双碳目标下煤电深度调峰及调频技术研究进展

双碳目标下煤电深度调峰及调频技术研究进展

林庆海

华能济南黄台发电有限公司   山东济南   250000

摘要：2020年9月，习近平总书记在第七十五届联合国大会上首次提出“双碳”目标，力争在2030年前实现“碳达峰”，2060年前实现“碳中和”。“十四五”作为碳达峰的关键期，要有序构建清洁低碳安全高效的新能源体系，时间上较为紧迫。因此，在“双碳”目标下，碳排放控制研究势在必行。纵观近几年，火电企业逐渐亏损严重，发展举步维艰，究其根本原因是由于上游成本煤炭价格居高不下、国家环保排放标准提高、电网侧需求量减少、火电交易电价大幅降低“双碳”目标下火电企业绿色低碳转型进行了局部的对策分析。

关键词：煤电机组；深度调峰；节能

引言

加快建设新型电力系统，需不断提升煤电机组运行灵活性，这就要求煤电机组负荷下潜更深、负荷升降速度更快、启停速度更快。同时，国内机组在深度调峰运行中，仍须满足国家污染物超低排放标准要求，这是与西方国家机组的重要差异。深度调峰涉及汽轮机、锅炉、金属材料、热工自动控制等众多专业，专业综合的难题给煤电机组的安全经济运行带来了巨大挑战。深度调峰不仅增加了煤耗与安全风险，而且使设备寿命损耗大大加快。低负荷运行的安全需求，主要体现在几方面：一是主设备应力控制，关键是汽轮机调节级与末级，以及汽缸等位置金属温度升降速度；二是防止锅炉受热面超温；三是一些设备安全运行的其他要求，比如锅炉稳燃、脱硝设备进口烟温，以及辅助设备的振动情况控制等。这些安全运行的需求均可能限制机组最低稳定运行负荷以及负荷升降速度。

1机组概述

某电厂680MW机组锅炉型号为SG-2102/25．4-M953，是上海锅炉厂制造的超临界压力变压运行螺旋管圈直流炉，为单炉膛、一次中间再热、固态排渣和全钢悬吊π型锅炉。锅炉采用四角切圆燃烧方式，采用等离子点火方式启动，设计最低稳燃负荷30%BMCR。锅炉采用中速磨正压直吹式制粉系统，配6台ZGM113G型磨煤机。

2当前火电企业面临的挑战和机遇

随着《山东省直调公用煤电机组灵活性改造后最小技术出力核定试验技术规范》(鲁电技监［2021］25号)的印发，规定机组从50%额定容量调整至最小技术出力所用时间不得超过1.5小时。机组现有自动调节性能已远远无法满足最新技术要求。

随着“双碳”推进，国家提出“十四五”期间要构建以新能源为主体的新型电力系统，清洁能源发电将逐步有序替代传统火电，新能源基建市场也将迎来迅猛崛起。火电企业应把握能源变革机遇，积极开发多元化产业，真正实现战略转型升级，提升综合竞争力。根据国家政策，以火电管理和技术创新为依托，不断提升集约化管理水平，打造“风光火储一体化”综合智慧运营管理平台已成为未来火电企业转型升级的大趋势。采用先进的5G通信技术将火电、新能源、储能与生产经营深度融合，使人、物、财协同运作和高度共享，实现生产智能管理，集中监控，新能源场站无人值守，无人机巡检设备，不断提升运营智能化水平。针对新能源消纳，火电企业应发挥辅助服务功能，积极参与调峰需求，抓住调峰的政策性经济收益。另外，新能源消纳的利好政策与储能技术的研发投入，在一定程度上可减少弃风弃光，弥补新能源发电的随机性和波动性。火电企业发挥生产数据累积存储优势，可启动大数据平台，既能实现设备故障的远程预警和诊断，也可进一步推动下游产业链发展，激发新的商业活力，例如智慧工业园区、智慧城镇公共服务、智慧交通运输等。图1燃煤锅炉深度调峰关键。

图1燃煤锅炉深度调峰关键

3双碳目标下煤电深度调峰及调频技术研究进展

3.1引导燃煤机组协同运营来消纳可再生能源

整体而言，由于燃煤机组的技术特性存在差异，不同燃煤机组之间在消纳可再生能源时具有明显的协同效应。因此，有效发挥燃煤机组之间的协同效应有助于大规模可再生能源高效接入电力系统。未来应不断探索并完善这种协同效应的发挥机制，如可以在电力市场中以经济激励引导燃煤机组主动进行合作，且在合作的同时保有一定竞争性；也可以通过建立健全燃煤机组协同运营相关机制，引导各类型机组，在合适的时间提供合适数量的辅助服务，并获得合理的经济收益。

3.2研究和探讨新的电力市场和运行调度方式

进行责任划分，电网和发电公司分开做各自更专业的事情，电网调度只负责负荷调度，各省分公司负责机组启停、负荷调整等运行方式。一个地区的发电企业分别属于不用的发电公司，不利于资源合理利用。针对电力过剩、峰谷差大、调峰困难的现实，国家可考虑增加电力出口，降低现有火电比例，增加绿色能源总量，实现可持续发展。制定合理的峰谷电价，研究动态电价机制，引导企业主动分配用电需求，促进电网负荷平稳，实现机组效率最大化。国家引导发展电力用户，开发电力潜在相关产业，替代目前化石能源消耗。

3.3进一步完善电力市场的辅助服务补偿机制

深度调峰补偿价格固定的条件下，当燃煤机组调峰深度超过最优调峰区间时，其整体经济性受损。燃煤机组在提供调峰辅助服务时承担了较高的成本，应得到合理的价值回报。对于灵活调节机组，应合理评估其电力服务价值，进一步完善调峰辅助服务补偿机制，激励燃煤机组主动满足以新能源为主体的新型电力系统对辅助服务的需要。如考虑分段深度调峰补偿，或许能够更有效地调动机组参与深度调峰的积极性。

3.5持续挖掘燃煤锅炉深度调峰潜能

目前，针对燃煤锅炉的深度调峰需求，在低负荷稳燃、机组运行效率提升、污染物减排及安全稳定运行等方面，均取得了较为丰富的研究成果及运行经验，但尚存在较大提升空间，仍需进一步挖掘燃煤机组在最低稳燃负荷、快速启停、提高变负荷速率及降低NOx排放等方面的潜力。对于今后的研究重点，燃烧系统、辅机设备、运行系统、耐高温腐蚀的优质材料仍然是需要持续关注的核心内容，并同时结合精细化优化控制技术，提升机组的调峰能力。锅炉燃烧系统等离子改造、旁路系统扩容、停机不停炉、脱硝PNCR低温脱氮技术、低负荷储能技术改造增加了燃煤机组负荷调节范围，为吸纳风电光伏电力提供空间，适应中国现有电力供求需要，提高燃煤机组生存能力。

3.6燃煤发电企业应适应现货市场交易规则、转型发展

按照国家要求和发电结构变化，燃煤机组应符合时代发展要求提高机组效率、加快调节速度、增加调节容量、降低发电比例、降低发电成本，开拓其他经济增长点，小机组逐渐转为备用，研发高效、新型的煤气化发电机组，适应电力发展形势，增加竞争优势。

结束语

虽然新能源发电仍存在瓶颈且火电转型升级也面临诸多障碍，但构建低碳、低能耗的新型电力系统是大势所趋。火电企业要直面挑战，抓住机遇，以创新为驱动力，主动融入新能源产业发展格局，扩建新能源发电设施，开发适合自身转型的储能技术落地，拓展下游多元化产业链，积极探索机组灵活性深度调峰，同步推进机组节能降耗、提质增效技改项目，深化热电联产经济性等相关工作，努力打造成为“风光火储一体化”综合能源服务企业，在新时代下奋楫笃行迈向新征程。

参考文献

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