新時代“雙碳”背景下燃煤機組靈活性改造研究與實踐

許俊鋒，飛

(華能北方公司包頭第三熱電廠，內(nèi)蒙古 包頭 014000)

以習近平新時代中國特色社會主義思想為指導，全面貫徹落實黨的十九大和十九屆二中、三中、四中、五中全會精神，堅持走以生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展為導向的高質(zhì)量發(fā)展新路子，嚴格落實能耗“雙碳”政策，推行更先進節(jié)能降耗標準與燃煤機組靈活性并重，煤電由主力電源逐步向“支撐型”“調(diào)節(jié)型”電源轉(zhuǎn)變，為構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)提供重要支撐，推動保障電力安全、新能源消納、系統(tǒng)穩(wěn)定的適應新政策的煤機，燃煤機組靈活性改造勢在必行，深度調(diào)峰，靈活性改造具有現(xiàn)實意義。

1 新時代燃煤機組靈活性改造的意義

1.1 新時代燃煤機組靈活性改造政策背景

習近平總書記向世界宣布“我國二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取在2060年前實現(xiàn)碳中和”，展示了我國堅持綠色低碳發(fā)展、積極應對氣候變化的堅定決心和大國擔當。我國低碳轉(zhuǎn)型進入新的加速期?！半p碳”目標下，能源系統(tǒng)將發(fā)生深刻轉(zhuǎn)型變革，未來將構(gòu)建以新能源為主體的“清潔低碳、安全高效”的新型電力系統(tǒng)。

“雙碳”目標的提出，更是給中國能源轉(zhuǎn)型制訂了時間表，傳統(tǒng)火電企業(yè)面臨著越來越大的生存壓力?；痣娖髽I(yè)一方面做優(yōu)增量，大力發(fā)展新能源，拓展民生工程，向綜合能源服務型企業(yè)轉(zhuǎn)型，另一方面深挖節(jié)能改造潛力、靈活性改造提上日程?！笆奈濉闭咭?guī)定，應嚴格執(zhí)行國家有關(guān)標準，確保完成靈活性改造為預期性目標，需結(jié)合市場機制、電價政策等保障措施力爭完成。

1.2 新時代發(fā)電能源結(jié)構(gòu)

2015年10月，習近平總書記在黨的十八屆五中全會上提出了創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享的發(fā)展理念。在新發(fā)展理念指引下，我國電力行業(yè)在“十三五”期間發(fā)生了深刻變化，火電裝機容量不斷增加的同時也伴隨著裝機比例的不斷下降，光伏、風機、核電、水電等新能源與火電的競爭關(guān)系不斷加深。2015年—2020年，我國火電裝機占比由65.56%降至56.58%，清潔能源消費占比由18%上升至24.3%。

大幅提高非化石電力比例，將顯著增大電力系統(tǒng)供給和消費的不確定性，影響電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定。目前，我國電力發(fā)展仍然存在新能源消納困難、靈活調(diào)節(jié)電源不足、跨區(qū)輸電配套電源建設滯后、局部地區(qū)季節(jié)性電力供需偏緊、大電網(wǎng)安全運行風險復雜、社會用能效率總體偏低等發(fā)展不平衡、不充分的問題。

1.3 新時代燃煤機組靈活性改造的意義

推動保障電力安全、新能源消納、系統(tǒng)穩(wěn)定的適應新政策的煤機，燃煤機組靈活性改造勢在必行，深度調(diào)峰，靈活性改造具有現(xiàn)實意義。

大型燃煤機組將遇到日益增長的調(diào)峰任務的要求；未來燃料價格和燃料限制，將促使現(xiàn)時設計作為基本負荷運行的燃煤機組，有調(diào)峰任務的要求；發(fā)電行業(yè)無法從能量儲藏、負荷管理或者其他負荷形式的變化上，來設法消除對燃煤機組作為調(diào)峰的要求。所以，對于燃煤機組比例較大的國家，燃煤機組參與調(diào)峰是不可避免的。

由于風電、光伏發(fā)電具有隨機性、間歇性較強的特點，其大規(guī)模并網(wǎng)給電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行帶來了負面影響。為提高可再生能源的消納能力，承擔著全國70%以上發(fā)電電量的火電機組須承擔電網(wǎng)的調(diào)峰任務。受電廠煤質(zhì)、設備等的影響，目前我國火電機組純凝工況調(diào)峰能力普遍只有40%～50%，供熱工況下調(diào)峰能力更是低至30%左右。根據(jù)國家能源局發(fā)布的數(shù)據(jù)，2016年我國棄風總電量為497億 kW·h，直接經(jīng)濟損失200多億元人民幣。因此，在我國抽水蓄能發(fā)電機組、燃氣機組占比較小的現(xiàn)狀下，為響應國家號召，提高機組的適應電網(wǎng)負荷調(diào)峰運行需要，提高機組上網(wǎng)競爭力和盈利能力，開展存量燃煤機組的靈活性改造，提高其深度調(diào)峰能力，顯得尤為必要。

2 新時代燃煤機組靈活性改造的現(xiàn)狀與問題

2.1 電網(wǎng)調(diào)峰政策不明朗

對于燃煤機組，若實施靈活性改造參與深度調(diào)峰輔助服務，可根據(jù)調(diào)峰深度不同，獲取一定的補償收益，但目前調(diào)峰政策不明朗，調(diào)峰政策未落地，均處于政策試行階段。按投資收益計算，調(diào)峰政策不明朗，調(diào)峰政策未落地，收益則無法計算，直接影響各燃煤機組，各產(chǎn)業(yè)集團投資，事實造成燃煤機組靈活性改造的滯后。

2.2 靈活性改造配套并網(wǎng)新能源政策未落地

兩部委及各省市均出臺了“煤電節(jié)能降耗及靈活性改造”或“推進火電靈活性改造促進市場化消納新能源”等政策，但靈活性改造配套并網(wǎng)新能源政策落地需要一定時間，對燃煤機組靈活性改造形成影響。

3 新時代燃煤機組靈活性改造方法及評價

3.1 新時代燃煤機組靈活性改造前試驗摸底

為保障靈活性改造可靠性，可依據(jù)性，需要對現(xiàn)有機組(包頭第三熱電廠2×300 MW機組)進行摸底測試試驗。首先進行深度調(diào)峰摸底測試試驗，尋找機組當前設備水平下的最低運行負荷及制約低負荷運行的相關(guān)因素，為后續(xù)技術(shù)改造方案提供基礎和支持；其次，根據(jù)摸底測試試驗的結(jié)果，制定相應的改造方案。對摸底試驗中出現(xiàn)的相應問題，采用燃燒調(diào)整、運行優(yōu)化等試驗調(diào)整手段來解決，優(yōu)化低負荷運行控制模式，最大限度發(fā)掘機組設備潛力，減少改造工程量。

結(jié)合燃煤機組設備和運行狀況，結(jié)合燃煤機組的設備特點，對試驗燃煤機組開展了低負荷穩(wěn)燃摸底與調(diào)整試驗，試驗結(jié)果表明：鍋爐在25%額定負荷穩(wěn)燃試驗期間，主要特征參數(shù)比較平穩(wěn)，表明鍋爐運行較為穩(wěn)定，其間現(xiàn)場看火，爐內(nèi)火焰較為明亮，燃燒穩(wěn)定，火檢強度較為平穩(wěn)。在試驗期間煤質(zhì)下，投運AB磨煤機，試驗燃煤機組鍋爐具有25%額定負荷的穩(wěn)燃能力。機組在25%額定負荷穩(wěn)燃試驗期間，汽輪機高調(diào)門始終保持由順序閥運行方式，前兩個高調(diào)門CV1和CV2開啟參與調(diào)節(jié)，CV3和CV4保持關(guān)閉，試驗期間機組軸振瓦溫正常。各高、低壓加熱器運行情況正常，加熱器性能在正常范圍。3號至除氧器正常疏水調(diào)門切手動至全開，存在低負荷疏水不暢問題。其余各高壓加熱器水位控制正常，正常疏水及危急疏水正常；低壓加熱器水位控制正常。試驗燃煤機組汽輪機設備運行總體良好。

3.2 新時代燃煤機組靈活性改造方案

為適應機組靈活性調(diào)峰運行的需要，提升機組深度調(diào)峰運行的能力，需要對試驗燃煤機組分別在鍋爐、汽機和控制等方面開展如下工作：①鍋爐方面改造項目有：SCR脫硝靈活性改造、燃燒器穩(wěn)燃改造、雙燃料原煤倉改造、磨煤機管道入口風量測量裝置改造、爐膛火焰監(jiān)測改造、動態(tài)分離器改造、送引風機試驗與改造可研及改造后燃燒優(yōu)化調(diào)整試驗；②汽機方面改造項目有：深度調(diào)峰配氣及滑壓運行優(yōu)化、冷端系統(tǒng)運行優(yōu)化、主要輔機運行特性試驗、葉片安全性校核或動應力試驗、防水蝕噴涂、加熱器熱力系統(tǒng)疏水優(yōu)化；③控制方面改造項目有：寬負荷調(diào)峰自動控制優(yōu)化技術(shù)、寬負荷調(diào)峰聯(lián)鎖保護優(yōu)化、凝結(jié)水節(jié)流輔助負荷調(diào)節(jié)技術(shù)、供熱、真空耦合輔助負荷調(diào)節(jié)技術(shù)、高低旁輔助負荷調(diào)節(jié)技術(shù)、寬負荷NOx指標。

3.3 新時代燃煤機組靈活性改造評價

以上靈活性改造方案通過試驗燃煤機組優(yōu)化試驗及改造后，將進一步提高機組運行的安全性與經(jīng)濟性，依據(jù)可行性研究報告，對試驗燃煤機組(以300 MW機組為例)單機靜態(tài)總投資約4 000萬元。機組年運行費用約2 000萬元(以內(nèi)蒙古包頭地區(qū)為例，包括檢修維護成本及保險費)。年深度調(diào)峰補償收益可達1 300萬元(以內(nèi)蒙古地區(qū)現(xiàn)行調(diào)峰政策為例計算)，改造后凈收益約800萬元/年，綜合投資回收期6年?？梢娙济簷C組靈活性改造具有顯著的社會效益和經(jīng)濟效益。

4 結(jié)束語

為深入貫徹習近平生態(tài)文明思想，完整、準確、全面貫徹新發(fā)展理念，處理好發(fā)展和減排、整體和局部、短期和中長期的關(guān)系，新時代“雙碳”目標下，加快能源轉(zhuǎn)型步伐，加快能源革命，響應“十四五”規(guī)劃，推動燃煤機組實施靈活性改造。通過實施上述燃煤機組靈活性改造，可以提高機組深度調(diào)峰能力，為電網(wǎng)消納風電、太陽能等新能源的負荷波動釋放了調(diào)節(jié)空間，利于緩解棄風、棄光問題，提高新能源機組的利用率，將進一步降低煤電機組能耗，提升靈活性和調(diào)節(jié)能力，提高清潔高效水平，促進電力行業(yè)清潔低碳轉(zhuǎn)型，助力全國碳達峰、碳中和目標如期實現(xiàn)。