关于加快发展超超临界燃煤发电机组的建议

赵春生， 罗建超， 王 婧

（1.华能北京热电有限责任公司， 北京 100023； 2.华北电力大学， 北京 102206）

0 引言

使用燃煤进行发电是我国能源结构的主要组成部分，大容量高参数先进超超临界（A-USC）发电技术是煤炭高效清洁利用的重要方向，能够有效降低发电成本、减少污染物排放[1-3]。 近年来，国内外针对A-USC 发电技术进行了多项基础理论、实验和工程实践研究。目前我国投运的USC 机组蒸汽参数采用25～27MPa、600℃等级，正在持续研究35MPa、700℃等级及以上A-USC 发电机组[4，5]。700℃USC 发电技术是600℃的下一代技术，供电效率可达到50%左右，煤耗可再降低20～30g/kW·h[6-9]。

1 国内外USC 燃煤发电机组的发展现状

1.1 我国USC 燃煤发电机组的现状

由于目前700℃耐高温镍基合金材料还未成熟，我国正大力发展600℃的USC 一次/二次再热机组。 我国目前已投入运行94 台600℃、1000MW USC 机组，首批自主研制的二次再热超超临界机组已经成功投运， 运行结果表明机组节能减排的优势明显。

与欧洲、美国、日本等国相比，我国700℃的USC 发电技术研发起步较晚，但进展很快，目前处于并跑阶段。“十二五”期间针对700℃USC 发电技术开展了基础性研究，比如，2010 年能源局成立了700℃发电产业联盟，联合国内科研机构和企业对700℃超超临界燃煤发电技术进行研究；2011 年“863”项目“700℃超超临界燃煤发电技术关键设备研发及应用示范”启动，项目进行了总体设计、关键材料研究及关键设备及平台的研究等；2016 年华能南京热电厂建成了700℃关键部件的试验平台，正在对高温热部件进行长时间验证试验， 试验平台已通过168 小时的试运行[10]。 在主机方案研究方面，中国电力工程顾问集团公司组织相关单位开展了700 ℃USC 的总体技术方案研究。 我国700℃USC 燃煤发电技术研究开发工作已取得一定成果。

700℃USC 发电技术发展的主要难点在于先进高温材料的研发与蒸汽温度提高上[11，12]，还有因为机组参数提高带来的相关技术问题， 比如700℃发电机组系统优化、700℃锅炉技术、 700℃汽轮机技术、辅机技术的开发以及关键部件的实炉验证等[13，14]。

1.2 国外USC 燃煤发电机组的现状

欧洲、 美国和日本较早启动了700℃以上A-USC 发电技术研究计划，经过多年的发展，取得了不同程度的进展。 欧洲最早于1998 年启动，目前已基本完成相关材料的研发，正进行高温部件的验证试验[13]；美国于2001 年启动，蒸汽参数比较高，达到38.5MPa/760℃/760℃，美国的开发主要集中在新材料的研发；2008 年日本启动 “先进的超超临界压力发电”项目研究计划，虽然起步较晚，但在高温材料研发方面已取得突破性进展[15-18]。主要发达国家A-USC 发电技术的研究都致力于材料的研究， 锅炉、汽轮机、辅机等的设计与制造以及热力系统优化技术等。

2 我国USC 燃煤发电机组发展遇到的问题

经过多年努力，我国USC 燃煤发电机组水平得到了很大提高， 我国700℃技术的发展与国外几乎是同步的。目前遇到的主要问题有： 一是600℃USC 机组在变负荷情况下机组适应能力较差，需进一步加强系统优化。我国已投运的USC 机组尤其是二次再热机组存在变负荷情况下适应能力不强的问题， 机组只是在额定工况下热效率达到设计值、运行经济性能好，但部分负荷下机组经济性明显下降[6]。这是因为我国燃煤发电不仅煤质多变且承担电力系统调峰等责任， 造成部分负荷下机组经济性明显下降。 因此USC 燃煤发电机组二次再热机组的系统配置等方面还有很大的提升空间， 需要进行更进一步的节能优化研究， 使机组适应负荷变化的情况下仍然能保证较好的经济性和调峰能力；二是700℃等级发电技术有待进一步加强技术攻关。700℃USC 发电技术还有待进一步突破，在材料研发、结构设计、制造技术和系统优化技术还有待改进和提高[11，12]。700℃机组系统节能优化的目标是在提高机组发电效率的同时尽量降低机组技术难度，尤其要降低材料上的难度和机组建设成本[19]。 700℃USC 发电技术还需要解决大型铸锻件和高温管道依赖进口、机组热力系统有待优化等问题。 目前虽然取得了一定进展，但正处于关键攻关期，需要国家投入更大的力量支持。

3 进一步推进我国USC 燃煤发电机组发展的措施建议

一是加强超USC 燃煤发电机组的系统优化研究。 基于现有的机组运行经验， 分析实际工况， 以提高600/700℃USC 机组效率和灵活性为研目标，围绕机组全工况过程耦合匹配机理、整体优化设计等关键问题，开展600/700℃高效超超临界燃煤发电机组热力系统优化研究。

二是加强USC 燃煤发电机组与可再生能源的耦合，促进多能互补。 我国近年来积极支持发展可再生能源，USC 燃煤发电机组存在变负荷适应能力不强的问题，与可再生能源的灵活性特点可以互相耦合弥补。 因此建议加大USC 燃煤发电机组与可再生能源的耦合发展，发展风电、太阳能、地热能、生物质能和海洋能等可再生能源与燃煤机组的耦合研究，建立多能互补的网络，从而提高机组调峰、调频的灵活性。

三是加快A-USC 燃煤发电机组系统关键共性技术研发。组织国内优势科研院所、大专院校、制造企业、用户企业联合攻克USC 燃煤发电机组系统关键共性技术。 推动创新能力、研发设计能力、制造能力、产品配套能力建设。 加大对USC 燃煤发电机组基础性的共性关键技术研发，探索建立集研发、工程应用与技术服务于一体的AUSC 创新中心和制造业服务创新体系。

4 结论

A-USC 燃煤发电技术是煤炭高效清洁利用的重要途径。 当前是我国自主研发700℃USC 燃煤发电技术的关键时期，但该技术研究难度大，是一项复杂的系统工程。建议国家进一步加大支持力度，加强产业协同，加强共性关键技术突破， 加强600℃等级机组的系统优化研究，促进USC 燃煤发电机组与可再生能源的耦合发展，促进多能互补， 研发我国自主知识产权的A-USC 发电机组，提高我国超超临界机组的设计、制造能力，形成系统集成能力和产业集群，为我国电力的可发展做出贡献。