從廣義上講，電力節(jié)能包括電力生產、傳輸和消費環(huán)節(jié)，在電力生產環(huán)節(jié)應包括可再生能源發(fā)電對節(jié)能的貢獻。由于我國《節(jié)約能源法》和《可再生能源法》分別對節(jié)約能源和可再生能源發(fā)展進行了規(guī)范，同時，基于我國能源以化石能源為主，電力以煤電為主的特點，本文所指的“電力行業(yè)節(jié)能”主要是指在化石燃料生產電能和通過公用電網傳輸電能過程中提高效率、降低消耗的情況。

 電力節(jié)能進入新階段

 1. 電力發(fā)展進入新階段

 2015年，我國6000kW及以上電廠發(fā)電生產及供熱消耗原煤18.84億t，占全國煤炭消費的49%。根據中國電力企業(yè)聯(lián)合會分析，2016年電力供應的主要特點是：火電凈增裝機容量比2015年明顯減少，設備利用小時創(chuàng)1964年以來年度新低;水電投資連續(xù)4年下降，設備利用小時保持較高水平;風電投資理性回落，東、中部地區(qū)凈增裝機占半數;核電裝機及發(fā)電量快速增長，設備利用小時持續(xù)下降;跨區(qū)、跨省送電增速均同比提高;全國電煤供需形勢由寬松轉為偏緊，發(fā)電用天然氣供應總體平穩(wěn)。

 截至2016年底，全國全口徑發(fā)電裝機容量16.5億kW，全口徑發(fā)電量59897億kWh，分別為建國初期的881倍和1359倍。2016年發(fā)電設備利用小時3785h，比2015年降低203h。全國裝機容量、發(fā)電量、電網規(guī)模都位列世界第一，電力工業(yè)技術水平也進入了世界先進行列，我國在電力領域實現(xiàn)了由世界大國向世界強國的轉變，長期以來電力短缺的問題得到解決。

 在發(fā)電裝機方面，2016年，全國火電裝機10.5億kW、水電裝機3.3億kW、核電3364萬kW、并網風電容量1.5億kW、并網太陽能發(fā)電7742萬kW。全國水電、核電、風電、太陽能發(fā)電等非化石能源發(fā)電裝機占全部發(fā)電裝機的36.4%，比2005年提高12.1個百分點。2000—2015年中國發(fā)電總裝機容量及其增速變化見圖1。

圖1 2000—2016年中國發(fā)電總裝機容量及其增速變化

 在發(fā)電量方面，2016年，全國火電發(fā)電量42886億kWh、水電11807億kWh、核電1714億kWh、風電1856億kWh、太陽能發(fā)電395億kWh。全國水電、核電、風電、太陽能等非化石能源發(fā)電量占全國發(fā)電總量的28.4%，比2005年提高10.2個百分點。2000—2016年中國發(fā)電總量及增速變化見圖2。

圖2 2000—2016 年中國發(fā)電總量及增速變化

 2. 電力節(jié)能法規(guī)政策提出新要求

 2016年，新修訂的《節(jié)約能源法》規(guī)定“節(jié)約資源是我國的基本國策。國家實施節(jié)約與開發(fā)并舉、把節(jié)約放在首位的能源發(fā)展戰(zhàn)略”，明確了節(jié)能在電力及能源發(fā)展中的地位。長期以來，我國通過法律體系、五年規(guī)劃綱要體系、行政管理體系等途徑，采用強化準入條件、淘汰落后產能、能源消費總量控制、重點能源消耗單位管理、能耗限額控制、節(jié)能評估、清潔生產審核等手段，對電力行業(yè)節(jié)能工作提出了更高要求。一是在五年規(guī)劃上提出明確的節(jié)能及措施要求。如《節(jié)能減排“十二五”規(guī)劃》(國發(fā)〔2012〕40號)要求，在“十二五”期間，火電供電煤耗由333gce/kWh下降到325gce/kWh;火電廠廠用電率由6.33%下降到6.2%。國務院及相關部委印發(fā)的《“十三五”節(jié)能減排綜合工作方案》、《電力發(fā)展“十三五”規(guī)劃》、《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃(2014—2020年)》等對“十三五”電力節(jié)能都提出了新的目標性要求。二是通過國家標準對燃煤機組有強制性的單位電能能源消耗限額，如國家強制性要求《常規(guī)燃煤發(fā)電機組單位產品能源消耗限額》(GB21258—2013)。三是通過制定更嚴格的節(jié)能政策提高行業(yè)節(jié)能工作水平，如國家能源局《2017年能源工作指導意見》，提出2017年完成節(jié)能改造規(guī)模6000萬kW;《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃(2014—2020年)》(發(fā)改能源〔2014〕2093號)提出深入淘汰落后產能、實施綜合節(jié)能改造、優(yōu)化電力運行調度方式等要求。四是行業(yè)自律水平進一步提高，制訂或修訂了《電力節(jié)能技術監(jiān)督導則》(DL/T1052—2016)、《火力發(fā)電廠技術經濟指標計算方法》(DL/T904—2015)、《燃煤電廠能耗狀況評價技術規(guī)范》(DL/T255—2012)、《火力發(fā)電廠能量平衡導則》(DL/T606系列標準)等行業(yè)標準。

 電力節(jié)能取得新成效

 1. 電力節(jié)能措施有新突破

 電力行業(yè)是能源轉換和加工行業(yè)，在化石能源向電能轉換過程中，雖然散失了一部分低品質的熱能但換來的是高品質的電能，即根據熱力學第二定律，能量質量的提高(由熱能變?yōu)殡娔?必然會帶來部分熱能的散失，發(fā)電轉換過程就是由量多的低品位能源換來量少的高品位電能的過程。在電能轉換過程中電廠通過廠用電方式消耗的能源則是電廠創(chuàng)造價值所消費的能源。對電廠節(jié)能評價，不能僅看消耗了多少發(fā)電能源，而更重要是要看產生了多少電能。單位發(fā)電能源產生的商品電能越多，說明電廠電能轉換效率越高，節(jié)能貢獻越大。在化石能源轉型電能過程中，通過熱電聯(lián)產方式對熱能梯級利用是提高能源效率的重要措施，電力系統(tǒng)一般將熱電聯(lián)產中利用的熱能也計算到電能轉換效率中。因此，正確評價電力行業(yè)的節(jié)能效果，主要體現(xiàn)在發(fā)電環(huán)節(jié)電能轉換效率以及輸電環(huán)節(jié)的電能損失率(線損)方面;另外，電網通過優(yōu)化電源調度和參與、支持電力需求側管理，對于電能生產端和消費側的提效和節(jié)約也發(fā)揮著不可替代的重要作用。

 在發(fā)電環(huán)節(jié)，我國持續(xù)采用大容量、高參數機組，不斷進行現(xiàn)役機組節(jié)能技術改造。新建機組基本上是60萬kW及以上超超臨界參數的大機組，截至2016年年底，已投入運行的600℃、1000MW超超臨界機組達96臺，其發(fā)展速度、裝機容量和機組數量均居世界首位。尤其是2015年以來，火電二次再熱技術獲得重大突破，多臺超超臨界二次再熱機組投運，其中華能萊蕪電廠單機1000MW6號機組的設計參數為31MPa/600℃/620℃/620℃，半年試生產性能考核試驗的發(fā)電效率48.12%，發(fā)電煤耗255.29gce/kWh，供電煤耗為266.18gce/kWh，我國煤電機組效率再次刷新能效世界記錄。

 熱電聯(lián)產機組比重不斷提高，并以供熱機組替代了大量的散燒供熱鍋爐。供熱機組的比例由2000年的13.3%提高至2015年的37.3%。不僅有效提高了電力自身的總體熱效率，對全社會節(jié)能減排也做出了貢獻。

 以大機組替代小機組，煤電結構進一步優(yōu)化�！笆�一五”時期以來累計關停小火電約1.1億kW，30萬kW及以上火電機組比例由1995年的27.8%提高至2015的年85.1%。汽輪機組容量等級變化情況見圖3。

圖3 汽輪機組容量等級變化情況

 劣質煤清潔高效利用水平達到世界先進水平。目前約有近100臺30萬kW級的循環(huán)流化床(CFB)鍋爐投運，2013年我國自主研發(fā)的世界首臺單機容量最大的60萬kW的超臨界CFB鍋爐在四川白馬電廠投運，CFB鍋爐的效率和環(huán)保水平已達到世界先進和領先水平。

 在輸電環(huán)節(jié)，加強線損管理，降低線損率。國家電網公司、南方電網公司通過不斷深化線損管理，加強基礎管理，優(yōu)化網架結構，加強技術改革力度，廣泛推廣節(jié)能型變壓器、金具、導線等節(jié)能裝備，廣泛采用無功補償、提高負荷功率因素、治理三相不平衡、控制電壓多級協(xié)調等節(jié)能運行優(yōu)化技術。

 積極推進發(fā)電權交易，提高高效機組利用效率。通過開展關停機組指標替代和現(xiàn)役機組發(fā)電權交易，提高高效機組替代高能耗機組的電量比例。2015年國家電網公司完成發(fā)電權交易電量1131.54億kWh，實現(xiàn)節(jié)煤741萬tce。

 另外，電網持續(xù)推進電力需求側管理工作。國家電網公司、南方電網公司通過需求側管理，引導用戶節(jié)約電力電量，創(chuàng)新平臺應用，大力實施電能替代，僅2015年，兩個電網公司共節(jié)約電量142.7億kWh，節(jié)約電力327.3萬kW。

 2. 電力節(jié)能取得新成效

 通過結構調整、技術創(chuàng)新、科學管理等多方面的措施，2016年，全國6000kW及以上火電機組供電煤耗312gce/kWh，比1978年的471gce/kWh下降了159gce/kWh，降幅達到33.8%。1978—2016年火電供電煤耗下降情況見圖4。

圖4 1978—2016 年火電供電煤耗下降情況

 由于中國火電長期以煤電為主，2015年火電發(fā)電量中92%為燃煤機組發(fā)電，因此火電廠平均效率基本上代表了燃煤電廠的平均效率。與世界其他主要燃煤發(fā)電國家平均效率相比，日本煤電機組效率最高，2014年達到43.3%，中國煤電發(fā)電效率目前僅略低于日本(我國2014年為40.6%，2016年提高至41.4%)，高于德國、美國等其他國家。在此特別指出的是，煤電的負荷對機組煤耗影響很大，如根據國標GB21258—2013，當負荷降低10%時，對煤耗影響在3~5gce/kWh。日本的核電機組帶基本負荷，燃煤機組帶基本負荷和中間負荷，燃油及燃氣機組帶中間負荷和尖峰負荷，抽水蓄能、部分氣電機組等帶尖峰負荷，實際上日本的大容量機組一般都是滿負荷發(fā)電，而我國30萬kW及以上機組多數負荷率在60%~75%。如考慮負荷因素對效率降低的作用，我國燃煤電廠的效率將與日本持平。部分國家煤電發(fā)電效率變化情況見圖5。

圖5 部分國家煤電發(fā)電效率變化情況

 注：中國數據來自中電聯(lián)，印度數據來自ECOFYS，其他數據來自IEA數據折算。

 在輸電方面，經過多年的線路改造，全國電網輸電線路損失率由1978年的9.64%下降至2011年的6.52%。因統(tǒng)計口徑發(fā)生變化，且長線路輸送電量比重不斷提高，2012年線損率為6.74%，2016年降至6.47%。1978—2016年全國輸電線路損失率變化情況見圖6。

圖6 1978—2016年全國輸電線路損失率變化情況

 電力節(jié)能面臨的主要問題

 1. 煤炭優(yōu)化利用力度有待提高

 提高電煤比重對于改善大氣環(huán)境質量和促進能源清潔化具有重大意義。從世界范圍看，我國電煤占煤炭消費量的比例遠低于國際平均值，美國電煤消費占煤炭消費的比重約91%、歐盟占82%、加拿大占78%、德國占86%、英國占73%、印度占70%、澳大利亞占91%，而我國約50%。

 2. 高效機組難以發(fā)揮技術優(yōu)勢

 由于經濟發(fā)展新常態(tài)、電力需求不足、可再生能源發(fā)電不斷增長等因素，造成火電機組年利用小時數持續(xù)下降，大量煤電機組處于頻繁調峰狀態(tài)，負荷率普遍性降低，大容量高參數機組能耗低的特性發(fā)揮受限。如1000MW等級的超超臨界機組在50%負荷運行時，供電煤耗比額定負荷時增加約20gce/kWh。

 3. 節(jié)能經濟代價越來越高

 經過“十一五”和“十二五”期間大規(guī)模的節(jié)能技術改造，我國燃煤電廠供電煤耗已整體達到世界先進水平，現(xiàn)役煤電機組節(jié)能降耗的技術經濟潛力充分挖掘。繼續(xù)降低能耗的空間很小，考慮年利用小時數下降、負荷率降低等因素，再繼續(xù)進行深度節(jié)能改造收回成本的周期越來越長。

 4. 政策間不協(xié)調

 能源法律、節(jié)能減排法律、可再生能源發(fā)展法律以及環(huán)保法律法規(guī)對電力企業(yè)低碳、環(huán)保、節(jié)能等要求存在交叉、矛盾、不合理等問題。由于節(jié)能、減碳、減常規(guī)污染物之間既互相促進，也有互相矛盾的情況，法律間協(xié)調不夠，直接影響到各種目標之間的不協(xié)調，導致電源與電網不協(xié)調、可再生能源發(fā)電無序發(fā)展、煤電發(fā)展定位搖擺等問題，影響到節(jié)能、環(huán)保、減碳之間的協(xié)調。如過度環(huán)保會增加能耗，過度節(jié)能會增加水資源等消耗等。此外，強制性的能耗限額要求與排污權交易等市場機制在應用上存在矛盾，節(jié)能調度與電力交易矛盾，減少棄風棄水與煤電利用小時數下降造成能耗升高的矛盾等也不同程度存在。

 5. 節(jié)能考核有待進一步完善

 電力節(jié)能的監(jiān)測技術不規(guī)范、監(jiān)測能力不足、監(jiān)測成本也較高。如燃煤電廠的節(jié)能量一般是通過各種生產運行參數的監(jiān)測并通過物料平衡計算出來的，監(jiān)測、計算方法的不一致及各種運行工況的變化會造成計算結果的偏差。電力煤耗的數據主要依靠企業(yè)自行申報，權威性、準確性難以保證。節(jié)能考核體系和節(jié)能量計算方法尚未完全建立，相關技術規(guī)范和標準滯后，使節(jié)能評價指標體系難以發(fā)揮應有的作用。

 6. 市場機制作用未有效發(fā)揮

 節(jié)能對于促進企業(yè)降低生產成本，提高競爭力有重要意義。但當前煤電頻繁變化的經營形勢嚴重影響了企業(yè)主動節(jié)能的積極性。且當前的節(jié)能工作主要是以計劃的方式給企業(yè)下達節(jié)能指標的形式，而合同能源管理、節(jié)能服務等市場機制尚未發(fā)揮有效作用。

 電力節(jié)能工作展望

 1. 電力“十三五”期間節(jié)能目標

 《國民經濟和社會發(fā)展第十三個五年規(guī)劃綱要》、《電力發(fā)展“十三五”規(guī)劃》、《能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃》、《全面實施燃煤電廠超低排放和節(jié)能改造工作方案》(環(huán)發(fā)〔2015〕164號)等文件對電力行業(yè)“十三五”節(jié)能工作目標提出了目標要求，見表1。

表1 “十三五”期間電力工業(yè)節(jié)能發(fā)展主要目標

 2. 電力“十三五”期間節(jié)能目標保障措施

 一是能效限額標準進一步趨嚴。按照國務院常務會議要求，國家標準化委組織中國電力企業(yè)聯(lián)合會等單位對GB21258《常規(guī)燃煤發(fā)電機組單位產品能源消耗限額》進行了修訂，與2013版標準相比，不同類型現(xiàn)役機組能耗限定值下降3~11gce/kWh;新標準規(guī)定了新建60萬kW、100萬kW超超臨界機組，供電煤耗分別不高于283gce/kWh、279gce/kWh，比2013版標準分別降低了15gce/kWh、19gce/kWh;新標準對行業(yè)先進值進行了11~22gce/kWh的調整。

 二是煤電轉型升級改造要求進一步提高。按照國務院要求，“十三五”期間，全國將實施節(jié)能改造約3.4億kW，關停淘汰落后煤電機組2000萬kW，新建機組全面達到世界領先機組水平，熱電聯(lián)產機組比重進一步提高，煤電調峰能力進一步增強。

 三是節(jié)能技術措施將發(fā)揮更大作用�！笆�三五”期間，60萬kW及以上容量超超臨界二次再熱煤電技術、超臨界流化床鍋爐技術、燃煤耦合生物質發(fā)電技術將應用推廣，能量梯級利用改造、汽輪機通流改造、煙氣余熱深度利用改造、機組整體運行優(yōu)化等措施將發(fā)揮主流作用。

 四是實現(xiàn)節(jié)能目標的難度越來越大。在煤耗方面，二次再熱機組雖然煤耗較低，但造價成本高;現(xiàn)有機組節(jié)能技術改造的難度越來越大。在電網線損方面，由于用電結構變化、可再生能源上網、長距離輸電、小火電關停、結構調整(第二產業(yè)線損率相對較低，但用電量大幅度下降;第三產業(yè)用電量穩(wěn)步提高，但由于用電分散，線損率相對較高)、農電體制改革等因素影響，電網線損率持續(xù)下降難度較大。

 五是節(jié)能監(jiān)督檢查要求越來越嚴格�！笆�三五”期間，政府有關部門將組織開展節(jié)能減排專項檢查，督促各項措施落實。強化節(jié)能執(zhí)法監(jiān)察，加強節(jié)能審查，強化事中事后監(jiān)管，加大對重點用能單位的執(zhí)法檢查力度，確保節(jié)能法律、法規(guī)、規(guī)章和強制性標準有效落實。

 3. 面向未來，電力節(jié)能管理需要深度改革

 在經濟新常態(tài)、電力相對過剩、能源轉型、電力轉型、電能替代、電力市場化改革、污染物超低排放、碳市場建立、智能電網和能源互聯(lián)網發(fā)展、電力節(jié)能達到世界先進水平等大背景下，電力發(fā)展中的新問題和新矛盾不斷顯現(xiàn)，電力節(jié)能工作面臨新的更為嚴峻的挑戰(zhàn)。如可再生源發(fā)電的快速增長與“三棄”(棄風、棄光、棄水)問題與傳統(tǒng)化石能源發(fā)電的協(xié)調問題;燃煤機組高參數、大容量、清潔化趨勢與去煤化方向的協(xié)調問題;常規(guī)污染物超低排放控制與節(jié)能減碳、二次污染、水污染的協(xié)調問題;電力市場推進中能源商品屬性與大范圍資源優(yōu)化配置及分布式電源發(fā)展的協(xié)調問題;提高煤炭轉化為電能的比例和碳減排的協(xié)調問題;節(jié)能減排補貼和可再生能源補貼的協(xié)調問題;全社會節(jié)能、節(jié)電要求與電力智能電網、能源互聯(lián)網之間的協(xié)調問題等，這些問題都與電力節(jié)能有密切關系。

 如煤電在進行深度調峰時或者為了調峰的需要對煤電機組進行靈活性改造和熱電解耦改造后，雖然發(fā)電機組效率下降，單位發(fā)電煤耗要上升，單位發(fā)電污染物排放濃度有升高，但增加了可再生能源發(fā)電的消納量，減少了污染物的總排放量。再如，散煤轉化為電煤、煤電替代機動車燃油雖然對碳減排作用并不明顯，但對解決霧霾問題、城市集中污染問題和保障電力安全等有重大貢獻。再比如可再生能源發(fā)電成本在現(xiàn)階段比傳統(tǒng)能源明顯要高。

 因此，傳統(tǒng)的以“嚴”字當頭的節(jié)能理念和以節(jié)能量或者能耗限值為約束性或者預期性節(jié)能目標的管理體制、政策機制、技術體系、規(guī)劃方法都將遇到前所未有的挑戰(zhàn)，都必須與時俱進進行深度改革。改革的方向和目標，就是要使電力節(jié)能從狹義的節(jié)能向廣義節(jié)能發(fā)展，由“嚴”向“優(yōu)”、由“量”向“質”轉變，不僅要分析節(jié)約了多少“千瓦時”電量，還要分析節(jié)約了多少“千瓦”容量以及對電力調峰性能等的影響等。要加強《節(jié)約能源法》、《可再生能源法》、《電力法》以及環(huán)境保護、污染防治法律等的協(xié)調工作，采取“技術上可行、經濟上合理以及環(huán)境和社會可以承受”的措施，達到從能源生產到消費的各個環(huán)節(jié)，降低消耗、降低碳排放和污染物排放，達到減少損失、制止浪費，有效、合理地利用能源的目的。