新时代“双碳”背景下燃煤机组灵活性改造研究与实践

许俊锋，飞

(华能北方公司包头第三热电厂，内蒙古 包头 014000)

以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导，全面贯彻落实党的十九大和十九届二中、三中、四中、五中全会精神，坚持走以生态优先、绿色发展为导向的高质量发展新路子，严格落实能耗“双碳”政策，推行更先进节能降耗标准与燃煤机组灵活性并重，煤电由主力电源逐步向“支撑型”“调节型”电源转变，为构建以新能源为主体的新型电力系统提供重要支撑，推动保障电力安全、新能源消纳、系统稳定的适应新政策的煤机，燃煤机组灵活性改造势在必行，深度调峰，灵活性改造具有现实意义。

1 新时代燃煤机组灵活性改造的意义

1.1 新时代燃煤机组灵活性改造政策背景

习近平总书记向世界宣布“我国二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取在2060年前实现碳中和”，展示了我国坚持绿色低碳发展、积极应对气候变化的坚定决心和大国担当。我国低碳转型进入新的加速期。“双碳”目标下，能源系统将发生深刻转型变革，未来将构建以新能源为主体的“清洁低碳、安全高效”的新型电力系统。

“双碳”目标的提出，更是给中国能源转型制订了时间表，传统火电企业面临着越来越大的生存压力。火电企业一方面做优增量，大力发展新能源，拓展民生工程，向综合能源服务型企业转型，另一方面深挖节能改造潜力、灵活性改造提上日程。“十四五”政策规定，应严格执行国家有关标准，确保完成灵活性改造为预期性目标，需结合市场机制、电价政策等保障措施力争完成。

1.2 新时代发电能源结构

2015年10月，习近平总书记在党的十八届五中全会上提出了创新、协调、绿色、开放、共享的发展理念。在新发展理念指引下，我国电力行业在“十三五”期间发生了深刻变化，火电装机容量不断增加的同时也伴随着装机比例的不断下降，光伏、风机、核电、水电等新能源与火电的竞争关系不断加深。2015年—2020年，我国火电装机占比由65.56%降至56.58%，清洁能源消费占比由18%上升至24.3%。

大幅提高非化石电力比例，将显著增大电力系统供给和消费的不确定性，影响电力系统的安全稳定。目前，我国电力发展仍然存在新能源消纳困难、灵活调节电源不足、跨区输电配套电源建设滞后、局部地区季节性电力供需偏紧、大电网安全运行风险复杂、社会用能效率总体偏低等发展不平衡、不充分的问题。

1.3 新时代燃煤机组灵活性改造的意义

推动保障电力安全、新能源消纳、系统稳定的适应新政策的煤机，燃煤机组灵活性改造势在必行，深度调峰，灵活性改造具有现实意义。

大型燃煤机组将遇到日益增长的调峰任务的要求；未来燃料价格和燃料限制，将促使现时设计作为基本负荷运行的燃煤机组，有调峰任务的要求；发电行业无法从能量储藏、负荷管理或者其他负荷形式的变化上，来设法消除对燃煤机组作为调峰的要求。所以，对于燃煤机组比例较大的国家，燃煤机组参与调峰是不可避免的。

由于风电、光伏发电具有随机性、间歇性较强的特点，其大规模并网给电网的安全稳定运行带来了负面影响。为提高可再生能源的消纳能力，承担着全国70%以上发电电量的火电机组须承担电网的调峰任务。受电厂煤质、设备等的影响，目前我国火电机组纯凝工况调峰能力普遍只有40%～50%，供热工况下调峰能力更是低至30%左右。根据国家能源局发布的数据，2016年我国弃风总电量为497亿 kW·h，直接经济损失200多亿元人民币。因此，在我国抽水蓄能发电机组、燃气机组占比较小的现状下，为响应国家号召，提高机组的适应电网负荷调峰运行需要，提高机组上网竞争力和盈利能力，开展存量燃煤机组的灵活性改造，提高其深度调峰能力，显得尤为必要。

2 新时代燃煤机组灵活性改造的现状与问题

2.1 电网调峰政策不明朗

对于燃煤机组，若实施灵活性改造参与深度调峰辅助服务，可根据调峰深度不同，获取一定的补偿收益，但目前调峰政策不明朗，调峰政策未落地，均处于政策试行阶段。按投资收益计算，调峰政策不明朗，调峰政策未落地，收益则无法计算，直接影响各燃煤机组，各产业集团投资，事实造成燃煤机组灵活性改造的滞后。

2.2 灵活性改造配套并网新能源政策未落地

两部委及各省市均出台了“煤电节能降耗及灵活性改造”或“推进火电灵活性改造促进市场化消纳新能源”等政策，但灵活性改造配套并网新能源政策落地需要一定时间，对燃煤机组灵活性改造形成影响。

3 新时代燃煤机组灵活性改造方法及评价

3.1 新时代燃煤机组灵活性改造前试验摸底

为保障灵活性改造可靠性，可依据性，需要对现有机组(包头第三热电厂2×300 MW机组)进行摸底测试试验。首先进行深度调峰摸底测试试验，寻找机组当前设备水平下的最低运行负荷及制约低负荷运行的相关因素，为后续技术改造方案提供基础和支持；其次，根据摸底测试试验的结果，制定相应的改造方案。对摸底试验中出现的相应问题，采用燃烧调整、运行优化等试验调整手段来解决，优化低负荷运行控制模式，最大限度发掘机组设备潜力，减少改造工程量。

结合燃煤机组设备和运行状况，结合燃煤机组的设备特点，对试验燃煤机组开展了低负荷稳燃摸底与调整试验，试验结果表明：锅炉在25%额定负荷稳燃试验期间，主要特征参数比较平稳，表明锅炉运行较为稳定，其间现场看火，炉内火焰较为明亮，燃烧稳定，火检强度较为平稳。在试验期间煤质下，投运AB磨煤机，试验燃煤机组锅炉具有25%额定负荷的稳燃能力。机组在25%额定负荷稳燃试验期间，汽轮机高调门始终保持由顺序阀运行方式，前两个高调门CV1和CV2开启参与调节，CV3和CV4保持关闭，试验期间机组轴振瓦温正常。各高、低压加热器运行情况正常，加热器性能在正常范围。3号至除氧器正常疏水调门切手动至全开，存在低负荷疏水不畅问题。其余各高压加热器水位控制正常，正常疏水及危急疏水正常；低压加热器水位控制正常。试验燃煤机组汽轮机设备运行总体良好。

3.2 新时代燃煤机组灵活性改造方案

为适应机组灵活性调峰运行的需要，提升机组深度调峰运行的能力，需要对试验燃煤机组分别在锅炉、汽机和控制等方面开展如下工作：①锅炉方面改造项目有：SCR脱硝灵活性改造、燃烧器稳燃改造、双燃料原煤仓改造、磨煤机管道入口风量测量装置改造、炉膛火焰监测改造、动态分离器改造、送引风机试验与改造可研及改造后燃烧优化调整试验；②汽机方面改造项目有：深度调峰配气及滑压运行优化、冷端系统运行优化、主要辅机运行特性试验、叶片安全性校核或动应力试验、防水蚀喷涂、加热器热力系统疏水优化；③控制方面改造项目有：宽负荷调峰自动控制优化技术、宽负荷调峰联锁保护优化、凝结水节流辅助负荷调节技术、供热、真空耦合辅助负荷调节技术、高低旁辅助负荷调节技术、宽负荷NOx指标。

3.3 新时代燃煤机组灵活性改造评价

以上灵活性改造方案通过试验燃煤机组优化试验及改造后，将进一步提高机组运行的安全性与经济性，依据可行性研究报告，对试验燃煤机组(以300 MW机组为例)单机静态总投资约4 000万元。机组年运行费用约2 000万元(以内蒙古包头地区为例，包括检修维护成本及保险费)。年深度调峰补偿收益可达1 300万元(以内蒙古地区现行调峰政策为例计算)，改造后净收益约800万元/年，综合投资回收期6年。可见燃煤机组灵活性改造具有显著的社会效益和经济效益。

4 结束语

为深入贯彻习近平生态文明思想，完整、准确、全面贯彻新发展理念，处理好发展和减排、整体和局部、短期和中长期的关系，新时代“双碳”目标下，加快能源转型步伐，加快能源革命，响应“十四五”规划，推动燃煤机组实施灵活性改造。通过实施上述燃煤机组灵活性改造，可以提高机组深度调峰能力，为电网消纳风电、太阳能等新能源的负荷波动释放了调节空间，利于缓解弃风、弃光问题，提高新能源机组的利用率，将进一步降低煤电机组能耗，提升灵活性和调节能力，提高清洁高效水平，促进电力行业清洁低碳转型，助力全国碳达峰、碳中和目标如期实现。