當前，我國300 MW及以上等級煤電機組平均供電煤耗約為305 g/(kWh)。按照2020年燃煤機組發電量為4.8萬億kWh，則全年消耗標準煤約 14.6億t，CO2排放約為42億t。根據相關預測，到2030年，煤電CO2排放約為40億t，與目前水平接近，基本可實現行業碳達峰。但是，發電本質上是一個碳排放行業，而且排放量占比很大。發電行業的技術進步，尤其是低碳化技術的突破是實現我國“3060碳達峰碳中和”目標的關鍵支撐。
（來源：微信公眾號“循環流化床發電”ID：xhlhcfd 作者：王月明）
火力發電，尤其是燃煤發電，是目前綜合經濟性最好、技術成熟度最高的發電形式。理論上講，相對于核電、水電、風電等，火力發電受資源制約較小，布局更加靈活，裝機容量可以根據實際需求決定。
煤電的發展，一方面取決于我國經濟發展水平、資源稟賦、環境保護、碳減排等對電力行業的整體需求，另一方面取決于煤電的技術特點、技術成熟度、經濟性等。因此，要深入研究煤電的發展趨勢，獲得“碳達峰、碳中和”背景下的煤電合 理占比和結構，就必須從電力需求和發電技術發展兩方面綜合考量，需要考慮存量機組的節能降耗和新建機組的高效率。同時，煤電機組需要智能靈活，滿足新能源電力的大規模接入。因此，應重點研究高效煤電技術、煤電機組靈活調峰技術和碳捕集及利用技術。
1 煤電的發展研究
1.1 煤電的特點和定位
經過近幾十年的發展，燃煤發電污染物排放得到有效控制。截至2020年底，我國煤電機組幾乎全部達到超低排放水平。但是，火力發電機組在碳排放方面劣勢明顯。目前，我國燃煤機組單位發電量碳排放（CO2）高達879 g/(kWh)，即使最先進的煤電機組單位發電量碳排放也達到756 g/(kWh)，遠高于實現碳中和所需的近零排放標準（單位發電量碳排放量低于100 g/(kWh)），所以燃煤發電是我國電力行業減碳的主要領域。
新中國成立70年以來，我國電力工業快速發展，實現了從小到大、從弱到強、從追趕到引領的巨大飛躍，為我國經濟社會發展作出了突出貢獻。在此背景下，煤電快速發展，在國家持續投入和支持下，煤電技術取得了長足進步，單機容量、機組參數、機組數量、能效指標均躍居世界前列。長期以來，燃煤發電呈現出占比高、體量大的特點，實際承擔我國主力電源和基礎電源的角色。
近年來我國對能源利用多元化、清潔化、低碳化的需求日益迫切，尤其是習近平總書記提出“3060碳達峰碳中和”的目標后，能源行業尤其是電力行業的轉型勢在必行。未來燃煤發電必將擔負新的歷史使命。
首先，新能源電力波動大、間歇性強，在大規模、低成本儲能技術成熟應用之前，適當比例的燃煤發電可為電力系統的穩定運行提供足夠的轉動慣量，平抑大比例新能源發電并網帶來的波動，保障電網系統的安全。電力系統需要火力發電尤其是燃煤發電充分發揮“兜底保障”的重要作用。
其次，煤電要積極轉變角色，由傳統提供電力、電量的主體性電源，向提供可靠電力、調峰調頻能力的基礎性電源轉變，積極參與調峰、調頻、調壓、備用等輔助服務，提升電力系統對新能源發電的消納能力，將更多的電量市場讓給低碳電力。
最后，熱電聯產的燃煤發電機組是滿足我國居民采暖需求的重要保障。盡管目前熱電聯產機組已占火電機組比重的41%，仍不能滿足我國日益增長的熱力需求。低成本的燃煤發電是全社會低成本用電、用熱的基礎，是我國保障民生和社會經濟活動用能的重要支撐，對促進經濟社會發展、提升人民幸福感具有重要意義。
1.2 煤電在總裝機中的合理占比
我國煤電投資規模逐年下降，“十一五”時期的平均煤電年新增裝機規模是6 862萬kW，到“十三五”期間已降至3 538萬kW。煤電新增裝機容量規模在2016年被新能源超越，2020年新能源發電年新增裝機是煤電的近3倍，煤電裝機容量比重歷史性降至50%以下。隨著“雙碳”目標的提出，煤電裝機比例進一步降低的趨勢不可逆轉。
但是合理的電源結構和發電量組成，要取決于各類發電機組的技術發展水平和經濟性，同時也要與經濟發展水平、資源稟賦、環保要求等整體需求相適應。
根據我國經濟發展和全社會用電需求的預測，2030年全國電源總裝機約28.74億kW，全年發電總量約8.94萬億kWh。根據碳達峰的需求，發電行業需在2025年前后率先達峰。發電行業2030年全年碳排放總量控制在38億t左右，單位發電量碳排放降至425 g/(kWh)。
在此條件下進行測算，2030年，燃煤發電裝機12.13億kW，占總裝機的42.20%。燃煤發電的發電量4.85萬億 kWh，占總發電量的54.27%。燃煤發電的單位發電量碳排放降至750 g/(kWh)左右。全年燃煤發電碳排放量約為36.3億t，發電行業碳排放總量約為38億t。
2060年，根據我國經濟發展和全社會用電需求的預測，全國電源總裝機約70.92億kW，全年發電總量約16.5萬億kWh。單純考慮碳中和的需求，發電行業需在2060年將單位發電量碳排放降至低于50 g/(kWh)的水平，發電行業2060年全年碳排放總量控制在8億~9億t。但是，到2060年我國仍需維持7億kW左右的燃煤發電機組，以保障我國能源電力供應安全和調峰、供暖需求，發電行業2060年實際碳排放總量存在很大的不確定性。
可以預見，未來煤電的裝機占比及發電量將主要受到碳減排目標、電力供應安全的雙重約束。從碳減排目標出發，煤電應不斷縮減規模；但從電力供應安全角度出發，則需要煤電在較長時期內繼續承擔兜底保障、應急備用、調峰調頻、消納新能源、乃至工業供熱與采暖供熱等作用。因此，煤電將在滿足電力供應安全的前提下不斷降低發電量，以實現更少的碳排放。而其裝機和發電量下調的進度安排除應滿足“3060”目標要求外，還受到供電經濟性、環保要求等影響，并與靈活性提升水平、高效技術發展成熟度、碳捕集成本、碳運輸及封存的經濟性和安全性等因素密切相關。
