黄少中：关于西北地区煤电转型的分析与研究

关于西北地区煤电转型的分析与研究

黄少中¹  汤泰¹  孙沛²  张葵叶¹  于立东¹

（1.中国能源研究会双碳产业合作分会  2.西北电力设计院）

一、研究背景与意义

当前，世界能源结构已经进入油气为主的发展阶段，我国受资源禀赋和基础设施惯性等因素影响，以煤为主的一次能源消费结构短期内难以发生根本改变，我国煤炭消费量占全球总消费量约50%。在“双碳”目标背景下，电力部门作为我国最大的碳排放来源以及终端用能电气化的重要支撑，需要从以煤电为主体转向高比例可再生能源、多种能源形式互补的新型电力系统，转型责任重大。

西北地区拥有丰富的煤炭资源和广阔的地域空间，是我国传统能源的重要基地。同时，在全国新型电力系统建设版图中，西北地区亦是重要的新能源外送基地。西北地区新能源资源丰富，各省（区）新能源渗透率在全国省级电力系统中位于前列，因而最先遇到一些转型问题。例如，西北地区系统调节性资源缺乏，电力系统保供和新能源消纳问题突出，煤电电量需求减少与容量需求增加的背离趋势愈加明显，缺乏电价政策和市场机制有效支持等。因此，煤电在不同转型时期的功能定位和转型思路有待进一步明晰。

研究西北地区煤电转型有助于推动西北能源结构向清洁、低碳方向转变，进而服务西北经济社会整体绿色转型，既符合国家关于能源安全和可持续发展的战略要求，也是推动西北实现“双碳”目标的积极思考。以西北地区作为典型，探索其新能源高比例发展形势下的煤电转型之路，有助于西北能源行业把握发展节奏，并为我国其他地区的能源转型提供借鉴参考。

二、西北地区煤电发展现状、规划与展望

（一）西北地区煤电发展现状

西北电网包括陕甘青宁新五省（区）电网，是全国六大跨省电网之一，地域跨度位居全国之首。目前，电网已覆盖五省（区）的大部分经济较发达地区，电网最高交流电压等级为750千伏。截至2023年底，西北电网全口径装机容量45443.6万千瓦（含陕西点对网外送1024万千瓦），其中水电3677.4万千瓦、火电19109.7万千瓦（含陕西点对网外送1024万千瓦）、风电9806.3万千瓦、光伏12537.1万千瓦，所占比例分别为8.09%、42.05%、21.58%、27.59%。火电装机以煤电装机为主，占比约为98.7%，生物质、气电规模很小，仅1.3%。^[1]2023年西北全网火电装机占全口径装机比重约为42.35%，2023年火电新增装机占比约为15.56%。

表1  2023年西北电网各省火电现状

注：数据来源于《2023年全国电力工业统计快报》。

从机组类型构成看，西北电网全口径机组中30万千瓦级及以上机组装机容量15910万千瓦，占比约83%。内用机组中，30万千瓦级为主，装机容量7721.5万千瓦，占比约55%；外送直流配套火电中，全为60万千瓦级及以上机组。另外，西北电网供热机组7819万千瓦，占比约41%。

表2  2023年西北电网火电装机构成  （单位：万千瓦）

（二）西北地区煤电发展规划（2025—2035年）

对于内用火电，“十四五”期间规划新增火电5539万千瓦，目前已投产409万千瓦；在建煤电3076万千瓦；已核准煤电466万千瓦；已纳规煤电1588万千瓦。叠加生物质发电与气电装机，仅考虑在建、已核准、已纳规的项目，2025年火电装机将达到1.66亿千瓦，2030年为1.94亿千瓦；在此基础上，考虑1900万待纳规火电，2035年火电规模将达到2.13亿千瓦。

对于外送火电，按照发展规划，2025年西北外送直流规模将达到9531万千瓦，2030年西北外送直流规模为15131万千瓦，2035年西北外送直流规模为18331万千瓦。2025年西北外送直流配套火电装机为6312万千瓦、2030年为8840万千瓦、2035年为9440万千瓦。^[2]综合考虑内用和外送火电装机，2025年火电装机总规模为2.29亿千瓦，2030年为2.83亿千瓦，2035年为3.08亿千瓦。

表3  2025—2035年西北电网火电装机规模  （单位：万千瓦）

（三）西北地区煤电发展展望（2035—2060年）

伴随着经济发展水平的不断提升和工业化的进一步深化、终端用能电气化率的不断提升、高技术及装备制造业和现代服务业的进一步发展等，我国的电力需求仍将持续攀升。大量电力转型研究对我国电力需求增长进行了估计，从当前到2060年，我国的电力需求整体呈现“先稳定增长，后维持平衡”的发展态势。考虑未来社会经济行为发展不确定性对终端产品需求、能源技术进步等存在较大影响，电力需求预测值存在较大分歧，到2060年全国电力需求将达到12.16万亿～21.55万亿千瓦时，中间值约17万亿千瓦时。近五年，西北电网全社会用电量占全国比重约为11%，考虑到全国产业向西北转移与经济发展阶段，预计2060年西北电网全社会用电量占全国比重约为15%，达到2.55万亿千瓦时。

根据相关机构预测，2060年全国一次能源消费总量预测在56亿～58亿吨标准煤左右。同时，非化石能源占一次能源消费比重达80%左右。可再生能源装机容量约为60亿～90亿千瓦。风电、太阳能总装机在45亿～80亿千瓦左右。煤电装机预测值分歧较大，有研究认为至2060年，煤电将完全退出运行；其余研究认为部署CCUS后的煤电装机在0～6亿千瓦范围内。

考虑到储能技术进步，倘若可以解决日间、日内电量搬移问题，保守估计跨月储能未能取得突破，季节性缺电需靠清洁煤电解决（不考虑内陆核电）。2060年，预计全国风电装机21亿千瓦，太阳能装机39亿千瓦。目前，西北风电、太阳能装机规模占全国的比重不足25%，预计至2060年，西北风电、太阳能装机规模占比将达到25%，即风电5.25亿千瓦、太阳能9.75亿千瓦。根据平衡分析，2060年西北电网仍需要火电装机1亿千瓦。考虑到部分气电、生物质发电机组，西北电网需要部署CCUS的煤电装机约在0.8亿千瓦以上。需要说明的是，此火电规模预测仅从系统中电量平衡的角度出发，若考虑系统安全稳定、惯量支撑等其他需求，如不发生重大的科技进步，所需火电规模可能还会略有增加。

三、新发展形势下西北煤电定位与作用

（一）西北地区煤电定位与作用分析方法

在预测的负荷情况和规划的电源建设情景下，尽量充分发挥水电作用，分析电力供需平衡，再结合新能源消纳和需求侧响应需要，分析煤电发展定位。

1.用电负荷情况

2025年、2030年、2035年西北电网全社会最大负荷分别为1.7亿千瓦，2.2亿千瓦和2.6亿千瓦，“十四五”“十五五”“十六五”期间年均增速分别为7.3%、5.4%和4.0%。2025年、2030年、2035年全社会用电量分别为1.2万亿千瓦时，1.5万亿千瓦时和1.8万亿千瓦时，“十四五”“十五五”“十六五”期间年均增速分别为7.5%、5.0%和3.7%。

表4  西北五省（区）电力需求预测  

2.电源建设规划

（1）水电：陕西、新疆水电少量增长，青海新增水电按外送配套考虑，预计2025年水电装机将达到3764万千瓦。

（2）火电：仅考虑在建、已核准、已纳规项目，预计2025年火电装机将达到1.66亿千瓦，2030年1.94亿千瓦，2035年2.13亿千瓦（1900万待纳规）。

（3）新能源：根据初步规划测算，至2035年，西北电网新能源总规模约9.7亿千瓦，其中直流外送配套约2.5亿千瓦。按前述发展规模测算和各省、区规划情况，2025年内用新能源装机规模约3.2亿千瓦，2030年约5.1亿千瓦，2035年约7.2亿千瓦。

表5  西北地区新能源发展规划  （单位：亿千瓦）

（4）抽水蓄能及储能：截至2023年底，西北地区已建成储能电站1093万千瓦，已核准抽水蓄能装机2810万千瓦，后续计算中抽水蓄能、电化学储能等灵活性调峰电源根据系统需求配置。

图1  2025—2035年西北电源装机进展预测

3.需求侧响应规模

按照国家相关政策，西北区域及各省电网需求侧响应规模，2025年按照3%考虑，2030年按照5%考虑，2035年按照7%考虑，2025年、2030年、2035年需求侧响应规模分别为500万千瓦、1000万千瓦、1800万千瓦。

表6  2025年西北地区需求侧响应能力情况  （单位：万千瓦）