煤电转型的关键在于提升灵活性、实现清洁低碳和推动数字化发展，以适应新型电力系统的构建和实现“双碳”目标。
——电力规划设计总院副总工程师张晋宾
2024年12月26日，“2024推进煤电绿色低碳化发展技术研讨暨年度绿色低碳优秀技术与项目展示交流会”在浙江杭州召开。会上，电力规划设计总院副总工程师张晋宾分享《煤电转型之思考》为主题的发言。
发言内容如下：
煤电转型主要是方三个方面来讲：首先是国际环境，其次是国内能源电力的发展状况，最后是对煤电转型之路的思考。
在国际环境方面，从工业革命以来，碳排放是持续增加，特别是去年，全球的碳排放达到了541吨。
IPCE的报告专门讲到了碳排放，温室气体对水资源食品、人类健康、城市的基础设施和商务多样性带来了不利的一些影响。
NASA发布的 1993年到2023年的海平面上升的情况，有的地方已经20厘米。2023年到2024年全球极端气温的情况，我们国家像塞宝地区是2023年的话是达到了52.2度的高温。如果我们本世纪末不能控制到2℃，争取1.5℃的话，到了本世纪末的全球温升还会继续升高。
联合国2020年发布的排放差距报告，我们国家年碳排放总量是第一。2010年来我们国家的那个碳排放中，能源活动的占比是73%，电力是占比33%。所以说实现双碳目标，能源是主战场，电力是主力军。
今年联合国又发布全球温室气体排放差距报告，2024年全球的碳排放达到了571亿吨，电力占比是26%，能源占比是68%。我们国家去年的温室气体排放总量是160亿吨，在全世界占比是30%，人均的碳排放是每人11吨。累积的温室效应达到了3,000亿吨，占比是12%。所以说国际上的很多舆论在讲全球的碳达峰取决于中国。
第二个能源电力这方面的一个大震，总书记在2020年第七十五届联合国大会上提出了双碳目标。在次年的中央中财委第九次会上，特别强调实现双碳是一场硬仗，也是对党治国理政能力的一场大考。
实现双碳目标发达国家要做努力，但是发展中国家的要付出更大的牺牲。从主要经济体达成碳中和任务的预期速率对比曲线中可以看出，中国的曲线斜率更陡。
要实现碳中和大家都知道，就不过多赘述了，时间紧难度大，发展与碳排放的强耦合，电力领域的碳排放任务艰巨，电力系统又面临双高和双峰的特征。
习总书记在二十大上提出了加强煤炭清洁高效利用，加快规划建设新型能源体系的战略布局。在去年的全国生态环境保护大会上又讲到实现双碳目标承诺和自主行动，这是中央经过深思熟虑做出的重大战略部署，而且，也是实现高质量发展的一些内在要求，但实现双碳目标的路径和方式，节奏和力度，是由我们来做主，不受别人左右。今年的二十届三中全会做出了推进中国式现代化的一个决定，也又一次提到了要健全煤炭的清洁高效利用机制，加快规划建设新型能源体系。
总书记在去年的深改委第二次会上提出了新型电力系统的20字方针“清洁低碳、安全充裕、经济高效、供需协同、灵活智能“。清洁低碳是我们的核心目标，安全充裕是基本前提，经济高效是重要考量，，共序协同是必然要求，灵活智能是重要支撑。
发改委能源局国家数据局，今年7月份发布了《加快构建新型电力系统行动方案（2024—2027）》，这里面也提到了新一代煤电的升级行动，要开展新一代煤电的试验示范标准的建设。发改委和能源局今年也发布了《煤电低碳化改造建设行动方案》，提出了到2027年相关项目的度电碳排放较2023年同类煤电机组平均碳排放水平要降低20%左右，2027年要接近天然气发电机组的碳排放水平。改造和建设方式提到了生物质掺烧、氯氨掺烧和碳捕集利用，这个是国家的大政。
关于全球的能源行业这个趋势我的总结是“3D”：
第一个是Decarbonization
第二个是Digitalization
第三个是Decentralization
第一个主要就是清洁低碳；第二个就是数字化和智能化方面的转型；第三个就是去中心化，分布式。现在也有一种讲法是Democratization实际上它讲的主要是由于分布式这些方面电力的一些大众化，因为以前我们的电力肯定是依托我们电力企业，但是现在用电，企业或者个人他可以利用分布式，自己直接自自产自用。
大的趋势来讲，一个是能源转型，第二个数字化转型。能源转型来讲，我们煤电主要是一个煤电灵活性通俗的讲是牺牲煤电来做能源大的清洁方面的贡献。
第二个就是煤电自身的一个低碳化。数字化转型的目标实际上就是我们要借数字煤电或者是智能煤电这方面的一个考虑。能源转型是给数字化转型提供了绿色基础，但是数字化转型又会数字赋能或加快能源转型。
从我们能源电力的转型来讲，大体可以分为三个阶段：第一个就是碳达峰；第二个就是深度低碳；第三个就是零碳。从国际上来讲，风电光伏属于波动式可再生能源，波动式可再生能源就是VRE，我们2022年VRE电量的占比达到了13.7，去年达到了15.8。但是我们随后到了第二阶段会达到51.3，碳中和阶段的话会更高。
IEA国际能源署对于VRE的占比，就是VR1的渗透率会带来的影响，第一个就是如果渗透率是5%以下，对电力系统几乎是可以忽略不计，因为电力系统它本身自身的灵活性是有的。但是，我们国家现在是正在第二阶段向第三阶段过渡的阶段，这个就会带来净负荷的大波动和电力流方面的变化，更高的话会带来电力系统的鲁棒性，会带来能源方面的更大范围的盈亏。
美国加州的鸭子曲线，大家看的定负荷曲线看得很清楚，他们每一年鸭子的底部越来越深，另一种国际上说法就变成了那个峡谷曲线，这样的话随着VRE的提升，它需要灵活性，那就需要我们可调速式发电和储能来提供灵活性和剩余的负荷。
可以说灵活性是构建新型电力系统的重要支撑。那火电灵活性的实施方法是什么？首先肯定要对我们机组的现状进行调查分析，然后要进行相应的一个测试和试验，在建立了KPI以后再进行灵活性的评估，最后制定计划和实施。
我个人总结有九个方面（灵活性）的步骤：第一个是要树立灵活性的理念。灵活性是大势所趋，包括国家也在推。第二个是要进行现状的调查。第三个是优化我们的仪控系统和保护这些方面的一些逻辑。第四个是要管控灵活性和这种循环运行、周期运行的风险。第五个是要优化和稳定燃烧。第六个是要优化快启定的一个程序。第七是要改善机组的部分负荷效率和动态特性。第八是要改善燃料品质，比如说，我们要加装煤质的再现分析系统，要监控煤质是不是满足要求。第九个是混合式电站，我们煤电的灵活性一定要跳出煤电看，煤电你只是从煤电自身来挖掘的话，就是头痛医头脚痛医脚，而且永远赶不上节奏。
比如说煤电和CCUS耦合方面的灵活性，因为加装储热，或者这个机器是储能、电化学储能另外是多能互补这方面的一个路线。
2017年到2019年欧洲做灵活性改造的时候，比如说熔岩在气水循环中，用熔岩来进行界接的这个集成。第二个是中间是用固体储热材料，进行这个烟气这方面的一个集成，最后比如说间接的就直接的用气水系统中只用卤丝的那个蓄热器来做，相应的它布局在什么地方，比如说炉膛中用固体储热后煮蒸器和散热器的地方它用熔岩储热。
按美国的测试，如果是燃煤电站加上储热的改造，和光热电站、亚洲空气储能电站等各种比较，它的经济性实际上是最好的、度电成本是最低的。
我们和杜仲明杜司长去年写了一本书，叫《电力系统新型储能技术》。这本书里面的对前面技术都有很详细的一个介绍。
以上是灵活性的转型之路。
第二个是我们清洁低碳的转型。我们要从近零排放到净零排放，要把温室气体要包括在里面。它的做法第一个比如说掺烧或者是掺烧生物质燃料、天然气、煤气、氢、氨或者其他的EFU这些燃料。第二个是做混合式电站，比如说煤电加储能、煤电加光伏、煤电加地热等等。
我们后面可以布局超临界二氧化碳循环，包括最后一公里的碳捕集。另外，如果煤电报废了我们怎么办？实际上国际上也有很多做法，可以转型到楚南电站，转型成调向机。比如说，我们核电小堆加持起来的话，利用我们的燃煤，利用我们的气轮机，利用我们的发电机组，再利用我们的出泄。这些方面是可以做很多的工作。
这是生物质利用的几种方式，比如直接混烧、气化以后间接混烧，然后可以用黑颗粒或者白颗粒直接并行的混烧这种方式。实际上燃煤生物质耦合，国家能源局和环保部2017年就有发文，但是当时因为有由于补贴方面的一些因素，有一些影响。
英国最大的燃煤商务制电站是Drax Power发电厂，它是原来是6台660MW的机组，他是从2009年开始掺烧10%生物质，后来他陆续把他的四台机组都改成了纯烧生物质燃料。2019年上半年他又把生物质CCS又投入了，这样它实际上是负碳的一个电厂。去年他把没有改造的两台660MW煤电正式关闭了，当时想着他想烧气电，但是后来有一些影响，他都没有搞了。
电机工程学会组织对东南大学的“移动式生物质低温快速热解制备碳颗粒燃料的关键技术与装备”。这个直接生成一个黑颗粒但是燃煤偶合生物质，我们要知道他技术方面的一些问题。国际上2000年的时候他们做的一些煤制和一些商务制的一些燃料成分分析。从这个里面可以看得到，比如说像生物质的话它金属的含量比较高，因为生物质燃烧以后它的灰分和煤的那个灰分的一个比较。像钙镁钠钾磷的含量，生物质的含量都是普遍是偏高，氯离子的含量也很高，所以要注意相应带来的一些风险。这是他们某一个炉子，生物质燃烧以后沉积的灰。
第三个煤低碳转型就是掺氨。国家能源局发布的煤电低碳化改造里面写的就是从掺氨来讲的。掺氨是短期内降低碳排放的可取项之一。现在中国和日本来看的话， 不存在多大的问题。如果说我们实现20%的掺氨的话，燃烧问题不大。在这方面日本的电力公司包括我们中国的皖南的铜陵和神华的台山都做了相关的一些事业，国际上主要推广国就是中国和日本。
美国一家电厂在2024年12月的报道中提到，该电厂原本是一个煤电厂，于2008年投入运行，已经运行了15年。现在，该电厂正在进行改造，将煤电掺烧天然气。这一改造的原因是美国液化天然气革命后，天然气价格相对较低。
美国正在布局下一代地热技术，主要包括增强型地热系统（EGS）和闭式循环系统。这些技术的利用率较高。地热公司正在其工厂进行深藏地热的勘探，计划在勘探完成后将其与现有系统耦合，以实现更高效的利用。
去年在美国举行的电力生产会议上，广泛讨论是关于煤到气的转化，包括燃烧天然气和氢气等技术。在美国，一些公司已经开始常态化地在煤锅炉中燃烧天然气和氢气。
生物燃料包括合成氢燃料或者是制氢的各种技术的成熟度，这些方面都是可以作为我们低碳化转型的一个路径。特别像那个地质氢的这方面，现在都在比较前沿。
另外一个煤电转型就是数字化或智能化。这个是在全球经济论坛上做的一个那个分析报告，包括数字化和智能化在煤发电测电网测这些用户测，都可以赋能。据预测，到2050年，他的市场份额将达到1.3万亿美元，占据一个巨大的市场份额。
在今年的中央经济工作会上，总书记会议确定了几项重点任务，其中又提到了要开展“人工智能+”的行动，培育未来产业，积极运用数字技术和绿色技术来提升传统产业。
国际工业互联网联盟说我们数字化转型要有相应的战略程序和转型的一些那个步骤，在技术方面，项目应融合商务技术、传统狭义技术和可信技术等多方面的技术，都要几方面的融合。我们从被动式的到响应式、从预测性到预知性、从自制性这几个方面来逐级递进。
从创新融合程度来讲，首先第一步是我们数据的数字化，第二个就是互联互通，第三数字企业，第四智慧企业，第五是融合生态这些方面的考虑。
我们国内在煤电领域的数字化方面做得还不够好，主要问题在于需要建立数据字典并对每个属性进行编码，这方面的流程工作量较大。
数据体系、数据编码、数据利用、数据的清洗这些都要做到位。从智能电厂来上的讲的话往往容易忽视感知执行和多专业的融合。
在制造电厂时，必须进行绩效评估，建立基转和KPI后，再编制大纲和进行成本效益分析，进而制定详细的实施方案。这个过程中要特别注意多专业技能的融合，不仅需要人工智能专家，还需要ICT专家、运行专家、工程专家以及制造和管理方面的专家共同参与。例如，需要有IT技能的专家和工业自动化方面的专家共同协作，才能确保工作的顺利进行。此外，测量和感知技术也至关重要，因为它们是基础。在人工智能领域有一句名言：“垃圾进垃圾出”，如果感知和测量数据有问题，那么训练出来的模型也会有问题。国外的一些案例表明，由于感知和测量数据的问题，导致模型在测试时出现问题，甚至不得不取消发布会，这给人们留下了深刻的教训。例如，如果不能准确掌握炉膛的燃烧工况，就无法进行有效的优化。
2019年一个联合循环电站的项目，该项目采用了多种先进技术，包括智能传感器、PI管理平台、微软的云计算技术、增强现实识别软件、OA和OM运维软件等。在智能化和数字化的背景下，了解这些技术的成熟度非常重要。根据Gartner 2024年的报告，机器视觉和计算机视觉技术已经相对成熟，而像自制系统和量子AI等技术仍处于起步阶段。智能机器人也处于发展阶段，因此在选择技术时需要保持清醒的头脑，避免被市场上的炒作所迷惑。
大数据和小数据的区别在于规模和复杂性。根据ISO国际标准化委员会的定义，大数据通常达到TB级、PB级或EB级，并且包括结构化、半结构化或非结构化数据。相比之下，日常数据库或数据虽然可能很大，但仍属于小数据范畴，这并不是贬低其重要性。在模型方面，大模型和小模型各有优劣。大模型如ChatGPT4，其参数量达到1.8万亿，训练时使用了25,000个英伟达A100 GPU，显示出其对算力的巨大需求。然而，小模型也有其优势，例如在效率和可解释性方面表现更好，尽管其精度可能略逊于大模型，但通过借鉴大模型的技术，其精度也可以得到提升。微软在这方面进行了小模型性能和相应测试的研究。此外，为了实现煤电的更清洁化，需要满足特定的技术要求。
实际上，新一代煤电技术正在逐步发展，而新电力系统的三年行动计划也提到了对煤电进行升级的行动，但没有明确具体的技术路线。从常规煤电面临的挑战来看，包括灵活性、清洁低碳、数字化转型等方面，以及运维的主要矛盾。现在在灵活性要求下，主要矛盾转向了疲劳损伤的问题，从高周疲劳过渡到低周疲劳，这变化是很大的。这表明煤电需要在灵活性方面做出改变，从而影响硬煤、天然气等各种发电形式的碳强度。
以某电网下的火电为例，其模拟数据显示，到2030年，该地区火电的最低技术出力全年运行小时数为4,800小时，概率为55%，而最高技术出力的概率仅为5%，全年运行小时数为4,400小时。这表明设计理念需要发生重大变化。美国能源部多年前就进行了下一代煤电的开发计划，称为Coal FIRST计划，其中Coal代表煤，FIRST分别代表灵活性、创新、韧性、小型化和转型。该计划基本是重新设计300千瓦的煤电，技术指标包括30万千瓦的出力和5%的爬坡率。重新设计后，满负荷和50%负荷时的效率差异仅有一个百分点，如果带有CCUS（碳捕集、利用与封存），效率差异还不到一个百分点。这需要对锅炉的受热面和整个系统进行重新设计。
能效很关键，能效的提升也是降碳的其中之一。国际上讲能效是第一能源，第二个就是循环经济。房监事长讲的COP29的中国角这个地方也讲到了循环经济，循环经济也是我们一个努力方向。
瑞典的一家垃圾焚烧电站通过综合利用煤电产生的二氧化碳，实现了资源的循环利用。他们将重金属收集后进行利用，并将收集到的硫酸铵清洁灰作为工业原料，氯化钾作为肥料，而氯化钙和氯化钠则作为工业原料进行再利用。这种绿色经济和循环经济的结合，再加上数字经济的加持，有助于打造新型的能源经济。
预祝本次会议取得圆满成功，并希望大家在煤电的清洁低碳转型上取得更大的成就，谢谢大家！
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