靈活智能燃煤發電技術及評價體系

劉吉臻, 李云鷙, 宋子秋, 房 方, 牛玉廣, 曾德良

(1．華北電力大學 新能源電力系統國家重點實驗室，北京 102206；2．華北電力大學 控制與計算機工程學院，北京 102206)

氣候問題關乎人類生存與發展。美國、日本等國家以及歐盟均制定了相應的氣候戰略，力爭在2050年前實現凈零碳排放的目標。黨的十九大以來，我國加速推進能源生產和消費革命，構建清潔低碳、安全高效能源體系，并將其作為可持續發展戰略的重要方向。2020年9月中國明確提出2030年“碳達峰”與2060年“碳中和”目標，電力行業的關注重點也從“電視角”轉向“碳視角”[1-2]。

受限于“富煤、貧油和少氣”的能源資源稟賦，我國能源行業始終以煤炭為主要能源。據國家能源局統計，2021年我國全社會煤炭總消費41.1億t標準煤，其中發電用煤21.3億t，約占52%。從電力行業主體功能上看，煤電機組以不到50%的裝機占比提供了66%的全社會用電量，并且支撐75%的高峰時段負荷需求。在未來較長時間，燃煤發電在我國電力供應中仍將占據主導地位。

隨著新能源發電技術日趨成熟，以風能、太陽能發電為代表的零碳機組開始大規模并入電網，以新能源為主體的新型電力系統對運行調控提出了更為嚴格的要求，主要體現在兩方面：一是新能源消納問題，我國新能源資源與負荷需求具有逆向分布的特點，跨區域輸電能力有限，棄風、棄光現象突出；二是系統安全問題，風、光等自然資源具有強隨機性，新能源發電對負荷需求的響應能力不足，電網安全穩定運行面臨挑戰。燃煤發電具有一次能源可儲、二次能源可控的特征，其在我國大規模新能源消納和保障電網安全穩定方面發揮著“壓艙石”作用。因此，發展靈活智能的新型燃煤發電技術既是煤炭清潔高效利用的需要，也是現階段新型電力系統建設的重要支撐，具有重要的現實意義。

1 靈活智能燃煤發電技術領域

1.1 基本概念

靈活智能燃煤發電以燃煤發電過程中的數字化、自動化、信息化和標準化為基礎，以管控一體化、大數據、云計算和物聯網為平臺，集成智能傳感與執行、智能控制與優化、智能管理與決策等技術，形成一種具備自學習、自適應、自趨優、自恢復和自組織能力的運行控制模式，提升燃煤發電機組寬負荷運行效率，實現快速變負荷、深度調峰和污染物超凈排放[3]。在推進靈活智能燃煤發電的進程中，靈活為智能化賦予現實需求，智能為靈活的實現提供技術支撐。

1.2 技術需求

1.2.1 深度調峰

深度調峰是保障大規模新能源消納和電網安全穩定的重要手段。深度調峰要求在超低負荷工況(20%～50%額定容量)下保證機組的平穩運行，相關技術包括超低負荷穩燃、超低負荷安全監控和超寬負荷優化控制等。

深度調峰對燃煤發電機組的影響主要體現在機爐水動力安全運行、低負荷狀態下爐膛參數穩定性、過/再熱溫度偏離設計值等[4]，與之對應的研究也在不斷開展。另外，現役燃煤發電機組在設計階段并沒有考慮深度調峰，缺乏必要的監測和調控手段，難以獲悉機組調峰極限能力，輔機設備長期工作在低負荷工況下也會出現效率大幅度降低和設備無法投運等現象。

1.2.2 快速變負荷

變負荷能力直接反映了機組運行的靈活性。在以新能源為主體的新型電力系統中，具有快速變負荷能力的燃煤發電機組可以快速響應調度指令，補償新能源發電機組不確定性帶來的功率波動，支撐電網穩定運行，進而提高電網對新能源電力的消納能力。目前，華北、東北等區域電網均已頒布相關的電力并網運行管理規定，對于機組響應自動發電控制(AGC)指令的調節速率有明確的考核指標，包括AGC可用率考核和AGC性能考核。一般來說，常規煤發電機組的變負荷速率為每分鐘1%～2%額定功率，經過靈活性改造后可以達到2%～3%，參照丹麥和德國等國家的先進技術，未來我國燃煤發電機組的變負荷速率有望提升至4%～6%[5]。

鍋爐系統的響應速率是制約火電機組負荷響應的主要因素。從鍋爐的能量轉換層面看，可通過熱力系統、制粉及燃燒系統的優化設計縮短鍋爐對負荷的響應時間；從控制層面看，制粉系統、給水系統的協調優化控制能提升鍋爐響應過程的快速性，是實現火電機組快速變負荷的重要基礎。

1.2.3 超凈排放

超凈排放是指燃煤發電機組在發電運行和末端治理等過程中，采用多種污染物高效協同脫除集成系統技術，使大氣污染物排放質量濃度基本達到燃氣機組排放限值水平，即煙塵、SO2、NOx排放質量濃度(基準含氧體積分數6%)分別不超過5 mg/m3、35 mg/m3和50 mg/m3。

燃煤機組在超低負荷工況下運行會對NOx等污染物排放控制帶來顯著影響，亟需研發面向靈活智能燃煤發電的超凈排放技術。現有技術中，脫硫系統的問題主要集中在吸收塔內pH值異常、吸收塔起泡、廢水處理不達標、系統水平衡無法控制、煙氣自動監控系統準確性低等；脫硝系統的問題主要表現在非額定工況下選擇性催化還原(SCR)反應器入口煙溫催化劑適用溫度之間的矛盾。解決方案包括使用分級省煤器、省煤器煙氣旁路以及增設0號高壓加熱器，也可通過改造燃燒方式以提高SCR入口煙溫[6]等方式解決。

1.2.4 高效燃煤發電

高效燃煤發電是指綜合考慮供電需求和發電效率，供電效率達到42%～45%，供電煤耗降到300 g/(kW·h)以下的燃煤發電技術[7]。目前，華電萊州發電有限公司4號機組的度電煤耗為253 g，達到世界領先水平。大容量、高參數的燃煤發電系統是實現煤炭能源高效清潔利用最可行的技術途徑，其中包括發展高參數二次再熱燃煤發電機組、對主要耗能設備及輔機設備進行能效升級、應用先進的節能節水技術等[8]。此外，材料和制造技術是制約我國燃煤發電技術高效化的核心問題，尤其是高溫材料的生產與制造。

在新型電力系統建設的背景下，多種能源的綜合化利用為高效燃煤發電提供了更多可選擇的技術路徑。另外，煤炭氣化技術和新型節能技術也會提高燃煤發電機組的綜合效率。

1.2.5 碳電市場協同發展

隨著碳稅政策的相繼出臺和碳捕集、利用與封存(CCUS)技術的不斷進步，以碳匯為代表的碳交易市場初具雛形。燃煤發電等火力發電機組是CCUS項目的重要客戶，這類機組參與碳交易不僅能夠響應“雙碳”目標，還能夠提高整體經濟效益，部分機組在參與CCUS項目后的發電成本甚至低于風電機組[9]。

碳電市場是碳交易與電力交易不斷開放的產物，但2個市場的歸口主管部門、運行范圍和市場主體均不相同，相關政策體系、交易規則等暫未實現有效銜接。在國際上，歐盟率先推行碳電市場，實施碳稅與碳排放權交易，開展綠色電力認證，并設計相關的碳關稅政策。

未來的碳電市場應重點關注碳交易與電力交易的協同發展，通過設計靈活的價格疏導機制和高效的減排傳導機制，推進“雙碳”目標實現。但目前的CCUS技術尚不能滿足商業化的需求，全球范圍內也沒有成功的案例可以參考，距離碳電市場落地實施仍有較長的路要走。

1.3 研究框架

針對以上技術需求，靈活智能燃煤發電理論與技術的研究框架如圖1所示，包括智能化建模、智能多維調控、靈活智能燃燒等，此外，還需要建立健全的安全監控和綜合評價體系，通過分析發電過程的各項指標評判技術路徑優劣，指導靈活性改造方案，協同推進靈活智能燃煤發電的實現。

圖1 靈活智能燃煤發電技術研究框架Fig.1 Research framework of flexible and intelligent coal-fired power generation technology

2 智能化建模理論與技術

智能化建模理論是實現復雜系統建模的有效手段，是靈活智能燃煤發電的關鍵性支撐技術。目前，智能化建模理論在電力工業，尤其是在燃煤發電領域，仍處于起步階段，主要包括多時空尺度動力學模型、基于數據驅動的建模理論和數字孿生建模技術等研究方向。

2.1 多時空尺度動力學模型

燃煤發電是一個非線性多尺度的復雜工業系統，包含許多具有跨時空特性的現象和過程，相關的觀察和測量往往也是在不同尺度上開展的。因此，利用多尺度系統理論建立燃煤發電機組的多時空尺度動力學模型，有助于描述燃煤發電的本質特征，提取更多的有效信息。

燃煤發電機組通常由以鍋爐為核心的燃燒系統、以各類換熱裝置為代表的汽水系統、以汽輪機為主體的電氣系統以及控制系統組成，各系統間協調配合，完成能量轉換流程。傳統控制方法能夠在一定程度上消除系統間的時空尺度差異，但隨著燃煤發電機組對深度調峰和快速變負荷需求的不斷加強，及新型輔助設備的不斷加入[10-11]，需要更加精確的多時間尺度模型描述各系統的運行特性。多時間尺度建模方法依照時間序列，將復雜的非線性耦合模型分解為各時間尺度上的簡單模型，具有思路清晰、形式簡潔和計算復雜度低等特點。另外，將調度指令按照不同尺度進行分解，用不同頻率的子信號控制不同系統，也是學術界與工業界廣泛關注的研究方向[12]。

我國目前投入運行的燃煤發電機組通常為大容量、高參數機組，涉及的設備數量眾多且內部熱力學特性復雜，具有明顯的多空間尺度特性。多空間尺度建模方法分別從系統層面、機組層面、設備層面分析溫度場分布、工質輸流管道、兩(三)相流的動力學狀態，便于對發電過程中的某一特定設備、環節或流程開展研究。

2.2 基于數據驅動的建模理論

近年來電力信息化改造不斷推進，一大批先進的智能量測設備被安裝在燃煤發電的各個流程中，由此產生了海量的機組實際運行數據，為基于數據驅動的建模奠定了基礎。

數據驅動的燃煤發電建?？煞譃榛趨当孀R的機理建模[13]和基于智能算法的數據建模[14]，前者可認為是一種灰箱建模方法，通過對部分環節建立機理模型，根據歷史數據對未知參數進行辨識，具有較好的解釋性；而后者屬于黑箱建模方法，狀態信息的解釋性較差。

隨著機器學習、深度學習等人工智能技術的快速發展，數據驅動建模成為當前的研究熱點[15]。人工神經網絡、強化學習、深度前饋網絡、卷積網絡、概率模型等開始被應用于燃煤發電機組各類設備與過程的建模中，相較于機理建模，建模人員無需完全掌握設備的機械特性和物理模型，利用工具箱完成整個建模流程，具有計算周期短、建模效率高和模型泛化能力強等特點。

2.3 數字孿生建模技術

數字孿生建模技術是目前電廠智能化轉型的研究熱點[16]。區別于傳統建模方法，該技術利用工業物聯網提供的多類型數據，建立物理世界的虛擬模型，形成電力生產全過程的實時映射，實現人與設備的智能交互[17]。燃煤發電的數字孿生系統結構如圖2所示，在機組設計建設階段，施工人員通過數字化模型開展仿真和模擬，根據返回數據調整設備參數；在生產運行階段，運維人員通過孿生系統與實際系統間的信息交互，提高運行效率，降低故障風險。

圖2 燃煤發電數字孿生系統結構Fig.2 Digital twin system structure of coal-fired power generation

在“雙碳”背景下，開展數字孿生基礎理論與技術研究將是靈活智能燃煤發電領域有潛力的新方向，對于機組全生命周期的智能控制、靈活調度、故障診斷、超低負荷穩燃和超凈排放等研究均會起到重要的支撐作用。

3 智能多維調控理論與技術

智能多維調控理論是實現燃煤發電無人干預自主運行的有效手段，其目標是建立具有自感知、自學習和自決策能力的智能系統，以實現機組的智能控制、智能預警、智能診斷和多目標協同優化。智能多維調控系統功能組成如圖3所示。

圖3 智能多維調控系統功能組成Fig.3 Functional composition of intelligent multi-dimensional control and dispatch system

3.1 智能控制理論與方法

智能控制理論與方法是實現燃煤發電機組自感知、自學習和自決策的基礎，常見的智能控制方法包括模糊控制、神經網絡控制、專家控制、分層遞階控制、學習控制、仿人智能控制以及混合型方法。

現階段發展具有模型自學習、工況自適應、故障自恢復能力的控制策略，有助于滿足環境條件、設備狀態和燃料品質變化下的控制需求，實現機組全范圍、全過程的高性能控制，如機組自啟停優化控制、燃燒優化控制、靈活調峰控制等。具體應用包括：基于對機組特性的深度感知，通過高加給水旁路節流、凝結水節流、凝汽器冷卻工質節流以及供熱抽汽節流控制等對機組蓄能的高效利用，提升機組快速變負荷能力；基于機組靈活運行及熱電解耦，實現機組在不同工況下的快速、深度和穩定調節[18]；以帶前饋的階梯式單變量預測控制算法為核心，融合傳統前饋控制和解耦控制理念，配合智能感知和非線性動態模型在線更新，實現數據驅動下基于精準能量平衡的火電機組智能協調控制等。

在工程應用中，智能控制算法的實現需要高性能軟硬件平臺支撐，如智能控制器、智能計算引擎和數據分析引擎等，以滿足智能應用對數據、算法和算力的要求。

3.2 智能預警和智能診斷

智能預警和智能診斷是燃煤發電機組運行在非常規或極端情況時，保證機組安全和經濟性能的關鍵技術。在新型電力系統中，燃煤發電機組頻繁變負荷運行會增加設備故障率，進行關鍵設備的智能狀態評估、智能故障診斷、智能故障預警是提升機組運行可靠性，延長機組運行壽命的關鍵保障。圖4所示為集成設備/系統狀態預警、實時故障診斷及故障根源分析的三層智能狀態監測與診斷系統。

圖4 智能預警與診斷系統功能組成Fig.4 Functional composition of intelligent early warning and diagnosis system

燃煤發電機組的智能預警和智能診斷技術主要是基于分析模型、經驗知識以及數據驅動方式來實現的。為解決燃煤發電機組在快速變負荷時一些重要狀態變量無法安裝測點，難以在線測量的問題，基于機理模型的智能估計方法和智能在線檢測方法在水平煙道和空氣預熱器中得到了應用[19]。基于模糊專家系統的汽輪機振動智能故障診斷和汽輪機調速的智能診斷分析系統，為燃煤發電機組寬負荷運行時的安全性提供了保障[20]。

3.3 多目標協同優化

多目標協同優化是以燃煤發電機組的清潔低碳、安全高效和靈活智能為目標的先進多目標優化技術。

在我國能源轉型發展和新型電力系統建設的不同階段，燃煤發電機組運行優化的側重點也會相應調整，如本世紀初快速發展時期的容量和效率優先、近十年來的污染物減排優先以及當前的快速深度調節以及減碳優先等。如通過電廠水耗、發電煤耗、鍋爐效率等指標表示機組的經濟性，并考慮煙塵、SO2、NOx等污染物的排放，利用啟發式算法對電廠經濟性和環保性的雙目標問題進行多目標尋優，找到性能指標最優的運行參數[21]。

在智能多維調控系統框架下，考慮多目標協同優化，基于能效分析、運行優化、控制優化、設備狀態監測，建立能效、環保和靈活性等性能指標的“大閉環”優化控制模式，如圖5所示。

圖5 “大閉環”優化控制模式Fig.5 "Full closed loop" optimal control mode

4 靈活智能燃燒理論與技術

4.1 超低負荷燃燒

超低負荷燃燒是提高燃煤發電靈活性的核心，煤炭的穩定、快速、安全燃燒直接決定機組的深度調峰與快速變負荷能力，尤其體現在超低負荷運行區段?，F階段，超低負荷燃燒的發展瓶頸主要集中在爐膛低負荷穩燃、機組整體經濟性和安全性、污染物排放等領域。

針對穩燃問題的研究，主要圍繞燃燒系統升級改造[22]、精細化燃燒調整[23]、燃燒器結構布置優化[24]等方面開展，這些研究通過控制燃燒過程和強化高溫煙氣回流，進而提高燃煤發電在低負荷運行的穩定性、安全性和經濟性。對煤種類型[25]、煤粉細度和濃度[26]的研究也在不斷深入，部分實驗顯示，提高煤粉品質可以促使煤粉提前著火，降低鍋爐最低穩燃負荷水平。在輔助燃燒方面，富氧燃燒[27]、微油微氣助燃[28]、混合燃料或生物質摻燒[29-30]等技術的發展為燃煤發電低負荷運行提供了新的選擇。這些技術能夠促進煤粉著火，穩定爐內燃燒，保障機組快速、安全響應調度指令，但在實際應用中存在諸多負面效果，投入使用前需要謹慎考慮。另外，先進的儲/蓄能技術[31-32]、熱電解耦技術[33]、多源協同調度技術[34]、預測技術[35]等也可以間接促進燃煤機組在超低負荷工況下的穩定燃燒。

由于我國現役機組在設計生產階段大多沒有考慮深度調峰和快速變負荷，在超低負荷工況下燃燒不僅要考慮機組安全性，還要考慮發電效率和整體經濟性[36]，如何協調這兩者的關系是燃煤機組靈活性改造的重要議題。目前的研究大多圍繞優化低負荷主蒸汽壓力曲線、制粉系統運行參數和燃燒系統配風方式等方面開展[37-39]。值得注意的是，不斷完善的輔助服務市場通過經濟獎懲手段引導燃煤機組提升運行靈活性[40]，在一定程度上也可以緩解靈活性與經濟性之間的矛盾。

“雙碳”目標對燃煤機組的排放水平提出了更加嚴格的要求。但在實際中，高效燃燒技術與低污染物排放是2種互相矛盾的技術，這種矛盾在機組參與深度調峰與快速變負荷的背景下更加突出,以NOx排放為例，燃煤機組效率與NOx排放量的關系如圖6所示。借助于智能算法，建立有效的燃燒預測模型[35,41]，以準確地反映運行參數與優化目標之間的映射關系。另一類研究更加關注燃煤機組的結構設計，在改造中兼顧靈活性和環保性[42]，通過調整燃燒過程參數，降低不同工況下的污染物排放水平[43]。

圖6 燃煤機組效率與NOx排放量隨過量空氣系數的變化Fig.6 Variation of efficiency and NOx emission of coal-fired units with the excess air coefficient

4.2 超低排放

4.2.1 低氮燃燒

低氮燃燒是快速變負荷下實現機組超低排放的重要研究方向。NOx的生成與燃燒溫度、氧含量、反應時間，以及煤粉的物理和化學特性有關。機組在進行快速變負荷時，NOx排放量會發生顯著變化。

在燃煤發電靈活高效運行的需求下，機組的低氮燃燒需要合理應用先進技術，如分級燃燒技術，煙氣再循環技術，燃料燃燒協同技術等。其中，空氣分級燃燒技術運行經驗豐富但減排效果有限，且存在燃燒不充分及腐蝕問題；煙氣再循環技術對于現有鍋爐改造較容易，但單獨使用時NOx減排效果有限且對鍋爐燃燒穩定性及燃燒效率有不利影響。部分研究針對新型低NOx旋流燃燒器[44]，將煤粉預燃與燃燒器空氣分級、爐膛空氣分級進行耦合，通過改變燃燒系統的配風布置對煤粉預燃燒狀態進行調整，研究一次風率、內外二次風率、外二次風入射方式、循環風率和燃盡風率對NOx排放特性的影響，實現低氮燃燒。

4.2.2 脫硝控制

脫硝控制普遍采用中高溫段催化劑，當燃煤機組進行超低負荷運行時，通常煙氣溫度會降低，導致SCR催化劑性能難以充分發揮，脫硝效率將顯著下降，此時機組存在較大的NOx排放超標風險。同時，機組的快速變負荷又會使燃燒產生的NOx加劇波動。因此，如何對脫硝系統進行改造，在保證達標排放的同時實現機組經濟運行是燃煤電站亟待解決的問題。

超低負荷、快速變負荷時的脫硝控制方案主要包括：通過鍋爐及其附屬系統改造提高SCR脫硝裝置的煙氣溫度；使用寬溫催化劑；使用SO3脫除技術。SCR脫硝系統控制應兼顧超低排放和運行成本，屬于多目標優化控制范疇[45]。因此,將脫硝成本加入優化目標函數，采用預測控制等結構，結合神經網絡和遺傳算法進行模型構建和控制量尋優，可實現對噴氨量的優化控制，如圖7所示。

4.2.3 脫硫控制

低負荷下機組的煙氣量和煙氣中的SO2含量均小于煙氣脫硫系統的設計值，而傳統的濕法脫硫工藝采用的煙氣脫硫系統缺乏快速調節和深度調節能力[46]。脫硫系統出口SO2濃度受漿液pH值、鍋爐負荷、燃煤含硫量、煙氣流速、噴嘴霧化效果、液氨濃度、吸收塔漿液均勻性和煙氣溫度等多個因素的影響。目前，在火電機組靈活改造的背景下，主要采用吸收塔漿液pH控制、漿液循環泵組合運行優化等方式，以提高脫硫系統在低負荷下的經濟性。

圖7 SCR脫硝優化控制Fig.7 Optimal control of SCR denitrification system

為了實現靈活智能燃煤發電機組SO2的超低排放，可使用半干法脫硫和石灰石-石膏濕法脫硫。通過分析2種技術路線的特點[47]，采用鍋爐爐內脫硫+尾部半干法脫硫的SO2超低排放技術可以大幅降低系統的投資和運行成本。

機組快速變負荷運行時，由于煙氣從脫硫裝置排出時攜帶一定量石膏，在煙囪出口會形成石膏雨，需要有針對性地研究治理措施和方案[48]，包括提升機組運行的經濟性、監控來煤礦源、改善吸收塔內流場均勻性、改造塔頂除霧系統，以及加裝低低溫省煤器等，其中涉及大量的智能化監測與優化控制技術。

4.2.4 智能減碳

研究燃煤發電機組的智能減碳技術是時代和行業發展的必然要求。從目前已有的技術手段看，直接減碳主要依靠碳捕集技術，通過分流模式或溶液存儲模式迅速調節碳捕集水平。

面向燃煤發電機組供電碳減排，還可以從數據分析的角度研究最優運行基準值優化方法。通過機理分析獲得影響機組供電碳排放的全維運行參量，采用近鄰成分分析算法從各工況全維非線性參量中提取形成全工況高維特征標準集，并建立其與供電碳排放的非線性模型，得到具有泛化性的機組各工況供電碳排放最優基準值[49]。

隨著全國碳市場啟動，針對燃煤發電機組的智能減碳研究可通過引入節能減排技術投入成本與收益，以節能減排成本最小為目標，構建火電企業碳減排策略選擇模型。分析研究期內參與碳交易的火電企業減排策略，幫助現有企業在被動參與碳交易、主動承擔減排責任及何時采用何種減排技術方面做出決策[50]。

5 靈活智能燃煤發電評價體系

健全的評價體系不僅能反映燃煤發電機組的運行狀態，還能在一定程度上推進設備改造和技術改良，是靈活智能燃煤發電的重要環節。在評價過程中，不僅要考慮燃煤發電效率與能耗等常規指標，還要從機爐性能、設備健康程度、低碳環保和可持續發展等角度出發，量化分析燃煤發電機組的靈活和智能程度。

5.1 機爐性能評價

機爐性能評價是靈活智能燃煤發電評價體系的核心，相關指標能夠直觀體現靈活智能燃煤發電質量，量化技術改造對機組靈活性和綜合效率的影響，為評價靈活智能燃煤發電技術提供重要的參考依據。

在評判燃煤發電機組靈活性改造時，不僅要計算供電標準煤耗、廠用電比率、設備利用小時數等經濟性指標，還要考慮最低穩燃負荷、AGC快速響應能力、冷/熱態啟動時間、機組高效運行區段等能夠直接反映機組靈活性的指標[18]。德國、丹麥火電靈活性指標[5]和我國各省、市火電靈活性改造驗收指標如表1所示，結合技術發展趨勢，未來火電機組靈活性水平將進一步提高。值得注意的是，在評價深度調峰機組時需要適當放寬指標。此外，對燃煤發電機組特定性能開展評價時，需要設置特殊的評價指標，如熱電聯產機組中考慮的熱電關聯度指標、判斷低負荷運行穩定性的狀態指標等。

表1 機爐靈活性評價指標Tab.1 Flexibility evaluation indexes of turbine and boiler

目前，機爐經濟性能評價已經具備比較完善的理論體系和解決方案，也出現了較為成熟的監測與評估軟件。但在靈活性能評價方面，國內外尚未形成廣泛認可的完備的評價體系，在開展評價時只能依靠運行經驗和歷史數據，缺乏嚴格的理論分析與長期的運行考驗。在此背景下，亟需研究符合我國設備條件和運行環境的機爐性能評價體系。

另外，如何獲得準確、實時的性能指標是評價過程中的難點問題。這些指標大多與燃煤機組瞬態和暫態過程參數有關，而這類參數很難通過外部觀測直接獲取，需要借助先進的在線監測技術、動態建模理論和軟測量技術等實現。

5.2 設備健康評價

深度調峰與變負荷速率是影響設備使用壽命的主要因素，頻繁的機組啟停、升降負荷會造成金屬材料熱疲勞，導致結構熱應力改變，縮短部件的疲勞壽命，影響機組的運行安全性。研究顯示，當變負荷速率高于參考值50%時，汽包和過熱器壽命分別降低31.9%和52.9%，而低于參考值50%時，汽包和過熱器壽命分別提高16.3%和35.8%[51]。

設備健康指標能夠反映靈活智能燃煤發電與機組安全之間的關系。設備健康程度評估體系包括2個環節，首先是判斷部件損傷程度，利用先進的探傷儀器和軟測量技術等監控機組設備的實時狀態，建立設備狀態列表，以此為基礎，根據設備材料的特性和變負荷敏感性，預測設備健康狀態和運行壽命，為機組的運行維護和技術改進提供必要依據[52]。此外，對設備健康狀態預估的準確性和可信度也是需要重點關注的方向。

5.3 低碳環保評價

減少碳排放量是緩解全球氣候問題的最佳途徑，科學合理的低碳環保指標有利于推動綠色發電，實現經濟利益與環境保護的協調發展。

相關研究從碳資源流轉視角、生態經濟學視角出發，建立碳績效評價指標體系。這些研究綜合考慮多種因素，建立宏觀層面上的理論模型，對燃煤發電乃至電力行業進行評價。另一種策略是從電廠或機組層面出發，對發電過程中的各個環節設置評價指標，按照預先設定的權重確定碳績效評定結果[53]。碳排放稅、碳排放權交易和碳關稅等政策的實行進一步促進碳績效評價優化完善，在行政、市場層面推動燃煤發電低碳化轉型。

除了政策方面，建立綠色電力評價體系，引導終端用戶改變消費傾向，也是切實可行的選項。市場潛力調查顯示，約60%的用戶愿意為綠色電力多付出額外費用[54]。然而在實際中，用戶難以對用電是否綠色、綠色電力的質量如何做出直觀判斷，因此有必要建立科學的生態認證機制，通過頒發生態標志的手段，引入環境機構和獨立的研究協會，客觀地對電力生產、分配和使用等不同環節的環境影響進行考慮和評估。

通常，綠色電力評價主要面向新能源發電行業，但近年來，該評價體系也開始關注傳統發電領域，通過設定科學的評價指標來定量和定性判斷燃煤發電的低碳環保性。

5.4 可持續性評價

可持續發展理念是現階段社會和經濟發展的主流思想，落實到燃煤發電領域，要求相關企業在滿足全社會用電需求的同時，承擔更多的社會責任和環境治理的責任。

與其他評價體系相比，可持續性評價的時間尺度更長，所涉及的領域更廣，需要考慮的不確定性因素更多，不僅要追求發電效益，還要協調經濟、社會和環境三者間的關系。對燃煤發電進行可持續性評價，需要建立具有全面性和針對性的評價指標體系和適用性強、精度高的評價模型，對企業的環境影響、社會責任和公司經營等層面開展全面評價，并根據評價結果，制定企業的戰略方向和轉型措施?？沙掷m性評價體系一方面可以提高燃煤發電企業的競爭力和可持續發展能力，另一方面也滿足了全社會對于經濟與環境共同發展的期待。

6 結 語

燃煤發電在我國新型電力建設中發揮著“頂梁柱”和“壓艙石”作用，為大規模新能源消納提供了重要支撐。在實現“雙碳”目標的進程中，靈活智能燃煤發電將成為煤電發展的重要方向，其發展要點包括：

(1) 統籌兼顧，挖掘存量機組節能調度潛力，持續推進燃煤發電機組靈活智能改造。重點改造600 MW級及以下機組，應用信息化、智能化手段，實現機組清潔低碳、安全高效、靈活智能運行。在靈活智能改造中不能盲目追求超靈活調峰調頻能力，要兼顧機組的靈活性、經濟性與安全性。

(2) 研發新一代超凈超靈活智能燃煤發電機組及其配套控制系統。機組調頻調峰靈活性參照燃氣機組和抽水蓄能電站，目標是負荷變化范圍0%～100%，負荷變化速率達到每分鐘5%～6%額定功率，實現煙塵、SO2、NOx近零排放和重金屬、CO2深度脫除。

(3) 服務清潔能源大基地建設，建設靈活智能燃煤發電調峰支撐電源。新型火電+清潔能源大基地已經成為我國電力發展的新趨勢和新增長點，配套的燃煤發電調峰電源也成為清潔能源基地需要考量的重要因素，這也成為靈活智能燃煤發電新的發展契機。