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，堅持走以生態優先、綠色發展為導向的高質量發展新路子，嚴格落實能耗“雙碳”政策，推行更先進節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”“調節型”電源轉變，為構建以新能源為主體的新型電力系統提供重要支撐，推動保障電力安全、新能源消納、系統穩定的適應新政策的煤機，燃煤機組靈活性改造勢在必行，深度調峰，靈活性改造具有現實意義。

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年前實現碳中和”，展示了我國堅持綠色低碳發展、積極應對氣候變化的堅定決心和大國擔當。我國低碳轉型進入新的加速期。“雙碳”目標下，能源系統將發生深刻轉型變革，未來將構建以新能源為主體的“清潔低碳、安全高效”的新型電力系統。

“雙碳”目標的提出，更是給中國能源轉型制訂了時間表，傳統火電企業面臨著越來越大的生存壓力。火電企業一方面做優增量，大力發展新能源，拓展民生工程，向綜合能源服務型企業轉型，另一方面深挖節能改造潛力、靈活性改造提上日程。“十四五”政策規定，應嚴格執行國家有關標準，確保完成靈活性改造為預期性目標，需結合市場機制、電價政策等保障措施力爭完成。

1.2 新時代發電能源結構

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新、協調、綠色、開放、共享的發展理念。在新發展理念指引下，我國電力行業在“十三五”期間發生了深刻變化，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供給和消費的不確定性，影響電力系統的安全穩定。目前，我國電力發展仍然存在新能源消納困難、靈活調節電源不足、跨區輸電配套電源建設滯后、局部地區季節性電力供需偏緊、大電網安全運行風險復雜、社會用能效率總體偏低等發展不平衡、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、系統穩定的適應新政策的煤機，燃煤機組靈活性改造勢在必行，深度調峰，靈活性改造具有現實意義。

大型燃煤機組將遇到日益增長的調峰任務的要求；未來燃料價格和燃料限制，將促使現時設計作為基本負荷運行的燃煤機組，有調峰任務的要求；發電行業無法從能量儲藏、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，燃煤機組參與調峰是不可避免的。

由于風電、光伏發電具有隨機性、間歇性較強的特點，其大規模并網給電網的安全穩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%以上發電電量的火電機組須承擔電網的調峰任務。受電廠煤質、設備等的影響，目前我國火電機組純凝工況調峰能力普遍只有40%～50%，供熱工況下調峰能力更是低至30%左右。根據國家能源局發布的數據，2016年我國棄風總電量為497億 kW·h，直接經濟損失200多億元人民幣。因此，在我國抽水蓄能發電機組、燃氣機組占比較小的現狀下，為響應國家號召，提高機組的適應電網負荷調峰運行需要，提高機組上網競爭力和盈利能力，開展存量燃煤機組的靈活性改造，提高其深度調峰能力，顯得尤為必要。

2 新時代燃煤機組靈活性改造的現狀與問題

2.1 電網調峰政策不明朗

對于燃煤機組，若實施靈活性改造參與深度調峰輔助服務，可根據調峰深度不同，獲取一定的補償收益，但目前調峰政策不明朗，調峰政策未落地，均處于政策試行階段。按投資收益計算，調峰政策不明朗，調峰政策未落地，收益則無法計算，直接影響各燃煤機組，各產業集團投資，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新能源政策未落地

兩部委及各省市均出臺了“煤電節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，可依據性，需要對現有機組(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因素，為后續技術改造方案提供基礎和支持；其次，根據摸底測試試驗的結果，制定相應的改造方案。對摸底試驗中出現的相應問題，采用燃燒調整、運行優化等試驗調整手段來解決，優化低負荷運行控制模式，最大限度發掘機組設備潛力，減少改造工程量。

結合燃煤機組設備和運行狀況，結合燃煤機組的設備特點，對試驗燃煤機組開展了低負荷穩燃摸底與調整試驗，試驗結果表明：鍋爐在25%額定負荷穩燃試驗期間，主要特征參數比較平穩，表明鍋爐運行較為穩定，其間現場看火，爐內火焰較為明亮，燃燒穩定，火檢強度較為平穩。在試驗期間煤質下，投運AB磨煤機，試驗燃煤機組鍋爐具有25%額定負荷的穩燃能力。機組在25%額定負荷穩燃試驗期間，汽輪機高調門始終保持由順序閥運行方式，前兩個高調門CV1和CV2開啟參與調節，CV3和CV4保持關閉，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峰運行的需要，提升機組深度調峰運行的能力，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、爐膛火焰監測改造、動態分離器改造、送引風機試驗與改造可研及改造后燃燒優化調整試驗；②汽機方面改造項目有：深度調峰配氣及滑壓運行優化、冷端系統運行優化、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、加熱器熱力系統疏水優化；③控制方面改造項目有：寬負荷調峰自動控制優化技術、寬負荷調峰聯鎖保護優化、凝結水節流輔助負荷調節技術、供熱、真空耦合輔助負荷調節技術、高低旁輔助負荷調節技術、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化試驗及改造后，將進一步提高機組運行的安全性與經濟性，依據可行性研究報告，對試驗燃煤機組(以300 MW機組為例)單機靜態總投資約4 000萬元。機組年運行費用約2 000萬元(以內蒙古包頭地區為例，包括檢修維護成本及保險費)。年深度調峰補償收益可達1 300萬元(以內蒙古地區現行調峰政策為例計算)，改造后凈收益約800萬元/年，綜合投資回收期6年。可見燃煤機組靈活性改造具有顯著的社會效益和經濟效益。

4 結束語

為深入貫徹習近平生態文明思想，完整、準確、全面貫徹新發展理念，處理好發展和減排、整體和局部、短期和中長期的關系，新時代“雙碳”目標下，加快能源轉型步伐，加快能源革命，響應“十四五”規劃，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峰能力，為電網消納風電、太陽能等新能源的負荷波動釋放了調節空間，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，提升靈活性和調節能力，提高清潔高效水平，促進電力行業清潔低碳轉型，助力全國碳達峰、碳中和目標如期實現。