以變革促發(fā)展——探究“雙碳”背景下火電發(fā)展新挑戰(zhàn)和新對策

余金虎

（國能徐州發(fā)電有限公司，江蘇 徐州 221000）

我國缺油少氣的資源現(xiàn)狀決定了火電仍將長期處于電力發(fā)電行業(yè)中的主要部分，然而，傳統(tǒng)火電技術(shù)已經(jīng)不能滿足時代發(fā)展以及環(huán)境保護的要求，打造新時代下的“清潔煤電”已經(jīng)不能僅僅停留在口號上，超低排放，已經(jīng)成為火電行業(yè)在新發(fā)展背景下的必然發(fā)展方向。

1 “雙碳”背景下火電電力行業(yè)面臨的挑戰(zhàn)

1.1 碳達(dá)標(biāo)和碳中和目標(biāo)解讀

力爭在2030 年前實現(xiàn)碳達(dá)標(biāo)、在2060 年前實現(xiàn)碳中和，是我國在新時代背景下促進國家生態(tài)發(fā)展建設(shè)以及促進國際環(huán)境保護工作的重要承諾?！半p碳”目標(biāo)不僅意味著我國綠色發(fā)展道路邁上了新高度，也對各個行業(yè)進行深刻系統(tǒng)性的變革提出了要求，以便適應(yīng)在全球能源結(jié)構(gòu)深化改革的大背景下的經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。

1.2 “雙碳”目標(biāo)對火電行業(yè)發(fā)展提出的新要求

力爭在2030 年前實現(xiàn)碳達(dá)標(biāo)，在2060 年前實現(xiàn)碳中和的重要戰(zhàn)略目標(biāo)，關(guān)鍵在于火電行業(yè)的創(chuàng)新變革?；痣娦袠I(yè)能源利用率較低、產(chǎn)品能耗物耗高等突出問題必須得到解決，火電行業(yè)的“三高一低”（高投入、高能耗、高污染、低效益）狀況必須得到改善，加強對低碳排放的技術(shù)研究，提高效益和效率，實現(xiàn)能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化調(diào)整以及能源供給技術(shù)的創(chuàng)新進步，構(gòu)建在新型國內(nèi)國際環(huán)境下的火電新型電力系統(tǒng)?！半p碳”目標(biāo)給火電行業(yè)帶來了巨大挑戰(zhàn)的同時，也給火電行業(yè)更快實現(xiàn)綠色轉(zhuǎn)型低碳發(fā)展提供了機遇。

2 傳統(tǒng)火電行業(yè)技術(shù)發(fā)展的弊端和問題

2.1 火電機組使用年限問題

據(jù)研究表明，目前國外火電機組（主要指煤電機組）的使用年限最長已經(jīng)超過60 年，且部分國家中煤電機組服役年限在30～60 年的數(shù)目占總數(shù)的90%以上。相比之下，我國火電機組使用年限仍然是限制火電電力系統(tǒng)發(fā)展、實現(xiàn)產(chǎn)能優(yōu)化的重要因素。據(jù)中國電力企業(yè)聯(lián)合會可靠性管理中心統(tǒng)計，機組服役年限在10 年及以下的占比就高達(dá)56.58%，服役年限能夠超過30 年的機組所占比重甚至近乎沒有，這充分暴露出我國在火電機組設(shè)計時的缺陷。盡管目前我國已經(jīng)在延長火電機組方面開展了深入研究與實踐，火電機組的壽命較原來已經(jīng)有了提升，但增長機組使用壽命，對機組進行改造調(diào)整，加快促進火電機組更新?lián)Q代，從根本上解決機組提前擱置、資源浪費問題，更好地推動火電機組實現(xiàn)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，提高火電行業(yè)經(jīng)濟效益，仍然是需要予以重點關(guān)注的話題，也對于實現(xiàn)碳中和、碳減排目標(biāo)、優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)有著重大的現(xiàn)實意義。

2.2 燃煤發(fā)電效率低下

盡管超臨界火電機組以及超超臨界機組已經(jīng)落地實現(xiàn)，并逐步開展投入使用，但我國的燃煤效率問題仍然較為突出。超臨界火電機組以及超超臨界機組雖然在一定程度上對于提高燃煤效率、解決發(fā)電效率較低的問題有很大的幫助，并逐漸成為我國火電技術(shù)發(fā)展的主要方向和建設(shè)目標(biāo)，但目前超臨界和超超臨界技術(shù)并未在我國火電行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用，其較低的可靠性以及可用性使得這種技術(shù)在應(yīng)用時非常容易頻繁出現(xiàn)各種各樣的故障，影響火電技術(shù)的發(fā)展和火電機組的穩(wěn)定性，因此，目前燃煤發(fā)電效率問題依舊尚未解決。我國火電機組主要是由燃煤機組構(gòu)成，其占比約為98.7%，燃煤機組發(fā)電效率普遍在35%～38%，與其消耗的資源量相比，其效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到要求，且其較低的效率也會對火電技術(shù)提高、火電行業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展產(chǎn)生直接的影響。

2.3 對燃料依賴性強

火電技術(shù)的實現(xiàn)主要依賴我國豐富的化石能源，火電在生產(chǎn)過程中要消耗大量的資源，一旦化石能源匱乏，電力市場的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)會直接遭到破壞。另外，火電正處于也將長期處于我國電力發(fā)展的重要地位，化石能源的價格受到國際的影響較大，國際運輸以及國家外匯等都會對化石能源的價格造成影響，一旦國際形勢等發(fā)生變化，會間接對火電行業(yè)發(fā)展造成巨大影響，也會造成我國火電行業(yè)發(fā)展處于被動的不利地位。

2.4 環(huán)保問題、資源問題突出

火力發(fā)電對能源消耗巨大，隨著火電技術(shù)的消耗，不可再生資源（煤炭）一旦被消耗殆盡，將會造成嚴(yán)重的資源枯竭現(xiàn)象。且火電技術(shù)的效率目前還普遍較低，一次能源消耗大，不僅資源利用不充分，也會帶來較大的碳排放量，造成較嚴(yán)重的環(huán)境問題。

3 如何實現(xiàn)火電技術(shù)創(chuàng)新性發(fā)展，落實低碳目標(biāo)

3.1 可視化賦能，打造數(shù)字孿生技術(shù)下的智慧火電

火電擔(dān)負(fù)著發(fā)電行業(yè)節(jié)能減排的重要責(zé)任和使命，新時代下打造智慧火電已經(jīng)成為大勢，通過HT 可視化技術(shù)數(shù)字孿生技術(shù)與火電技術(shù)結(jié)合，可以很好地實現(xiàn)在新形勢下的火電智能化、綠色化轉(zhuǎn)型，促進碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的更快實現(xiàn)。數(shù)字孿生技術(shù)下的火電技術(shù)，就是將在真實條件下獲取的數(shù)據(jù)等借助計算機運用到虛擬火電廠進行仿真模擬等，從而提前做出更好的規(guī)劃指導(dǎo)安排，避免出現(xiàn)安全隱患，優(yōu)化火電廠技術(shù)流程。借助數(shù)字孿生技術(shù)，也可以實現(xiàn)火電廠管理更加趨于精細(xì)化和安全系統(tǒng)化。再者，借助虛擬電廠，并與物聯(lián)網(wǎng)和現(xiàn)代信息通信技術(shù)等緊密結(jié)合，可以更全面地觀察火電廠各方面的情況 ，分散在電網(wǎng)的各類資源（電源、儲能等）也能得到更好的聚合，資源得到了更優(yōu)的調(diào)配以及使用，智慧減碳也成為可能，用更少的煤發(fā)更多的電也在逐漸實現(xiàn)。例如，在燃煤發(fā)電廠中，結(jié)合數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，工作人員可以同步獲得廠區(qū)發(fā)電時汽輪發(fā)電機組以及鍋爐的實際運行情況，以及各種生產(chǎn)要素的參與情況。生產(chǎn)流程非常直觀地通過計算機顯現(xiàn)在工作人員面前，避免了人員在生產(chǎn)過程中參與過多，極易引發(fā)安全事故的問題；同時借助數(shù)字孿生技術(shù)，研究人員可以控制不同生產(chǎn)要素的量，來模擬不同情況下的生產(chǎn)效率，對提高火力發(fā)電效率、一次資源利用率提高、火電廠經(jīng)濟效益見好、實現(xiàn)環(huán)境友好型火電也有很大的幫助。

3.2 火電技術(shù)靈活性改造，實現(xiàn)廠網(wǎng)、機網(wǎng)協(xié)調(diào)

在“十三五”計劃中，明確提出了對火電技術(shù)進行靈活性改造的計劃，如今“十四五”已經(jīng)到來，火電技術(shù)靈活性改造已經(jīng)落地實施，目前正處在瓶頸階段，突破瓶頸實現(xiàn)升級換擋迫在眉睫。在火電靈活性改造的技術(shù)改進方面，必須加強促進產(chǎn)學(xué)研一體化融合，促進火電技術(shù)朝著清潔高效的智能方向加快發(fā)展，對污染物的排放予以重點關(guān)注，必要時借鑒國外先進技術(shù)手段，淘汰落后的火電技術(shù)，促進火電技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展。同時，完善市場化電價體系，提高火電靈活性改造的核心驅(qū)動力，以最小負(fù)荷、爬坡速率、啟停時間作為改造指標(biāo)，注重解決機組在低負(fù)荷時脫硝裝置低負(fù)荷投運等問題，采用等離子無油、微油點火等較環(huán)保簡便的助燃方式保證在低負(fù)荷時機組的穩(wěn)定運行。

3.3 儲能技術(shù)革新，提高火電技術(shù)效率

要實現(xiàn)火電技術(shù)在新時代能源變革中穩(wěn)步發(fā)展，儲能技術(shù)要革新，必須轉(zhuǎn)變思維，增大內(nèi)生動力，構(gòu)建新型火電發(fā)展體系。熔鹽儲能技術(shù)主要是借助熔鹽儲能材料實現(xiàn)儲能，這種儲能方式具有很好的穩(wěn)定性，且熔鹽黏度低，因此資源節(jié)約效果也很好，綠色環(huán)保低成本使得這種技術(shù)非常適合大規(guī)模應(yīng)用，目前熔鹽儲能技術(shù)已經(jīng)成為大規(guī)模高溫儲能的首選以及未來的發(fā)展方向。因此，要加大熔鹽儲能技術(shù)的規(guī)?；瘧?yīng)用，推動實現(xiàn)多能互補應(yīng)用，實現(xiàn)火電能量的梯級應(yīng)用，提高資源利用率。熔鹽儲能技術(shù)分為電加熱熔鹽以及蒸汽加熱熔鹽兩種，目前在火電發(fā)展上主要采用電加熱熔鹽技術(shù)，通過對不同能源的互補耦合，為優(yōu)化火電行業(yè)能源結(jié)構(gòu)、實現(xiàn)更加清潔的低碳火電、促進實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、實現(xiàn)新時期可持續(xù)綠色發(fā)展提供了機會。

3.4 火電-光伏-儲能聯(lián)動發(fā)展，促進火電行業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展

光電新能源技術(shù)雖然發(fā)展迅猛，但作為電力系統(tǒng)的壓艙石，火電仍是目前電力系統(tǒng)和電網(wǎng)得以穩(wěn)定運行的關(guān)鍵。構(gòu)建火電—光電聯(lián)合的新型電力系統(tǒng)，也是促進火電行業(yè)抓住新時代發(fā)展方向的關(guān)鍵。要知道，火電發(fā)展與新能源光伏發(fā)電并不是互相沖突的兩種發(fā)展模式，二者應(yīng)該是和諧共處，共同促進電力發(fā)展的關(guān)系。火電-光伏-儲能聯(lián)動發(fā)展，在一定程度上彌補了火電的短板，為其更高效利用資源，實現(xiàn)減碳目標(biāo)提供了條件。在火電廠設(shè)置光伏儲能項目，火電廠省去了建立升壓站的成本和精力，實現(xiàn)并網(wǎng)僅需要接入廠用地系統(tǒng)即可，這對于火電機組調(diào)峰調(diào)頻能力的提高起到了促進作用，同時也間接提高了火電廠的經(jīng)濟效益，此外，清潔能源的利用率也得到了提升。

3.5 推進生物質(zhì)耦合發(fā)電，落實節(jié)能減排目標(biāo)

煤炭的消耗量大而產(chǎn)電效率不高是目前火電技術(shù)發(fā)展中的重要問題，如何實現(xiàn)在煤炭消耗不變甚至減小的前提下效率得到提高，必須從能源角度進行探索研究尋找解決途徑。生物質(zhì)耦合發(fā)電技術(shù)改變了傳統(tǒng)的蒸汽循環(huán)煤電系統(tǒng)發(fā)電的方法，而是將生物質(zhì)燃料與煤耦合混燒，并根據(jù)實際情況逐步實現(xiàn)生物質(zhì)燃料比重的升高，以此來實現(xiàn)碳排量的大大減少。生物質(zhì)耦合發(fā)電技術(shù)有直接混燃耦合、分燒耦合、生物質(zhì)氣化與煤混燃耦合，生物質(zhì)燃料作為可再生資源，對于探索火電長期發(fā)展新模式帶來的新思路。這種新型火力發(fā)電模式極大地節(jié)約了煤炭等一次資源，減緩了我國不可再生資源的消耗速度，也大大降低了煤電機組的碳排量，對實現(xiàn)火電行業(yè)的可持續(xù)低碳發(fā)展也有很大的幫助。

4 結(jié)語

火電行業(yè)已經(jīng)處在一個要進行轉(zhuǎn)型的時代，通過創(chuàng)新、發(fā)展技術(shù)來實現(xiàn)火電行業(yè)的綠色化高效化發(fā)展已經(jīng)不僅僅是企業(yè)自身發(fā)展的要求，更是能源結(jié)構(gòu)變革、火電技術(shù)改進、實現(xiàn)我國電力行業(yè)改革以及電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化的重大要求。相關(guān)人員必須順應(yīng)政策響應(yīng)時代要求，以技術(shù)創(chuàng)新和環(huán)境保護為中心，把提高火電效率放在第一位，讓火電實現(xiàn)“再建”。