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隨著電力體制改革的深入推進(jìn)，能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型步伐加快，特別是近幾年我國可再生能源發(fā)展取得了顯著成績，水電、風(fēng)電和太陽能發(fā)電的裝機(jī)規(guī)模截至2016年末分別達(dá)到3.2億千瓦、1.3億千瓦和4300萬千瓦，均居世界第一位，可再生能源總發(fā)電量也位居世界第一。但是，必須看到，在可再生能源持續(xù)發(fā)展的同時，一些地區(qū)棄風(fēng)棄光等問題日益突出：2016年，我國平均棄風(fēng)率17%，平均棄光率20%左右，消納已經(jīng)成為制約可再生能源發(fā)展的關(guān)鍵因素。
究竟該如何解決消納問題?日前，由中國電機(jī)工程學(xué)會熱電專業(yè)委員會主辦的2017全國燃煤電廠靈活性改造及深度調(diào)峰技術(shù)交流研討會對這個問題進(jìn)行了深入探討。
消納問題加快改造進(jìn)程
《巴黎協(xié)定》作為世界各國對于低碳綠色發(fā)展的共同認(rèn)知和責(zé)任契約，我國一諾千金，提出在2030年左右使二氧化碳排放達(dá)到峰值，并爭取盡早實現(xiàn);2020年非化石能源占一次能源消費比例達(dá)到15%，2030年達(dá)到20%;2020年單位GDP二氧化碳排放量較2015年分別下降18%。
按照承諾，預(yù)計2020年、2030年我國一次能源消費總量分別不超過50億噸標(biāo)煤、60億噸標(biāo)煤，其中非化石能源分別約7.5億噸標(biāo)煤、12億噸標(biāo)煤。初步估算，到2020年，我國風(fēng)電裝機(jī)將達(dá)到2.2億千瓦以上，“十三五”增加1億千瓦以上;太陽能發(fā)電裝機(jī)將達(dá)到1.1億千瓦以上，“十三五”增加6000萬千瓦以上。2020年以后，風(fēng)電和光伏裝機(jī)將進(jìn)一步增加。
截至2016年底，我國煤電裝機(jī)為9.43億千瓦，占發(fā)電裝機(jī)總量的57%，受各方面因素影響和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，風(fēng)光資源富集地區(qū)的風(fēng)電和光伏的滲透率將進(jìn)一步增加，用電負(fù)荷峰谷差亦將增大，部分地區(qū)熱電聯(lián)產(chǎn)仍將持續(xù)增加，由此可見實現(xiàn)《巴黎協(xié)定》的承諾任重而道遠(yuǎn)。
從歐洲發(fā)達(dá)國家在風(fēng)能、太陽能、生物能源、二氧化碳的捕獲和儲存等增加新能源占比和新能源領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的經(jīng)驗史來看，通過開展火電靈活性改造可以吸納更多的新能源。2016年，歐洲可再生能源發(fā)電量占總發(fā)電量的比重達(dá)到了30.2%，其中風(fēng)電和太陽能發(fā)電合計占比13.2%;丹麥1995年開始推廣火電靈活性，至2015年，風(fēng)電占總用電量的42%;2016年，德國的風(fēng)電和太陽能發(fā)電量占比達(dá)到20%以上。
未來，新能源有望成為我國能源發(fā)展的主流，加快能源技術(shù)創(chuàng)新，挖掘燃煤機(jī)組調(diào)峰潛力，全面提高系統(tǒng)調(diào)峰和新能源消納能力勢必在行，而火電開展靈活性改造亦是延展其生命周期的有效選擇。
改造需“一廠一策”制定方案
火電靈活性改造之于火電領(lǐng)域是一場革命，更是對我國能源技術(shù)創(chuàng)新的一場嚴(yán)峻考驗，如何“靈活”開展靈活性改造是必須要攻克的課題，也是中國電機(jī)工程學(xué)會熱電專業(yè)委員會舉辦此次全國燃煤電廠靈活性改造及深度調(diào)峰技術(shù)交流研討會的初衷。
“所謂靈活就是機(jī)組具有更快的變負(fù)荷速率、更高的負(fù)荷調(diào)節(jié)精度及更好的一次調(diào)頻性能;所謂深度，就是機(jī)組具有更寬的負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍，負(fù)荷下限從原來的45%下調(diào)至30%，甚至更低。”東南大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院博士生導(dǎo)師呂劍虹這樣詮釋靈活與深度的實質(zhì)。
“燃煤機(jī)組深度調(diào)峰面臨著很多問題。”國家電投上海發(fā)電設(shè)備成套設(shè)計研究院博士呂為智在會上做了詳細(xì)分析，“涉及到鍋爐、汽機(jī)、輔機(jī)、控制系統(tǒng)等多個方面，可謂牽一發(fā)而動全身，所以要以‘一廠一策’為原則，針對機(jī)組自身的運行特性以及調(diào)峰目標(biāo)幅度，靈活制定靈活性改造技術(shù)路線，以期實現(xiàn)燃煤機(jī)組在低負(fù)荷下的安全穩(wěn)定運行。”
記者了解到，目前，國內(nèi)外較為成熟的火電靈活性改造技術(shù)有機(jī)組本體優(yōu)化調(diào)整技術(shù)，等離子/微油助燃技術(shù)以及熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組涉及到的熱電解耦技術(shù)，其中熱電解耦技術(shù)又包括抽汽改造、固體蓄熱技術(shù)、熱泵技術(shù)、電鍋爐技術(shù)和電鍋爐+蓄熱罐技術(shù)等多種方式。
“要實現(xiàn)‘靈活’的靈活性改造并不是一件容易的事兒。”國電科學(xué)技術(shù)研究院沈陽電力技術(shù)分院主任工程師、高級工程師吳炬非常清楚這條改造之路的艱辛，“要響應(yīng)政策導(dǎo)向，兼顧未來市場變化，根據(jù)企業(yè)自身特點，合理確定改造目標(biāo)和技術(shù)方案，保證機(jī)組安全，還要控制投資規(guī)模，注重解決實際需求。”
會上，哈爾濱鍋爐廠、東方 鍋爐股份有限公司、華能清潔能源研究院、華北電力科學(xué)研究院、西安熱工研究院等多家研究機(jī)構(gòu)，國家重點實驗室的多位博士、高級工程師對提升火電調(diào)峰能力關(guān)鍵系統(tǒng)、關(guān)鍵指標(biāo)做了深入的剖析。
“十三五”改造規(guī)模將超2億千瓦
今年6月28日和7月14日，國家發(fā)展改革委、國家能源局先后印發(fā)《關(guān)于下達(dá)火電靈活性改造試點項目的通知》以及《關(guān)于印發(fā)<可再生能源調(diào)峰機(jī)組優(yōu)先發(fā)電試行辦法>的通知》，公布了22個試點項目約18吉瓦裝機(jī)容量的火電機(jī)組，一場煤電機(jī)組靈活性改造、煤電機(jī)組調(diào)峰能力提升工程攻堅戰(zhàn)就此一炮打響，截至目前，我國火電靈活性改造取得了長足的進(jìn)展和可喜的進(jìn)步。
國電電力莊河發(fā)電公司作為全國首批煤電機(jī)組靈活性改造示范項目，在今年的全國燃煤電廠靈活性改造及深度調(diào)峰技術(shù)交流研討會上異常奪目。近年來，東北地區(qū)電力市場供需矛盾突出，特別是遼寧省供熱機(jī)組在區(qū)域裝機(jī)容量占比高達(dá)70%以上，導(dǎo)致供暖期電網(wǎng)調(diào)峰能力嚴(yán)重不足，而莊河發(fā)電卻能因地制宜，以開展機(jī)組靈活性改造作為企業(yè)提質(zhì)增效、解困突圍的主要手段，積極主動參與深度調(diào)峰，取得了顯著效益。
“2017年初我們即實現(xiàn)了18萬千瓦(30%額定容量)長時間安全穩(wěn)定運行的歷史性突破，春節(jié)期間2號機(jī)組18萬千瓦連續(xù)安全穩(wěn)定運行77小時，成為全國首臺實現(xiàn)供暖期調(diào)峰負(fù)荷率達(dá)到30%的60萬千瓦純凝機(jī)組。”該公司生技部副主任、高級工程師王豐的自豪之情溢于言表。
同樣作為靈活性改造首批試點項目的華能國際丹東電廠30萬千瓦亞臨界機(jī)組在AGC控制方式下，最低負(fù)荷直接控制到25%，成為目前遼寧省電力公司區(qū)域內(nèi)調(diào)峰深度最大的電廠。
“4月14日，我們召開了‘機(jī)組靈活性改造(熱電解耦)項目及抽汽擴(kuò)能項目現(xiàn)場聯(lián)絡(luò)會’，確定了改造技術(shù)路線。”丹東電廠運行部副主任、高級工程師宮作夫向記者介紹道，“我們的目標(biāo)就是深挖機(jī)組深度調(diào)峰期間的節(jié)能方法，優(yōu)化設(shè)備運行方式調(diào)整，確保深度調(diào)峰期間盡量提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)性”。
記者了解到，除國電電力莊河發(fā)電、華能國際丹東電廠外，華能營口電廠60萬千瓦超臨界機(jī)組也已完成靈活性和深度調(diào)峰改造，在AGC控制方式下，最低負(fù)荷可以控制到30%(18萬千瓦,干態(tài))。
“‘十三五’期間，隨著可再生能源發(fā)電全額保障性收購制度的實行，我國火電靈活性改造工作將同步鋪開，熱電機(jī)組和常規(guī)煤電靈活性改造規(guī)模分別達(dá)到1.33億千瓦和8600萬千瓦左右，并開展針對性的改造難度評估，為火電靈活性改造工作的順利開展提供支撐。”中國電機(jī)工程學(xué)會熱電專業(yè)委員會秘書長王新雷向記者透露。
上述會上專家認(rèn)為，目前，中國稀缺的不是發(fā)電能力，而是調(diào)峰能力，過去要求火電安全、穩(wěn)定、高效、清潔，現(xiàn)在我們還需要彈性、靈活性來調(diào)節(jié)和吸納高比例的可再生能源，這不僅是火電定位的變化，也是火電尋求生存的一條必由之路。
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