渐进转型策略

该策略主要是采用“等容量、减煤量”方式替代到龄机组。

公用电厂方面，到2035 年，石洞口基地中的石洞口一厂采用2 台65 万kW 高效煤机替代，石洞口二厂一期120 万kW 在原址采用等容量煤机替代；外高桥基地的外高桥一厂共计128万kW在原址采用等容量替代；吴泾基地的三家电厂共计240 万kW，在其他发电基地以异地新建的方式建设等容量煤机。长兴岛热电厂以“以热定电”的原则实施燃机改造。自备电厂方面，到2035年，宝钢除资源消纳机组外，采用外来电和燃机替代；上海石化保留部分燃煤背压机组，在等容量的前提下新建部分燃机满足电热需求；高桥石化自备电厂关停。

到2035 年，上海市四大煤电基地公用电厂煤电总计装机规模1 330 万kW。全市自备电厂煤电装机为20 万kW，用于替代的燃机为63 万kW。全市煤电装机共计1 350万kW。

该策略方案的优势：一是可以保证上海市供电安全，在原料供应上可以基本延续现有模式，在运行方式上可以通过实施深度调峰来强化运行灵活性；二是具有一定的节能环保效益，由于等容量替代采用高效煤机，在电量不变的前提下，同现状相比用煤总量可压减原煤700万t，减排方面可减排烟尘320 万t，SO2210 万t，NOx710 万t；三是基本维持现有电力供应结构和成本。

该策略方案的主要劣势：初步匡算电源改造总投资约240亿元，在当前的能源价格政策下，自备电厂实施清洁能源替代后在经济性方面会略为抬高所属企业的经营成本。

3.2 备选策略

该策略主要结合区域条件，在策略一的基础上部分采用燃机及创新示范发电技术替代到龄机组。

公用电厂方面，石洞口二厂一期和吴泾二厂两家60 万kW 等级的煤机采用燃机替代。吴泾发电和吴泾热电30 万kW 等级煤机在其他发电基地异地新建等容量煤机（其中部分容量结合产业需求新建IGCC示范机组）。同时，外高桥二厂、三厂、漕泾电厂均实施部分污泥掺烧以消纳城市废弃资源。自备电厂方面同策略一。

到2035年，上海市四大煤电基地公用电厂燃煤机组1 210万kW（参与城市资源协同处置燃煤机组约708 万kW），用于替代到龄煤机的燃机134 万kW。全市自备电厂煤电装机为20万kW，用于替代的燃机为63万kW。全市煤电装机共计1 230万kW。

该策略方案的优势：一是煤机装机相较现状下降不多，可以保证上海市供电安全；二是具有一定的节能环保效益，用煤总量可压减原煤900 万t，减排方面可减排烟尘360 万t，SO2400 万t，NOx 350万t；三是基本不抬高社会用电成本；四是具有一定的创新示范和产业带动效应。

该策略方案的劣势同策略一，主要是在当前的能源价格政策下，自备电厂在经济性方面会略为抬高企业的经营成本。

3.3 激进转型策略

该策略主要是采用燃机替代到龄煤电机组。

公用电厂方面，石洞口基地中的石洞口一厂采用2 台65 万kW 高效煤机替代，石洞口二厂一期120万kW采用F或H级燃机替代；外高桥基地的外高桥一厂128万kW采用F或H级燃机替代；吴泾基地的三家电厂共计240万kW机组在其他发电基地以异地新建的方式建设F或H级燃机。长兴岛热电厂以“以热定电”的原则实施燃机改造。

自备电厂方面基本同策略一，区别在于上海石化不保留煤机，全部机组实施等容量燃机替代。

到2035 年，上海市四大煤电基地公用电厂煤机842 万kW，用于替代到龄煤机的燃机502 万kW。全市自备电厂煤电装机为0 万kW，用于替代的燃机为83万kW。全市煤电装机共计842万kW。

该策略方案的优势：节能环保效益较为明显，用煤总量可压减原煤1 270万t，约占上海市年耗煤总量的29.5%（以2019年水平测算）；减排方面可减排烟尘400 万t，SO2886 万t。此外，由于燃机占地面积小，可释放土地约2 800亩。

该策略方案劣势：安全性方面，在气电综合安全及资源保障安全方面存在不确定性，实施燃机改造后，全市煤电降到840万kW，气电上升至约1 440万kW，对天然气的年需求量将新增55亿m3，气电成为主力电源导致对天然气的保障更为刚性、调节更为困难；经济性方面，在当前的能源价格政策下，气电运营成本若传导至用户侧将会助推上海市终端用户用电成本约40亿元/年。

3.4 策略方案对比

综合对比上述煤电转型升级发展的三个策略方案，安全性方面策略一（渐进转型策略）最优，在原料供应上可以基本延续现有模式，在运行方式上可以通过实施深度调峰来强化运行灵活性，可以较好地保障上海市的供电安全。环保性方面策略三（激进转型策略）最优，用煤总量及常规大气污染物中的烟尘及SO2均有较大幅度的削减，且废水、废渣排放量较小。经济性方面策略一（渐进转型策略）最优，除自备电厂实施清洁能源替代后在经济性方面会略为抬高所属企业的经营成本外，不抬高社会用电成本。因此，建议按策略一实施（见表2）。

表2 策略方案综合对比

4 结语

配合城市布局和能源结构调整，上海市在中长期应进一步明确煤电转型发展路径、优化已有五大发电基地布局。各电厂所属发电集团应按照“一厂一策”的原则，提前做好方案储备与方案比选。为配合上海市煤电基地优化调整，建议控制上海市发电基地的总体用地规模不减少，总体布局不作重大调整。此外，通过树立地区高效示范机组，对国内尤其是上海市的高参数大容量发电机组设备、重型燃机、IGCC相关设备等高端装备制造业、新型材料工业发展产生积极推动作用，从而实现煤电转型升级发展目标和电力供应保障目标的双赢。