引言
在全球能源改革的大趨勢下,國家將持續(xù)發(fā)展新能源作為推動電力供給側結構性改革、實現(xiàn)能源轉型的重要舉措。中電聯(lián)發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示,截至2020年底,全國全口徑發(fā)電裝機容量為22億kw,其中火電占比56.6%(煤電占比49.1%）,水電占比16.8%,風電占比12.8%,太陽能發(fā)電占比11.5%,核電占比2.3%。根據(jù)我國電力發(fā)展規(guī)劃,2030年可再生的風電和太陽能發(fā)電總裝機容量將達到12億kw以上,成為我國最主要的電源。可見,電力結構低碳轉型乃至最終實現(xiàn)凈零所面臨的任務十分艱巨。
2021年10月26日,國務院印發(fā)2030年前碳達峰行動方案》,聚焦2030年前碳達峰目標,對推進碳達峰工作作出總體部署。方案中指出:"推進煤炭消費替代和轉型升級。嚴格控制新增煤電項目,新建機組煤耗標準達到國際先進水平,有序淘汰煤電落后產能,加快現(xiàn)役機組節(jié)能升級和靈活性改造,積極推進供熱改造,推動煤電向基礎保障性和系統(tǒng)調節(jié)性電源并重轉型。"
為響應國家"雙碳"目標的戰(zhàn)略部署,實現(xiàn)煤電機組綠色低碳發(fā)展、促進轉型升級,本文對煤電機組靈活性改造、供熱改造和綜合能源服務等方面進行了思考與探索。
1煤電機組綠色低碳轉型現(xiàn)狀與探索
基于國家"雙碳"目標的戰(zhàn)略部署,煤電機組綠色低碳轉型技術導圖如圖1所示。
1.1煤電機組靈活性改造
降低最小出力、快速啟停、快速升降負荷是火電機組靈活性改造的主要目標。其中,最核心的改造目標是降低最小出力,即增加調峰能力。
火電靈活性改造預期:對于熱電機組,為保證供熱需求,最小出力要達到40%～50%額定負荷:而對于純凝機組,最小出力要達到30%～35%額定負荷,部分煤質、設備好的純凝機組最小出力要達到20%～25%額定負荷。
靈活性改造的關鍵是對于不同類型的機組,選擇合適的技術路線。對于純凝機組,主要需要解決它的低負荷穩(wěn)燃問題和排放問題,其主要技術包括精細化燃燒調整、燃燒器和制粉系統(tǒng)優(yōu)化改造、改善入爐煤質、摻燒生物質及加裝等離子和微油等裝置:對于供熱機組,關鍵是在滿足供熱要求的同時提升調峰能力,也就是熱電解耦的問題,主要技術包括高背壓供熱、低壓缸微出力、熱泵供熱和增加儲熱罐等。
目前,通過低負荷穩(wěn)燃、熱電解耦等技術改造,可以將煤電機組的最小穩(wěn)定出力降至20%～30%的額定容量,但存在增減出力響應時間較長、爬坡速率較慢等問題,同時還伴隨著煤耗增加、機組損耗增加和運營成本增加等問題。因此,在靈活性改造過程中,應根據(jù)機組自身的運行特性,在保證低負荷安全穩(wěn)定運行的前提下,選擇切實可行、高性價比的改造方案。
2021年4月國家電網有限公司服務新能源發(fā)展報告2021》顯示,"十三五"期間,我國累計推動完成煤電靈活性改造約1.62億kw,機組數(shù)量314臺,提升調節(jié)能力4506萬kw。華能丹東電廠(2×350Mw）配置了25730m3的儲熱水罐,投資4004萬元,率先在國內實現(xiàn)了13%負荷調峰。
1.2煤電機組供熱改造
燃煤發(fā)電機組全面參與深度調峰,占裝機容量近一半的熱電聯(lián)產機組無法繼續(xù)按照"以熱定電"的運行方式獨善其身。我國熱電聯(lián)產發(fā)展面臨的挑戰(zhàn),一是大型抽凝供熱機組比例過大,其熱電比通常較小,難以全面參與深度調峰:二是當前熱電聯(lián)產機組普遍未能實現(xiàn)熱電解耦,或采用的熱電解耦技術能耗較高,亟待采用更高效的深度調峰技術。
目前典型的采暖類供熱技術主要有低位能供熱技術、低壓缸微出力供熱技術、熱泵供熱技術、熱壓機供熱技術。幾種供熱技術在供熱能力上相當,低位能供熱技術的供熱煤耗顯著優(yōu)于其他供熱技術。隨著越來越多的火電機組完成低位能供熱改造,"以熱定電"的運行方式也將面臨嚴峻的挑戰(zhàn),對此目前行業(yè)內尚未提出一種有效的改進措施,這就使低位能供熱技術的實際應用和進一步推廣受到了一定限制。
提高低位能供熱技術的熱電解耦性能,可從改善機組自身供熱特性、借助靈活調峰輔助技術兩種思路展開研究。目前靈活調峰輔助技術有高低旁聯(lián)合供熱技術、蓄熱罐供熱技術、電極鍋爐供熱技術等。與低位能系統(tǒng)匹配的靈活供熱改造技術分為內部靈活技術和外部靈活技術,綜合對比如表1所示。低壓缸微出力和高低旁聯(lián)合均具備連續(xù)調峰性能,且投資省,建議優(yōu)先選用。在充分挖掘內部潛力的情況下仍不能滿足電網調峰要求的,可考慮采用蓄熱罐、電極鍋爐等外部輔助供熱技術。
1.3綜合能源服務
目前,世界上對綜合能源服務還沒有統(tǒng)一的定義。一般來講,綜合能源服務包括兩個方面:一是綜合能源,涵蓋電力、燃氣和冷熱等多種能源:二是綜合服務,包括工程服務、投資服務和運營服務。我國綜合能源服務行業(yè)還處于起步階段,國家電網公司是最早開展綜合能源服務的企業(yè)之一,多家發(fā)電企業(yè)也陸續(xù)開展了一系列綜合能源服務項目建設。
國家能源集團浙江公司2021年成立國能(浙江）綜合能源公司,開發(fā)、投資、建設供熱管網等綜合能源項目,培育多能聯(lián)供等綜合能源市場的業(yè)務。目前北侖電廠、寧海電廠、舟山電廠、南潯電廠已實現(xiàn)對外供熱,3個燃煤電廠灰、渣、石膏等固棄物已實現(xiàn)綜合利用,北侖電廠已實現(xiàn)城市污泥摻燒,寧海電廠已實現(xiàn)對外供應原水,2021年底前實現(xiàn)電、蒸汽、熱水、原水、壓縮空氣、石膏、粉煤灰"七聯(lián)供"。
綜合能源服務目前存在的問題是,煤電企業(yè)在多能耦合與梯級利用方面還沒有將其技術優(yōu)勢發(fā)揮出來,在綜合能源服務核心技術方面的研究不足。未來仍需突破核心技術的研發(fā),降低成本,迎合用戶需求。
2煤電機組轉型建議
在"3060"目標下,煤電的功能定位要由長期以來的電量和電力的保障向主要提供電力保障的方向發(fā)展,新增電量的保障主要由可再生能源提供。由于可再生能源的隨機性、不穩(wěn)定性和波動性,要保證新能源電量大部分得到應用,盡量減少棄風棄光,必須進一步提升煤電機組的靈活性。
2.1加快煤電機組靈活性改造
采用儲能等創(chuàng)新技術,大力實施火電機組靈活性改造,通過發(fā)揮其靈活的調節(jié)作用及深度調峰能力,實現(xiàn)能量供給與需求平衡,解決時域性差異,促進大規(guī)模可再生能源消納。
2.2加強煤電機組供熱改造
借助靈活性手段,提高低位能供熱機組熱電解耦的能力。低壓缸微出力和高低旁聯(lián)合均具備連續(xù)調峰性能且投資省,建議優(yōu)先選用。在充分挖掘內部潛力的情況下仍不能滿足電網調峰要求的,可考慮采用蓄熱罐、電極鍋爐等外部輔助供熱技術。
2.3推動煤電企業(yè)向綜合能源服務商轉變
充實煤電企業(yè)產品體系,實現(xiàn)火電機組電、熱、冷、水、壓縮空氣、固棄物等產品多聯(lián)供:對鄰近區(qū)域重點企業(yè)等優(yōu)質用戶提供行之有效的用能分析、節(jié)能方案:因地制宜地提供氫、石膏、結晶鹽、粉煤灰等副產品:向周邊企業(yè)提供運維檢修、技術改造、節(jié)能診斷與能效提升改造等增值服務。
3結語
"雙碳"背景下,煤電機組實現(xiàn)轉型升級和綠色低碳發(fā)展任務艱巨。充分挖掘煤電機組靈活性改造、供熱改造和綜合能源服務潛力,可促進大規(guī)模可再生能源消納,為國家"雙碳"目標的實現(xiàn)做出貢獻。
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