基于碳排放控制的福建省中长期煤电发展规模研究

姚德全 张艳艳 刘峻 赖小垚

（中国电建集团福建省电力勘测设计院有限公司 福建福州 350003）

0 引言

清洁发展煤电是在我国自身资源禀赋和环境减排压力下的必然选择，也是履行气候变化国际责任的必要选择［1］。 我国的能源生产革命将主要通过传统化石能源的清洁化以及可再生能源的规模化发展来实现。 要实现2030 年碳排放峰值的目标、2050 年两个“50%”的目标，倒逼电力规划和电源结构调整，需严守煤电装机总量上限，保障中长期电源结构的合理经济、绿色环保。

当前福建省的煤电建设充裕度预警为绿色， 可适度发展燃煤机组。 但随着电力市场化改革和风电平价上网进程的推进，叠加环保、煤价等成本压力，煤电的价格优势逐渐弱化。 煤电行业的发展关乎电力市场化改革、“十四五”电力规划目标、能源革命目标、NDC 减排目标、区域环保目标等的实现。因此，捋清各方约束条件，进而调整煤电中长期发展定位、促进能源高质量发展，是关系中长期电源结构调整的重要课题。

1 我国中长期发展的能源与环境约束指标

1.1 我国能源消费总量控制目标

文献［2］着眼于当前到2050 年全球能源转型和中国能源变革趋势，测算得出2035—2040 年我国一次能源需求将达57亿t 标煤的峰值，之后保持平稳态势。 一次能源消费结构将以煤炭、油气和新能源三足鼎立之势。 用能中心也将逐步转入生活侧。

2035 年和2050 年，我国非化石能源占比分别升至28.0%和37.8%， 煤炭占一次能源需求的比重分别降至40.5%和30.7%。 油气占比在2035 年后基本保持在31.5%左右。

我国电力发展随着5G 时代的到来会出现大幅增长的态势。终端部门电气化水平将从2018 年的23.2%提升到2035 年的32.0%与2050 年的38.4%。 相应的我国电力需求将从2018年6.4 万亿kWh 增加到2035 年的10.6 万亿kWh 和2050 年的12.2 万亿kWh。

1.2 我国碳排放总量指标分析

在发达国家，90%以上的碳排放量和75%的温室气体总排放量来自于能源生产和消费活动， 其中二氧化碳主要来源于化石燃料燃烧［3］。

公开数据显示，伴随经济发展和能源消费能力提升，我国碳排放总量由2000 年的31.3 亿t 逐步增加至2018 年的93.1亿t。 从碳排放量增速来看，2000—2010 年是我国经济快速发展期，全国碳排放量水平增长了42.3 亿t；而进入“十二五”以来，随着我国加强对节能减排、环境保护的控制措施，碳排放增长水平逐步趋缓， 特别是2015 年习总书记出席巴黎大会后，碳排放量增长速度进一步下降。 我国近年来碳排放量及增速情况见图1 所示。

图1 我国近年来碳排放总量及增速情况趋势图

文献［4］通过搭建CGE 模型对我国碳排放的需求进行了详细的测算，预测2020 年、2025 年分别达到103 亿t、105 亿t，表明碳排放总量在2020 年之后增幅已经大幅减小，2025 年左右进入峰值平台期， 有望在2025—2027 年达到碳排放顶峰，2028—2030 年预期将保持这一峰值或呈现下滑。

1.3 我国单位GDP 碳排放指标分析

21 世纪以来，我国单位GDP 碳排放强度呈现先升后降的趋势，2005 年达到了顶峰。此后随着工业化节能降耗水平的提升， 单位GDP 碳排放量逐步下滑 （变化曲线详见图2， 折合2015 年GDP 可比价，下同）。

由图2 可知，2018 年单位GDP 碳排放强度较2005 年下降了42.9%，已提前实现了我国2020 年目标（碳排放强度下降40%～45%）。按照我国2030 年单位GDP 二氧化碳排放比2005年下降60%～65%的目标， 初步测算2030 年单位GDP 碳排放强度为0.685 t/万元～0.783 t/万元。

图2 我国近年来碳排放强度及降幅情况趋势图

2 福建省中长期能源消费与碳排放总量分析

2.1 福建省能源消费总量分析

福建省2016—2019 年能源消费总量年均增长率约3.7%，能源消费强度年均降幅为4.5%。 初步核算，2019 年能源消费总量为13 718 万t 标煤， 能源消费强度指标约为0.324 t/万元。

从能源消费结构分析，福建省近年来煤炭、石油占能源消费比重约70%， 总体呈下降趋势； 其中煤炭消费比重降低至50%以下，低于全国目标10 个百分点左右；天然气消费起步较晚、气价较高，比重呈逐步上升态势，天然气现状消费比重仅占约5%；其余为水电、核电、风电等一次电力及其他能源，占比约25%。 按照能源规划情况，“十四五”期间福建省仍将投产部分规划的煤电机组，而清洁能源消费比重有较大幅度提高，主要得益于核电、风电等清洁装机的投产及发电。

福建省2019 年人均能源消费量3.41 t/人， 与我国人均能源消费量3.47 t/人基本相当； 福建省是东部沿海相对发达省份，2019 年人均GDP 为8.93 万元（2015 年可比价），约为全国的1.4 倍，单位GDP 能耗强度仅为全国的0.7 倍。

按照中长期能源消费量预测， 全国能源消费总量峰值约57 亿t 标煤，人均能源消费量约4.75 t 标煤。 福建省为东南沿海重要能源基地，在全国基础上适度考虑10%～15%的能源储备需求， 预期福建省人均能源消费量峰值为5.22 t～5.46 t 标煤，远景能源消费总量基本保持在2.2 亿t 标煤范围内。 从各品类能源结构角度分析， 煤炭、 石油消费总量控制在2025—2030 年期间达到消费峰值，此后保持下降趋势，远期煤炭消费总量应控制在35%的目标及以下； 天然气消费水平按照福建省的气源、管网建设情况平稳上升。 结合碳排放峰值的约束条件要求，测算的福建省能源消费总量及结构情况见图3 所示。

2.2 福建省碳排放总量分析

目前，福建省尚未有碳排放的专门统计数据。 对比分析显示不同的数据来源从统计角度看差异性不明显， 故采用如下公式对福建省碳排放总量进行估算［5］：

c=∑mi×δi

式中：c 为碳排放量；mi 为一次能源的消费标准量；δi 为i 类能源的碳排放系数。

由此可计算福建省2000—2019 年碳排放总量和碳排放强度指标（煤、油、气的吨消费碳排放量取按国家发改委能源研究所计算数据），结果见图4 所示。

图3 福建省能源消费总量及结构预测结果图

图4 福建省近年来碳排放总量及强度变化曲线图

分析表明，福建省碳排放总量呈上升趋势（2016 年略有下降），碳排放量的增幅逐步减小。 碳排放强度呈现倒V 型变化趋势，2005 年达到顶峰，此后逐步呈下降趋势，与全国的碳排放强度走势基本一致。 按照我国碳排放量峰值的控制要求，结合碳排放强度指标的分析可知， 福建省碳排放强度在全国的0.65 倍～0.8 倍范围内，并逐步稳定在0.68 倍～0.74 倍的区间范围内。 全国2030 年碳排放强度为0.685 t/万元，按照区间均值0.71 倍折算，福建省2030 年碳排放强度为0.486 t/万元。 全省GDP“十四五”“十五五”的不变价增速分别按照6.2%、5.5%考虑，预测2030 年全省GDP 约6.7 万亿元（2015 年可比价）。 由此可得出福建省应控制的碳排放总量峰值约为3.26 亿t。

结合碳排放量及能源消费总量的控制目标， 得到福建省中长期的碳排放总量及碳排放强度预测曲线，见图5。

图5 福建省中长期碳排放总量及强度预测曲线图

3 低碳约束下的福建省煤电开发规模分析

3.1 煤电发展定位分析

“十三五”期间，国家组织全面开展了煤电机组超低排放和节能改造、落后机组淘汰工作，在煤电清洁化方面走在世界前列。 结合电源结构现状，未来煤电装机规模在福建省电力体系中依然占据重要地位， 但中长期内要根据电力供需基本面和主要矛盾、 煤电装机规模预期、 可再生能源发展与替代潜力、灵活性改造潜力等，通过市场机制、金融政策，引导优化煤电找准细分功能定位， 以适应未来高比例可再生能源电力系统的安全运行需要。 不同类型、状态、标准的煤电机组要按需承担基荷、调峰及辅助备用的角色［6］。

具体而言，福建省中长期煤电发展定位可分为以下几类：大容量高参数的先进煤电机组要充分发挥高能效优势作为基荷电源运行，可以进一步通过提供热、汽、水等综合能源服务来提高能源利用效率；通过完善的辅助服务产品设计，保障30万kW～60 万kW 亚临界机组科学合理地发挥灵活性辅助服务作用，实现存量机组由电量型机组向电力型机组转变；用热需求旺盛的区域通过集中供热形式，提升燃煤发电效率，实现煤电清洁高效利用。

3.2 电煤消费水平分析

按照清洁低碳的能源发展思路， 结合福建省煤炭消费总量占比逐年下降的趋势， 由碳排放峰值约束和能源总量约束进行测算煤炭消费水平，远期2050 年煤炭占能源消费比重应控制在35%以下。 考虑节能减排和天然气替代的因素，远期煤炭消费总量预计稳定在7 200 万t～7 500 万t 标煤左右。

福建省中长期煤炭消耗主要为电煤（含热电联产），比重呈逐年上升趋势。 从国外发达国家电煤占比来看， 美国是93%、加拿大85%、德国84%、英国75%、俄罗斯64%，世界平均也在78%左右。 因此，在控制碳排放、减少煤炭消耗总量的同时，应着力于提高电煤消费比重。 从上述碳排放峰值和能源消费总量约束情况， 并考虑到钢铁、 化工企业仍将有用煤需求，结合福建省实际情况进行测算，远期电煤消费占比峰值预计可争取达80%，电煤消费总量约为5 760 万t 标准煤。

3.3 煤电装机规模分析

结合当前发电煤耗情况， 可测算出未来福建省煤电发电电量控制的约束上限。 2020 年福建省燃煤发电机组平均供电煤耗目标是低于310 g/kWh［7］。 随着中长期的燃煤超低排放改造的技术进步，预期煤电平均供电煤耗仍可在2020 年的基础上下降20%，即达到约250 g/kWh［8］，以此测算福建省的燃煤发电装机规模控制的约束如表1 所示。

为满足碳排放约束要求，福建省“十四五”末的煤电装机规模应控制在3 820 万kW 以内。 随着发电煤耗水平的下降，可适度发展煤电规模，2050 年煤电规模应控制在4 800 万kW以内。 远期煤电可作为全省可再生电源发展的重要支撑，保障电力系统安全稳定运行。

随着福建省管网的逐步形成， 天然气发电厂或将有一定的市场空间。 在环境约束方面，燃煤电厂每千瓦时的碳排放约850 g，而燃气电厂每kWh 碳排放430 g，每增加100 万kW 的燃气电厂，碳排放总量减少约126 万t。 在未来能源体制改革以及电力市场改革逐步成熟后， 天然气发电的技术和经济优势将进一步体现。 由于燃气电厂发电二氧化碳排放量显著低于燃煤电厂，调峰能力较好，因此，结合碳排放总量的控制要求，在2030 年后可结合煤电退役，在城市中心区、控煤区域适度发展燃气装机，以优化电源结构，提升系统调峰能力。

表1 燃煤电厂装机规模控制约束表

4 结语

清洁低碳是能源高质量发展的重要方向， 是践行气候变化国际责任的要求。 福建省是典型的缺能省份， 构建清洁低碳、安全高效的能源体系是今后能源发展的重点。 本文基于福建省能源消费总量和碳排放的控制目标进行测算， 进而得出全省煤电发展规模的约束指标，对优化全省电源结构、促进煤电高质量发展、保障能源转型，具有重要指导作用。