中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：為高質(zhì)量實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，國(guó)家電網(wǎng)積極構(gòu)建清潔低碳、安全可控、靈活高效、智能友好、開(kāi)放互動(dòng)的新型電力系統(tǒng)?！熬G電”的建設(shè)并非一蹴而就，新型電力系統(tǒng)中除了“綠電”外，還有一部分“碳電”（即生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生二氧化碳的電力，主要包含燃用煤、油、天然氣等化石燃料生產(chǎn)的電能）。“碳電”因其穩(wěn)定可靠、靈活可控的特性，能平抑新能源大規(guī)模接入產(chǎn)生的波動(dòng)性和隨機(jī)性，保障新能源消納和電網(wǎng)穩(wěn)定，對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)起著“壓艙石”作用。
截至目前，“碳電”仍扮演主力電源的角色。至2021年底，浙江電網(wǎng)“碳電”裝機(jī)6330萬(wàn)千瓦，占全口徑裝機(jī)容量的57.8%，全年消費(fèi)“碳電”3035億千瓦時(shí)（不含省外送入），占全社會(huì)用電量的55.1%。
建設(shè)新型電力系統(tǒng)，如何實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的脫碳很關(guān)鍵。一方面，需要大力推進(jìn)“綠電”對(duì)“碳電”的替代；另一方面，要積極尋求“碳電”的革新升級(jí)，持續(xù)降低其生產(chǎn)單位度電的二氧化碳排放量，提高靈活調(diào)節(jié)能力，促進(jìn)電網(wǎng)安全保供。
增容挖潛，當(dāng)好保供“壓艙石”
2021年7月，浙江電網(wǎng)全社會(huì)最高用電負(fù)荷突破1億千瓦，最高達(dá)到10022萬(wàn)千瓦，全社會(huì)用電需求保持高位增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。隨著“雙碳”目標(biāo)的提出，省外清潔能源逐漸“惜售”，而新增的風(fēng)電、光伏等新能源受天氣影響，具有不確定性，電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型面臨著保供與低碳的雙重壓力。
針對(duì)上述問(wèn)題，“碳電”需要充分發(fā)揮其穩(wěn)定可控的優(yōu)勢(shì)，深入挖掘供電潛力?！疤茧姟睓C(jī)組基于安全考慮，設(shè)計(jì)的最大出力相比核定的額定發(fā)電容量有一定的裕度。因此可對(duì)“碳電”機(jī)組進(jìn)行增容改造，通過(guò)提高汽輪機(jī)通流能力和蒸汽參數(shù)，挖掘輔機(jī)的富余容量，突破“碳電”機(jī)組的最大供電能力。
為保證機(jī)組的運(yùn)行安全，還需對(duì)增容后機(jī)組開(kāi)展一系列試驗(yàn)，例如出力能力驗(yàn)證試驗(yàn)、發(fā)電機(jī)溫升試驗(yàn)、發(fā)電機(jī)進(jìn)相試驗(yàn)、電力系統(tǒng)穩(wěn)定器參數(shù)整定試驗(yàn)等，全面檢測(cè)“碳電”機(jī)組增容后的出力能力、設(shè)備運(yùn)行健康狀況以及適應(yīng)電網(wǎng)的調(diào)節(jié)性能。截至2022年3月底，浙江電網(wǎng)燃煤機(jī)組已完成增容提效改造47臺(tái)，總計(jì)為電網(wǎng)增加1975兆瓦容量。
技術(shù)人員在紹興開(kāi)展護(hù)網(wǎng)保供專(zhuān)項(xiàng)行動(dòng)｜彭程遠(yuǎn) 攝
除增容改造外，還可通過(guò)優(yōu)化燃燒、檢修和消缺等策略提升“碳電”機(jī)組的供電潛力。在燃燒策略上，加強(qiáng)機(jī)組的運(yùn)行管理和燃料調(diào)配，在負(fù)荷需求高峰時(shí)，通過(guò)調(diào)配、燃用高熱值的煤種使機(jī)組“吃得好”、“產(chǎn)得高”。在檢修和消缺策略上，根據(jù)機(jī)組的檢修周期和故障缺陷等級(jí)，結(jié)合電網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測(cè)，合理安排機(jī)組檢修消缺計(jì)劃，在保證電力供應(yīng)的同時(shí)，做到“應(yīng)修盡修、修必修好”，深入挖掘發(fā)電潛力，提升發(fā)用電平衡水平。
以浙江為例，浙江省能監(jiān)辦、國(guó)網(wǎng)浙江電力建立了“碳電”機(jī)組保供工作機(jī)制，開(kāi)展提升全省電力保供能力的護(hù)網(wǎng)保供專(zhuān)項(xiàng)行動(dòng)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)專(zhuān)項(xiàng)檢查，助力“碳電”機(jī)組進(jìn)行燃燒、檢修等策略?xún)?yōu)化。2021年9月至11月，該項(xiàng)行動(dòng)的實(shí)施有效挖掘了相關(guān)機(jī)組供電潛力，增加供電負(fù)荷150萬(wàn)千瓦以上，保障了浙江電網(wǎng)供電安全。
降碳提效，減碳進(jìn)行時(shí)
“碳電”在保供的同時(shí)需兼顧低碳，這就需要通過(guò)對(duì)相關(guān)機(jī)組的碳排放量進(jìn)行監(jiān)測(cè)和分析，采取針對(duì)性的減碳措施。
國(guó)網(wǎng)浙江電力聯(lián)合各發(fā)電企業(yè)開(kāi)發(fā)了“火電機(jī)組節(jié)能減碳分析平臺(tái)”“火電機(jī)組節(jié)能減排與煙氣排放數(shù)據(jù)平臺(tái)”，開(kāi)展煤電機(jī)組能效和碳排放動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，推進(jìn)碳排放分析數(shù)字化與智能化升級(jí)，實(shí)現(xiàn)浙江煤電碳排放因子動(dòng)態(tài)分析。
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提高能源利用率是針對(duì)“碳電”機(jī)組提效減碳的常見(jiàn)措施之一?！疤茧姟睓C(jī)組變頻改造、供熱改造等可提高能源的利用率。
變頻改造是指在機(jī)組輔機(jī)上加裝變頻器調(diào)速控制出力，使輔機(jī)始終運(yùn)行在最高效率點(diǎn)，節(jié)約用能。供熱改造可通過(guò)抽汽供熱方式向周邊的熱用戶(hù)提供熱能，既可避免多余的蒸汽在機(jī)組內(nèi)發(fā)生能耗損失，又可替代周邊效率低下的燃煤小鍋爐進(jìn)行供熱，提升工業(yè)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)性，降低工業(yè)園區(qū)二氧化碳及污染物的排放。
據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，從2012年至2021年，經(jīng)過(guò)改造，浙江省“碳電”機(jī)組每度電的碳排放量累計(jì)下降37.10克。以2021年全省“碳電”發(fā)電量3035億千瓦時(shí)計(jì)算，一年減排二氧化碳1126萬(wàn)噸，節(jié)能減碳效果顯著。
參與深度調(diào)峰，靈活新業(yè)態(tài)
隨著新能源的大規(guī)模接入，能源供求格局和結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，用電峰谷差不斷拉大。2016年，浙江電網(wǎng)年最大峰谷差為2257萬(wàn)千瓦，2021年最大峰谷差達(dá)到3450.3萬(wàn)千瓦，年均增長(zhǎng)率達(dá)8.9%，電網(wǎng)調(diào)峰面臨挑戰(zhàn)。
由于新能源發(fā)電的強(qiáng)波動(dòng)性、間歇性和隨機(jī)性，電力系統(tǒng)源荷特性呈現(xiàn)高度概率化、運(yùn)行場(chǎng)景多樣化特征。在需全額消納清潔能源及儲(chǔ)能容量有限的背景下，針對(duì)電網(wǎng)調(diào)峰問(wèn)題，需要大容量出力穩(wěn)定且實(shí)時(shí)可控的電力能源深度參與，“碳電”成為首選。
“碳電”主要是通過(guò)開(kāi)展靈活性改造，挖掘深度調(diào)峰和快速響應(yīng)能力，做到“隨時(shí)上得去，隨時(shí)下得來(lái)”。實(shí)現(xiàn)在“綠電”大容量并網(wǎng)時(shí)，“碳電”降低出力，為“綠電”讓路；在“綠電”出力不足時(shí)，“碳電”全面發(fā)力，保證電力供應(yīng)。
增容改造提高了“碳電”“上得去”的上限，但在“下得來(lái)”方面，“碳電”機(jī)組仍有一定的限制。
由于“碳電”是通過(guò)燃燒化石燃料生產(chǎn)電力，若要減少出力需減少燃料的投入。為了保證燃燒的穩(wěn)定性，燃料的投入減少有一定下限，如同煤氣灶臺(tái)關(guān)火，若關(guān)得太小，火苗容易熄滅。
為兼顧燃燒穩(wěn)定性及電網(wǎng)調(diào)節(jié)需求，國(guó)網(wǎng)浙江電科院創(chuàng)新性地提出了采用動(dòng)態(tài)加穩(wěn)態(tài)試驗(yàn)，全面驗(yàn)證機(jī)組深度調(diào)峰能力的方法，確定機(jī)組不助燃最低穩(wěn)燃出力。
2022年4月16日，鎮(zhèn)海電廠(chǎng)2號(hào)機(jī)組深度調(diào)峰工作完成｜劉廣擴(kuò) 攝
截至目前，浙江電網(wǎng)63臺(tái)300兆瓦及以上的“碳電”機(jī)組已完成深度調(diào)峰至40%額定容量的改造。經(jīng)驗(yàn)證，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均滿(mǎn)足電網(wǎng)運(yùn)行和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。改造在未對(duì)機(jī)組進(jìn)行大規(guī)模技改投資的情況下，為浙江電網(wǎng)增加了近4000兆瓦調(diào)峰容量，相當(dāng)于天荒坪和長(zhǎng)龍山兩座抽水蓄能電站的總?cè)萘?，大幅提高了浙江電網(wǎng)運(yùn)行的靈活性和適應(yīng)性。
此外，浙江也在對(duì)不同容量、不同類(lèi)型的機(jī)組深度調(diào)峰至30%額定容量進(jìn)行研究探索，未來(lái)有望做到挖掘更大的調(diào)峰容量。
隨著能源替代戰(zhàn)略逐步調(diào)整、輔助服務(wù)市場(chǎng)機(jī)制逐漸完善以及二次再熱、摻燒生物質(zhì)、耦合儲(chǔ)能及二氧化碳捕集、利用與封存等清潔低碳、靈活高效“碳電”技術(shù)不斷涌現(xiàn)，“碳電”將進(jìn)一步挖掘自身電力價(jià)值。在獲得新發(fā)展機(jī)遇的同時(shí)，“碳電”的變革與升級(jí)也為新型電力系統(tǒng)建設(shè)提供助力。
