超臨界燃煤發(fā)電技術發(fā)展與展望

孫猛

摘要：能源安全是關系國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的全局性、戰(zhàn)略性問題。面對能源供需格局的新變化和國際能源發(fā)展的新趨勢，我們必須推進能源生產(chǎn)和消費革命，確保國家能源安全。作為中國主要的一次能源消費和二次能源供應國，燃煤發(fā)電的生產(chǎn)革命在中國整體能源生產(chǎn)革命中起著決定性的作用。從本質(zhì)上講，燃煤發(fā)電的生產(chǎn)革命是為了提高燃煤發(fā)電的效率，而高參數(shù)的超超臨界發(fā)電技術無疑是高效燃煤發(fā)電技術的主要發(fā)展方向。

關鍵詞：超臨界煤;發(fā)電技術;發(fā)展期待分析

1中國高效燃煤發(fā)電技術的發(fā)展

中國從1992年開始建造超臨界機組，直到21世紀初才引進超臨界/超超臨界技術。2004年國內(nèi)第一臺超臨界機組投產(chǎn)后，科技部將“超超臨界燃煤發(fā)電技術”列入“十五”863計劃，極大地推動了該技術的引進，我國600℃/600℃一次再熱超超臨界機組的消化吸收。國內(nèi)oiC電廠通過不同的合作方式引進、消化、吸收國外技術，逐步實現(xiàn)超超臨界機組國產(chǎn)化。

最初，東方電氣集團和哈爾濱電氣集團現(xiàn)有超超臨界汽輪機的進口參數(shù)為25MPa和600℃/600℃，相應鍋爐的設計參數(shù)為26.25MPa和605℃/603℃。上海電氣集團超超臨界機組汽輪機進口參數(shù)為26.25-27mpa，600℃/600℃，配套鍋爐主蒸汽壓力約為27.5-28.35mpa。經(jīng)過引進消化吸收后，三家廠家逐步對新項目進行了優(yōu)化設計研究，如主蒸汽壓力從25MPa逐步提高到28和31MPa，再熱蒸汽溫度從600℃逐步提高到615和620℃。

目前，我國是世界上超超臨界1000MW機組發(fā)展最快、數(shù)量最多、容量最大、運行性能最先進的國家。我國25-31mpa/600℃超超臨界發(fā)電技術已逐漸成熟，具備630℃超超臨界機組研發(fā)能力。國家超超臨界二次再熱發(fā)電示范項目于2019年獲得批準。目前，630～650℃材料的研發(fā)正在進行，630～650℃機組的建設已成為下一階段電站建設的重要目標。

超臨界和超超臨界發(fā)電技術在中國的起步比發(fā)達國家晚。然而，利用國內(nèi)市場提供的巨大舞臺，通過前期的技術轉讓和后期的自主研發(fā)，中國現(xiàn)在擁有先進的設計制造平臺和世界上最大的600℃超超臨界機組的設計和運行經(jīng)驗。為中國700℃超超臨界燃煤發(fā)電技術的發(fā)展奠定了良好的基礎。為此，中國于2010年7月23日在北京成立了“國家700℃超超臨界發(fā)電技術創(chuàng)新聯(lián)盟”。其組成單位包括五個發(fā)電集團、三個發(fā)電集團，以及重點電力設計和研究單位、材料研究和冶煉單位。2011年6月24日，國家能源局在北京組織召開了全國700℃超超臨界燃煤發(fā)電技術創(chuàng)新聯(lián)盟第一次理事會和技術委員會會議，正式啟動700℃超超臨界燃煤發(fā)電技術研發(fā)計劃。

2中國燃煤發(fā)電機組發(fā)展中遇到的問題

經(jīng)過多年的努力，我國燃煤發(fā)電機組的水平有了很大提高，700℃技術的發(fā)展與國外幾乎同步。目前存在的主要問題有：一是600℃機組變負荷適應性差，系統(tǒng)優(yōu)化有待進一步加強。我國現(xiàn)有機組，尤其是二次再熱機組，在變負荷下適應性差。機組熱效率僅在額定工況下達到設計值，經(jīng)濟性能良好，但在部分負荷下，機組經(jīng)濟性能明顯下降。這是因為我國燃煤發(fā)電不僅煤質(zhì)多變，而且承擔著電力系統(tǒng)調(diào)峰的責任，導致部分負荷下機組經(jīng)濟性顯著下降。因此，燃煤發(fā)電機組二次再熱機組的系統(tǒng)配置仍有很大的改進空間，需要進一步研究節(jié)能優(yōu)化，以確保機組在適應負荷變化的情況下具有更好的經(jīng)濟性和調(diào)峰能力。第二，700℃發(fā)電技術需要進一步加強。700℃發(fā)電技術需要進一步突破，材料研發(fā)、結構設計、制造技術和系統(tǒng)優(yōu)化技術需要改進和完善。700℃機組系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化的目標是在提高機組發(fā)電效率的同時，盡可能降低機組的技術難度，尤其是降低材料難度和機組建設成本。700℃發(fā)電技術還需要解決大型鑄件和高溫管道依賴進口等問題，機組熱力系統(tǒng)需要優(yōu)化。目前，雖然取得了一些進展，但仍處于關鍵階段，需要國家給予更大的支持。

3進一步促進我國燃煤發(fā)電機組發(fā)展的措施和建議

一是加強超燃煤機組系統(tǒng)優(yōu)化研究。根據(jù)機組現(xiàn)有運行經(jīng)驗，以提高600/700℃時機組的效率和靈活性為研究目標，對機組的實際工況進行了分析，針對600/700℃超超超臨界燃煤發(fā)電機組的熱力系統(tǒng)優(yōu)化，圍繞機組整體工況耦合匹配機制、機組整體優(yōu)化設計等關鍵問題進行了研究。

二是加強燃煤發(fā)電機組與可再生能源的耦合，促進多能源互補。近年來，中國積極支持可再生能源的發(fā)展。超超臨界燃煤發(fā)電機組存在對變負荷適應性差的問題，可以結合可再生能源的柔性特性進行補償。因此，建議加大燃煤發(fā)電機組與可再生能源的耦合發(fā)展，開展風能、太陽能、地熱能、生物質(zhì)能、海洋能與燃煤發(fā)電機組的耦合研究，建立多能源互補網(wǎng)絡，從而提高機組調(diào)峰調(diào)頻的靈活性。

三是加快燃煤發(fā)電機組關鍵共性技術的研究開發(fā)。組織國內(nèi)優(yōu)勢科研院所、高校、制造企業(yè)和用戶企業(yè)共同攻克燃煤發(fā)電機組系統(tǒng)關鍵共性技術。我們將提高創(chuàng)新、研發(fā)、設計、制造和配套產(chǎn)品的能力。加強燃煤發(fā)電機組基礎共性關鍵技術研發(fā)，探索建立集研發(fā)、工程應用、技術服務于一體的A-USC創(chuàng)新中心和制造服務創(chuàng)新體系。

4結論

燃煤發(fā)電技術是實現(xiàn)煤炭高效、清潔利用的重要途徑。目前，我國自主研發(fā)700℃燃煤發(fā)電技術正處于關鍵時期，但該技術的研究難度大，是一項復雜的系統(tǒng)工程。建議進一步加大支持力度，加強行業(yè)協(xié)作，加強共性關鍵技術突破，加強600℃級機組系統(tǒng)優(yōu)化研究，促進超超臨界燃煤發(fā)電機組與可再生能源的耦合發(fā)展，促進可互補，研發(fā)具有中國自主知識產(chǎn)權的發(fā)電機組，提高中國超超臨界機組的設計、制造能力，形成系統(tǒng)集成能力和產(chǎn)業(yè)集群，為中國電力發(fā)展做出貢獻。

參考文獻

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