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“‘雙碳’目標下，我國的(de)(de)電(dian)力(li)結構實(shi)現從高碳化(hua)石能(neng)(neng)(neng)源(yuan)(yuan)向(xiang)綠色、低碳可再生能(neng)(neng)(neng)源(yuan)(yuan)轉型(xing)，最主要(yao)的(de)(de)措施是發展新(xin)能(neng)(neng)(neng)源(yuan)(yuan)，但(dan)由于風光類新(xin)能(neng)(neng)(neng)源(yuan)(yuan)具有隨機(ji)性、間隙性、波動(dong)性且不(bu)可調的(de)(de)特點，這需(xu)要(yao)煤(mei)(mei)電(dian)機(ji)組成(cheng)為新(xin)能(neng)(neng)(neng)源(yuan)(yuan)電(dian)力(li)消(xiao)納(na)的(de)(de)保(bao)障。”在由中國能(neng)(neng)(neng)源(yuan)(yuan)學會(hui)和北(bei)京能(neng)(neng)(neng)源(yuan)(yuan)與(yu)環境學會(hui)組織的(de)(de)院(yuan)士專家燃煤(mei)(mei)發電(dian)技術座談會(hui)上，上海(hai)申能(neng)(neng)(neng)電(dian)力(li)科(ke)技有限(xian)公司(si)總經理(li)馮偉忠表示。

圖(tu)為申能安徽平山電廠二期

加速推動(dong)煤(mei)電(dian)由常規主力電(dian)源(yuan)向基礎保障性(xing)和(he)系統調(diao)節性(xing)電(dian)源(yuan)并重(zhong)轉型(xing)，是新能源(yuan)產業(ye)發展(zhan)需(xu)要和(he)國家能源(yuan)政策重(zhong)要導向。在構建新型(xing)電(dian)力系統的過(guo)程(cheng)中，煤(mei)電(dian)裝機(ji)容(rong)量事(shi)關電(dian)力供應的安全底線，提高存量煤(mei)電(dian)機(ji)組的靈活(huo)性(xing)和(he)可(ke)靠性(xing)是其重(zhong)要出(chu)路。在馮偉忠看來，隨著風(feng)光等新能源(yuan)比例不斷提升，煤(mei)電(dian)靈活(huo)性(xing)改造的需(xu)求將進一步釋(shi)放，在此(ci)過(guo)程(cheng)中，技術創新將持(chi)續引領電(dian)力行業(ye)減煤(mei)降碳。

技術減碳正當時

2021年，國家(jia)能(neng)源局聯合科(ke)技(ji)(ji)部(bu)印發(fa)(fa)《“十四五”能(neng)源領域科(ke)技(ji)(ji)創新(xin)規劃》，圍繞煤炭清(qing)潔(jie)高效轉化(hua)技(ji)(ji)術(shu)以及先進燃煤發(fa)(fa)電(dian)技(ji)(ji)術(shu)等，進一步推動煤電(dian)行業清(qing)潔(jie)低碳、安全(quan)高效發(fa)(fa)展。立足(zu)以煤為主的(de)基(ji)本(ben)國情，新(xin)建項目優先采用(yong)大容(rong)量、高參(can)數(shu)、低能(neng)耗(hao)、調節能(neng)力好(hao)的(de)發(fa)(fa)電(dian)機組。

中(zhong)國工(gong)(gong)程院院士、中(zhong)國礦業大學(北京)教(jiao)授武強提出(chu)，業內(nei)需重點(dian)關注(zhu)2021中(zhong)央經濟工(gong)(gong)作會(hui)議中(zhong)強調(diao)的內(nei)容，即傳統能(neng)(neng)(neng)源(yuan)逐步退出(chu)要(yao)建(jian)立在新能(neng)(neng)(neng)源(yuan)安全可(ke)(ke)靠的替代基礎上，要(yao)立足以煤為主的基本國情，抓(zhua)好(hao)煤炭清潔高效利用(yong)，新增可(ke)(ke)再生能(neng)(neng)(neng)源(yuan)和(he)原料用(yong)能(neng)(neng)(neng)不納(na)入(ru)能(neng)(neng)(neng)源(yuan)消費總量控(kong)制。“換言之，可(ke)(ke)再生能(neng)(neng)(neng)源(yuan)在沒有成為我國主體能(neng)(neng)(neng)源(yuan)之前，化(hua)石能(neng)(neng)(neng)源(yuan)在未來一段時期(qi)內(nei)仍(reng)是我國的主體能(neng)(neng)(neng)源(yuan)。”

武強認為，煤電的(de)清潔低碳化利用(yong)包含三個(ge)思路：一是(shi)通過高效的(de)方(fang)式，削減(jian)(jian)煤炭用(yong)量實現減(jian)(jian)排；二是(shi)以系統化的(de)思路，通過采取(qu)CCS或(huo)者CCUS技(ji)術(shu)在末端進(jin)行減(jian)(jian)碳；三是(shi)通過靈活性方(fang)式，推進(jin)儲能技(ji)術(shu)、調(diao)節調(diao)峰技(ji)術(shu)等來(lai)增大可再生能源使用(yong)量，減(jian)(jian)少煤炭的(de)火力發電供(gong)應時間，以實現減(jian)(jian)碳。

“在相當長的(de)時期(qi)內(nei)，我國還不具(ju)備退(tui)出煤電的(de)可行(xing)性，而煤電的(de)逐步脫碳才是業(ye)內(nei)應重(zhong)點(dian)關注和(he)努力的(de)方向。”馮偉忠(zhong)認為，現(xian)階段，通過技術減(jian)(jian)碳，即“高(gao)效化(hua)實現(xian)自身減(jian)(jian)碳”和(he)“靈活性實現(xian)結構減(jian)(jian)碳”是煤電的(de)兩大目標。

擺脫高溫高壓管道制約

目標已(yi)經(jing)確立(li)，持續推(tui)動技(ji)術(shu)創(chuang)新是下一步的關鍵。近年來，為提高發電(dian)效率，煤電(dian)行業主要采用的技(ji)術(shu)路徑為更高等級蒸(zheng)汽參數（700攝氏(shi)度(du)）以及二次再(zai)熱技(ji)術(shu)。

馮偉忠認(ren)為(wei)，發展以鎳基(ji)超級合金(jin)為(wei)基(ji)礎的700攝氏度等級技(ji)(ji)術，目前尚(shang)存在材料技(ji)(ji)術和(he)造價(jia)瓶頸。

據記者了(le)解，提(ti)高(gao)(gao)蒸(zheng)汽溫(wen)度(du)，是煤電(dian)機組(zu)效(xiao)率提(ti)升的重要(yao)途徑，但蒸(zheng)汽溫(wen)度(du)上升對(dui)蒸(zheng)汽管道材料提(ti)出了(le)更高(gao)(gao)要(yao)求(qiu)，管道價(jia)格(ge)也(ye)隨之上漲(zhang)。目前600攝氏(shi)度(du)等級(ji)(ji)機組(zu)蒸(zheng)汽管道綜合(he)造價(jia)不到20萬元/噸(dun)，而(er)700攝氏(shi)度(du)高(gao)(gao)效(xiao)超超臨界(jie)機組(zu)采用昂貴(gui)的鎳基超級(ji)(ji)合(he)金，管道價(jia)格(ge)達300萬元/噸(dun)左右。在上述背景下，與(yu)現有600攝氏(shi)度(du)等級(ji)(ji)機組(zu)相(xiang)比，采用700攝氏(shi)度(du)機組(zu)的電(dian)廠造價(jia)約為(wei)前者的一倍。

為突破采用更高(gao)(gao)等級(ji)蒸(zheng)汽(qi)參數(shu)以(yi)及(ji)二次再(zai)熱技術的(de)(de)(de)造價(jia)瓶頸，馮偉(wei)忠(zhong)在國外較(jiao)成熟的(de)(de)(de)雙軸(zhou)汽(qi)輪機(ji)組(zu)技術基礎上，創新(xin)發明了一種新(xin)型的(de)(de)(de)汽(qi)輪發電機(ji)組(zu)方案，將高(gao)(gao)壓(ya)軸(zhou)系放置在鍋爐本(ben)體外側臨近聯(lian)箱處，低(di)位(wei)軸(zhou)系保持(chi)不動(dong)，即高(gao)(gao)低(di)位(wei)分(fen)軸(zhou)布置方案。

值得注意(yi)的是(shi)，目前這一技術創(chuang)新(xin)已(yi)應(ying)用于(yu)申能安徽(hui)平(ping)山電廠二期1350MW高低(di)位分軸布置(zhi)二次再熱超超臨界機組。記者在項目現場看到(dao)(dao)，塔式鍋爐(lu)高位發電機組布置(zhi)在塔式鍋爐(lu)82米(mi)平(ping)臺處，相當于(yu)從原來(lai)鍋爐(lu)的“腳邊”位置(zhi)挪(nuo)到(dao)(dao)了(le)接近鍋爐(lu)“肩膀(bang)”的高度。

“這(zhe)不僅可以大(da)(da)大(da)(da)縮短(duan)高(gao)溫(wen)高(gao)壓蒸(zheng)汽管(guan)(guan)道(dao)長度，節省大(da)(da)量高(gao)溫(wen)高(gao)壓管(guan)(guan)道(dao)，而且可以大(da)(da)大(da)(da)降低(di)主(zhu)蒸(zheng)汽和再熱(re)蒸(zheng)汽的壓降和溫(wen)降，阻力更小、散熱(re)損(sun)失更少、管(guan)(guan)道(dao)建設成本(ben)更低(di)，機組(zu)效率(lv)與經(jing)濟性得(de)以顯著提升(sheng)。”據馮偉忠介(jie)紹，這(zhe)一(yi)方案(an)可消除絕大(da)(da)部分高(gao)參數、高(gao)價(jia)值管(guan)(guan)道(dao)，大(da)(da)幅(fu)節約投資，為(wei)700攝氏(shi)度等級機組(zu)的發展消除了最主(zhu)要的制約因素(su)。

目前，申能安徽平(ping)山電廠二期1350MW高低(di)位(wei)分(fen)軸(zhou)布置二次再(zai)熱(re)超(chao)(chao)超(chao)(chao)臨界機組(zu)已在2022年(nian)正(zheng)式投入商(shang)業運行。機組(zu)設計(ji)供電煤(mei)耗251克/千瓦時，比目前最先進(jin)的兩次再(zai)熱(re)機組(zu)煤(mei)耗進(jin)一步(bu)下降(jiang)超(chao)(chao)15克，大幅提(ti)高能源利用水平(ping)，平(ping)均每年(nian)可(ke)節省(sheng)燃煤(mei)近10萬噸。

深度調峰經濟性可行

在技(ji)術創新的(de)基礎上，調峰經濟性是進一步追求。“雙碳”目(mu)標下，煤電機組(zu)成為新能(neng)源電力(li)消納的(de)保障，在確保安全(quan)、環保以及(ji)能(neng)耗升幅不高(gao)的(de)前提下，大幅拓(tuo)展(zhan)煤電機組(zu)的(de)深度調峰能(neng)力(li)尤為關鍵，如(ru)何做好深度調峰助力(li)“雙碳”，已成為眾多煤電機組(zu)面臨的(de)現實難題。

值得注(zhu)意(yi)的(de)(de)是(shi)，深(shen)度(du)調峰具有一定(ding)技(ji)術風(feng)險(xian)和(he)成(cheng)(cheng)本(ben)。“深(shen)調幅度(du)越大，風(feng)險(xian)和(he)成(cheng)(cheng)本(ben)越高。安全風(feng)險(xian)成(cheng)(cheng)本(ben)、壽命(ming)損耗(hao)威本(ben)以及煤耗(hao)上升成(cheng)(cheng)本(ben)等構(gou)成(cheng)(cheng)了煤電機組在(zai)深(shen)度(du)調峰運行狀態下的(de)(de)主要成(cheng)(cheng)本(ben)。”馮偉忠(zhong)表示。

“要使(shi)深(shen)調(diao)補貼真正成(cheng)為電(dian)廠盈利的新途徑，并確(que)保機組(zu)(zu)安全，就(jiu)需要控(kong)制(zhi)上述三類成(cheng)本(ben)。”馮偉忠表示，正常(chang)情況下，二(er)次再(zai)熱(re)機組(zu)(zu)應(ying)(ying)盡(jin)可能高負(fu)荷(he)運行，以充分(fen)發(fa)揮機組(zu)(zu)的經濟性(xing)(xing)優勢。但(dan)結合我國煤電(dian)發(fa)展現狀，我國的二(er)次再(zai)熱(re)機組(zu)(zu)的發(fa)展在保證基(ji)本(ben)發(fa)電(dian)負(fu)荷(he)的同時，還要承擔(dan)較(jiao)重的調(diao)峰任務，因(yin)此，除(chu)安全高效外，應(ying)(ying)提高機組(zu)(zu)低負(fu)荷(he)下經濟性(xing)(xing)及靈活(huo)性(xing)(xing)，以實現結構性(xing)(xing)減碳。

“對(dui)于(yu)煤(mei)電(dian)(dian)機組的(de)(de)提效升級和清潔化利用(yong)，總能耗指標哪怕(pa)下降幾克煤(mei)也非常重要(yao)(yao)。”中(zhong)國工程院(yuan)(yuan)院(yuan)(yuan)士余(yu)貽鑫認為，目(mu)前，風光等新能源(yuan)發電(dian)(dian)需(xu)要(yao)(yao)調峰煤(mei)電(dian)(dian)來平抑(yi)波動，如果煤(mei)電(dian)(dian)機組能保持20%的(de)(de)超低負荷下的(de)(de)調峰能力，將極大提高(gao)綠色能源(yuan)的(de)(de)使用(yong)占比。因此，煤(mei)電(dian)(dian)機組能夠(gou)安全、可靠地維持低負荷運行具有重要(yao)(yao)意義。

在(zai)這方面，申能安徽(hui)平山(shan)電(dian)廠二期亦走(zou)在(zai)前列(lie)。據(ju)馮偉忠介(jie)紹，該工程進行了(le)一(yi)系列(lie)重大創新技術的(de)應用，如彈性回熱(re)技術、全負荷(he)(he)低(di)(di)氧低(di)(di)氮燃燒、廣義(yi)變(bian)頻技術等。不(bu)僅提(ti)高(gao)了(le)機組(zu)低(di)(di)負荷(he)(he)下(xia)的(de)運行經濟(ji)(ji)性，且實(shi)現了(le)20%負荷(he)(he)深(shen)度調(diao)(diao)峰(feng)干(gan)態穩定運行。“在(zai)此工況下(xia)，機組(zu)供電(dian)煤耗(hao)上升幅(fu)度僅為70克/千瓦(wa)時水(shui)平，成本增量與(yu)深(shen)調(diao)(diao)補(bu)貼(tie)相比很(hen)小，從而保證了(le)深(shen)度調(diao)(diao)峰(feng)的(de)經濟(ji)(ji)性。”