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綱要
煤電深調(diào)勢在必行
何為“深調(diào)”
為何“深調(diào)”
煤電深調(diào)掣肘待解
安全風(fēng)險
能耗挑戰(zhàn)
煤電深調(diào)雷區(qū)可破
靈活改造、因機制宜
擇優(yōu)運行、節(jié)能經(jīng)濟
煤電深調(diào)拭目以待
精耕深調(diào)、砥礪前行
政策幫扶、市場推動
正文
近年來，新能源發(fā)電迅猛發(fā)展，煤電機組產(chǎn)能過剩、發(fā)電利用小時數(shù)逐年下降，煤電在新型電力系統(tǒng)中的定位已由提供電力、電量的主體性電源，向提供可靠性容量、調(diào)峰調(diào)頻等輔助服務(wù)的基礎(chǔ)保障性和系統(tǒng)調(diào)節(jié)性電源轉(zhuǎn)變。由于風(fēng)電、光伏發(fā)電的隨機性、間歇性較強，其大規(guī)模入網(wǎng)對電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行和電力可靠供應(yīng)的挑戰(zhàn)日益嚴峻，“雙碳”目標下的電力系統(tǒng)調(diào)峰壓力與日俱增。煤電機組深度調(diào)峰無疑是提升新能源消納水平、保障電網(wǎng)安全運行、助力實現(xiàn)“雙碳”目標的重要舉措。
一、煤電深調(diào)勢在必行
何為“深調(diào)”
“深度調(diào)峰”就是受電網(wǎng)負荷峰谷差較大影響，導(dǎo)致各火電廠降出力，發(fā)電機組超過基本調(diào)峰范圍進行調(diào)峰的一種運行方式，即煤電機組的鍋爐最低穩(wěn)燃能力達到的比例。一般深度調(diào)峰的負荷率多為40%～30%。若一臺600兆瓦的燃煤發(fā)電機組進行40%負荷率的深度調(diào)峰，功率從600兆瓦變成了240兆瓦，機組負荷下降了360兆瓦，其調(diào)峰深度為60%。機組調(diào)峰前后數(shù)據(jù)的變化反映了調(diào)峰的“深度”。當(dāng)然，除了40%負荷調(diào)峰，還可以進行30%負荷調(diào)峰，甚至20%負荷的深度調(diào)峰。調(diào)峰的數(shù)值越小，深度調(diào)峰的難度也就越大。在規(guī)定時間內(nèi)，火電機組能夠安全、平穩(wěn)、高效地升降負荷，且降至的負荷越低說明機組的深度調(diào)峰能力越強?！凹夥屙?shù)蒙?、低谷壓得下”，這就是深度調(diào)峰最強機組。
為何“深調(diào)”
深度調(diào)峰的目的在于平抑新能源隨機波動、出力不均的特性。當(dāng)新能源在電網(wǎng)中的比例逐漸擴大時，電力系統(tǒng)對調(diào)峰電源容量的需求增大。與新能源等電源相比，煤電機組可通過改變出力工況來適應(yīng)負荷變化，盡可能減少出力，承擔(dān)為高速增長的非化石能源發(fā)電深度調(diào)峰和備用等功能。
目前，全國煤電基本都參與深調(diào)。雖然部分企業(yè)參與的積極性并不高，但更無奈的是，如果不參與很可能“顆粒無收”。煤電單純以發(fā)電為主的傳統(tǒng)經(jīng)營模式難以為繼，“賣電、賣熱、賣服務(wù)”已經(jīng)成為共識，調(diào)峰輔助服務(wù)收益將逐漸成為煤電新的利潤增長點，煤電機組深度調(diào)峰運行將成為常態(tài)。
二、煤電深調(diào)掣肘待解
深度調(diào)峰常被比作“在刀尖上跳舞”。現(xiàn)階段，煤電參與深調(diào)的意愿不足,究其根本是因為煤電機組頻繁啟動及大范圍負荷變動，機組需承受大幅度的溫度變化，導(dǎo)致關(guān)鍵零部件疲勞損傷；低負荷運行時的能耗較高、經(jīng)濟性較差，排放的污染物遠高于基本負荷運行時的排放量。在這種工況下，機組壽命和燃料損耗同步增多，直接影響機組運行的安全性、環(huán)保性和經(jīng)濟性。
安全風(fēng)險
深度調(diào)峰意味著電廠降低出力，發(fā)電機組低于基本調(diào)峰范圍。需要煤電機組頻繁快速變負荷，甚至快速啟停，易產(chǎn)生鍋爐爐膛應(yīng)力變形，分離器等厚壁容器、發(fā)電機及主管道性能劣化，汽輪機被腐蝕等，造成發(fā)電機組主設(shè)備故障及安全風(fēng)險。
我國推進煤電機組深度調(diào)峰的時間較短，技術(shù)、經(jīng)驗積累不足。尤其是大批亞臨界、超臨界機組，甚至一部分超超臨界機組設(shè)計老套，并沒有考慮深度調(diào)峰的需要，因此在調(diào)峰深度、負荷變化速度、啟動速度等方面存在先天不足，安全風(fēng)險和壽命損耗都顯著增加。
能耗挑戰(zhàn)
除了運行“穩(wěn)定關(guān)”，能耗“管控關(guān)”也是煤電深調(diào)的“燙手山芋”。
低負荷高煤耗。隨著機組負荷率的下降，機組發(fā)電標準煤耗先緩慢升高，后迅速升高，在機組負荷率為20%時，相比100％負荷發(fā)電標準煤耗增大達70克/千瓦時以上。在低負荷時鍋爐燃燒狀況若發(fā)生惡化，將對鍋爐的物理燃燒熱損失產(chǎn)生影響，進而影響鍋爐效率，使發(fā)電煤耗進一步升高。
深調(diào)時設(shè)備工況、工質(zhì)參數(shù)偏離設(shè)計值，負荷越低，偏離的程度越大，機組效率下降程度越嚴重。低負荷運行使機組熱耗增加、鍋爐子系統(tǒng)和汽輪機子系統(tǒng)效率下降，這也是機組發(fā)電標準煤耗隨著負荷的下降逐漸增大的本質(zhì)原因，對機組的經(jīng)濟運行造成較大影響。
投油助燃待完善。深調(diào)過程中，隨著煤粉投入量減少，鍋爐已進入超低負荷運行。為保證鍋爐持續(xù)燃燒不滅火，僅靠傳統(tǒng)強化燃燒的燃燒器已不能滿足低負荷穩(wěn)燃的要求，需要燃油系統(tǒng)做好準備。使用大油槍穩(wěn)燃又會大幅提升發(fā)電廠的運行成本，并帶來粉塵排放超標的問題。
供熱機組熱電解耦。熱電聯(lián)產(chǎn)機組以熱定電、熱電耦合，供熱季電力調(diào)峰能力極差；在進行深調(diào)時，供熱壓力會較低，導(dǎo)致供熱回水溫度不滿足要求，影響熱負荷。供熱機組深度調(diào)峰所面臨的主要問題是如何進一步提高供熱能力，并降低用電負荷。
三、煤電深調(diào)雷區(qū)可破
靈活改造、因機制宜
煤電作為深調(diào)主力承受著巨大的調(diào)峰壓力，對其進行靈活性改造是當(dāng)前電源供給側(cè)改革經(jīng)濟性最優(yōu)、效果最顯著的有效途徑。通過不斷地探索、摸索，煤電企業(yè)結(jié)合機組自身的運行特性、調(diào)峰目標、項目投資等綜合因素，在保證機組低負荷安全穩(wěn)定運行的前提下，選擇切實可行、高性價比的改造方案，主要通過對機組精細化管理和設(shè)備系統(tǒng)深度挖潛，對鍋爐、汽輪機、輔機、供熱、控制系統(tǒng)等多個方面實施優(yōu)化調(diào)整與技術(shù)改造，提高機組負荷變化速率，達到科學(xué)深調(diào)。
鍋爐穩(wěn)燃優(yōu)化調(diào)整。機組低負荷運行時，鍋爐風(fēng)壓和氧量維持不宜過大，以免減弱燃燒；磨煤機保持較小的磨風(fēng)量以防發(fā)生振動；可根據(jù)具體情況調(diào)整磨煤機投運方式，以保證煤粉濃度與細度，從而保證鍋爐的穩(wěn)燃性；同時，通過優(yōu)化調(diào)整配風(fēng)、切換至下層磨煤機等方式來降低火焰中心，防止火焰偏斜超溫，必要時升級鍋爐受熱面材質(zhì)，防止長期超溫造成爆管。
在煤質(zhì)滿足摻配煤標準的前提下，盡量燃用低硫煤。開展噴氨優(yōu)化調(diào)整與控制，投運暖風(fēng)器進行熱風(fēng)再循環(huán)或與低溫省煤器聯(lián)合，系統(tǒng)利用煙氣余熱加熱等方式提高空預(yù)器入口風(fēng)溫。這樣，降低氨逃逸率和提高空預(yù)器的冷端綜合溫度來緩解空預(yù)器堵塞和低溫腐蝕。
采用煤氣化深度調(diào)峰技術(shù)，利用煤粉氣化工藝將一部分電廠燃料用煤粉氣化，轉(zhuǎn)化為以 CO、H2為主的煤氣，將煤氣送入鍋爐爐膛，通過煤氣的燃燒來輔助煤粉燃燒，改善煤粉的著火特性，使燃燒器在極低負荷穩(wěn)定燃燒，滿足機組寬負荷調(diào)整。
汽輪機安全運行對策。在深調(diào)過程中，除了鍋爐側(cè)調(diào)整，尤其需要注意汽輪機側(cè)的機前壓力調(diào)整。操作員要熟知機組的閥門調(diào)節(jié)特性，嚴格按照滑壓曲線來維持機前壓力，保證汽輪機的調(diào)節(jié)性能在最佳狀態(tài)，同時減負荷過程中嚴密監(jiān)視汽輪機本體振動、軸向位移、差脹等各參數(shù)是否正常。
對機組運行而言，應(yīng)關(guān)注高、低加運行狀況，如水位無法維持，及時人為干預(yù)，開啟危急疏水閥進行調(diào)整；還需要針對深調(diào)工況做出相關(guān)設(shè)備改造，加大低加疏水管徑，改進和提升高加正常疏水調(diào)節(jié)閥本身的調(diào)節(jié)性能。
在對小汽輪機汽源切換時，輔汽至小汽輪機電動門應(yīng)采取間斷開啟方式進行，并注意檢查小汽輪機進汽調(diào)門動作正常，小汽輪機轉(zhuǎn)速、流量穩(wěn)定，做好備用聯(lián)啟的準備，防止輔汽、四抽在切換過程中串汽，造成小汽輪機不出力導(dǎo)致給水流量低保護動作。
機組減負荷過程中還應(yīng)嚴密關(guān)注給水泵的運行情況，視實際情況將汽泵再循環(huán)調(diào)節(jié)閥置合適開度；視凝結(jié)水流量及時開啟凝結(jié)水再循環(huán)調(diào)節(jié)閥，置合適開度。嚴密監(jiān)視低調(diào)前壓力、低調(diào)開度、汽泵轉(zhuǎn)速、流量等參數(shù)是否正常。當(dāng)給水泵流量接近給水泵最小流量閥開啟值時，可提前開啟至固定開度，以達到穩(wěn)定給水的目的。
密切關(guān)注汽溫調(diào)節(jié)，“干態(tài)”運行過程中及時調(diào)整水煤比，加強對分離器出口過熱度的監(jiān)視。
脫硝系統(tǒng)技術(shù)改造。針對低負荷下 SCR 反應(yīng)器脫硝投運溫度偏低問題進行寬負荷脫硝改造，通常有兩種方式：一是省煤器給水置換。在簡單水旁路的基礎(chǔ)上，將部分下降管中工質(zhì)水利用循環(huán)泵打入省煤器入口，達到提高進入省煤器工質(zhì)水溫度的效果，減少省煤器的傳熱溫差，從而提升省煤器出口煙溫；二是省煤器分級。將原省煤器部分拆除，在 SCR 反應(yīng)器前后各設(shè)置一定省煤器受熱面分為兩級省煤器。給水直接引至 SCR 反應(yīng)器后的省煤器，然后通過連接管道再引至位于 SCR 反應(yīng)器前的省煤器，減少省煤器的吸熱量，達到提高 SCR 入口煙溫的目的。
熱電解耦靈活改造。由于供熱機組“以熱定電”的運行方式，在考慮經(jīng)濟投資和靈活性等因素后，需選擇不同的熱電解耦技術(shù)路線參與深調(diào)。
低壓缸零出力技術(shù)：在中低壓缸導(dǎo)汽管上安裝嚴密性好的關(guān)斷閥門，機組運行中關(guān)閉導(dǎo)汽管上閥門，低壓缸不進汽，切除低壓缸運行，中壓缸排汽基本上全部對外供熱，實現(xiàn)機組抽凝運行和背壓運行的自動切換。
高背壓循環(huán)水供熱技術(shù)：將凝汽器改為供熱系統(tǒng)的熱網(wǎng)加熱器，熱網(wǎng)循環(huán)水直接用作機組循環(huán)水，充分利用機組排汽汽化潛熱，將冷源損失降低為零，從而提高機組循環(huán)熱效儲能技術(shù)。在保證機組安全及供熱穩(wěn)定的前提下，持續(xù)優(yōu)化供熱方式，充分發(fā)揮電鍋爐優(yōu)勢，可根據(jù)熱網(wǎng)負荷需求實時連續(xù)調(diào)整，響應(yīng)速率快、運行較靈活，電負荷甚至可降至零，達到機組深調(diào)極致。在滿足外網(wǎng)熱負荷的同時，滿足用電負荷調(diào)節(jié)需求，實現(xiàn)真正意義上的“熱電解耦”。
煤電機組在充分考慮鍋爐、汽輪機、輔機、供熱系統(tǒng)等安全運行，加強協(xié)調(diào)控制，避免機爐主控超調(diào)的基礎(chǔ)上，通過靈活性改造來實現(xiàn)深調(diào)能力、自動控制水平、低負荷經(jīng)濟性的綜合提升，提高了煤電在當(dāng)前發(fā)電形勢下的競爭力。
擇優(yōu)運行、節(jié)能經(jīng)濟
煤電機組的調(diào)峰運行方式最常見的有“均等低負荷運行”和“啟停兩班制運行”。
機組的供電煤耗隨著負荷的降低大幅度升高。若采用均等低負荷調(diào)峰方式，當(dāng)夜間負荷降至低谷時，機組的煤耗將大幅度增加，長時間低負荷運行顯然是不經(jīng)濟的。啟停兩班制運行的啟停損失也不小，當(dāng)?shù)凸葧r間不長時，采用這種調(diào)峰方式也是不合算的。
對于擁有多臺機組的煤電廠，如果較長時間負荷率較低，在全廠負荷不變的前提下，啟停兩班制具有顯著的經(jīng)濟性，且機組數(shù)越多、機組容量越大、調(diào)峰時間越長，經(jīng)濟效益越顯著。
啟停兩班制調(diào)峰運行方式有一個臨界時間。當(dāng)?shù)拓摵蓵r間大于臨界時間，隨著電網(wǎng)負荷率的下降，機組利用小時數(shù)持續(xù)下降，電廠深調(diào)已不局限于晝夜峰谷差，機組可能更長時間處于低負荷運行狀態(tài)，實施“啟停兩班制運行”方式將更具有節(jié)能經(jīng)濟的意義。
四、煤電深調(diào)拭目以待
精耕深調(diào)、砥礪前行
優(yōu)化調(diào)整，多措并舉。煤電企業(yè)應(yīng)針對深調(diào)工況，全面深入分析機組運行的風(fēng)險點，優(yōu)化調(diào)整低負荷穩(wěn)燃、斷煤處理、環(huán)保指標等問題，為機組深調(diào)常態(tài)化打下堅實基礎(chǔ)。積極開展低負荷不投油穩(wěn)燃試驗、性能參數(shù)優(yōu)化、輔機運行改造及精準配煤等多項舉措，不斷提升設(shè)備響應(yīng)能力和機組靈活性，真正做到“尖峰頂?shù)蒙?、低谷壓得下、運行穩(wěn)得住”，既保證深調(diào)期間鍋爐穩(wěn)燃的安全紅線，又保證負荷高峰時段的機組出力，實現(xiàn)高峰時段保電量、調(diào)峰時段爭收益的既定目標。
加強管理，強化治理。煤電企業(yè)細化深調(diào)運行分析，探索深調(diào)運行管理機制。堅持以技術(shù)監(jiān)督為中心，主導(dǎo)機組全壽命管理；以問題為導(dǎo)向，實施精益檢修管理；緊盯深調(diào)短板，注重設(shè)備綜合治理。加強機組運維管理，持續(xù)優(yōu)化運行方式，提高監(jiān)盤質(zhì)量，做到勤分析、勤調(diào)整，提高機組安全邊界；強化設(shè)備巡檢力度與質(zhì)量，嚴格開展設(shè)備消缺治理，緊抓消缺及時率，規(guī)范缺陷處理流程，做到早發(fā)現(xiàn)、早處理，提升設(shè)備健康水平。同時，開展專項培訓(xùn)，提升運維人員技能水平，保障機組安全經(jīng)濟運行。
精準研判，精益求精。通過積極推動“三改聯(lián)動”、供熱耦合調(diào)峰，拓展機組靈活性和深調(diào)能力，使機組全過程 AGC 模式、鍋爐干態(tài)運行、不需要投油助燃，加減負荷速率等性能指標滿足電網(wǎng)要求，安全性、環(huán)保性、經(jīng)濟性均得到驗證。
煤電企業(yè)緊盯現(xiàn)貨交易等政策規(guī)則及輔助服務(wù)市場行情，積極參與調(diào)峰輔助服務(wù)市場競價，不斷進行風(fēng)險研判。根據(jù)市場導(dǎo)向進行深度挖潛，在保證機組安全穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)上，以“度電效益最大化”為原則，開展分項指標精細管控，制定良策精準報價，持續(xù)尋找新的利潤源，確保機組精細調(diào)峰、效益調(diào)峰最大化。
政策幫扶、市場推動
單純依靠煤電自力拯救并不能完美解決問題，政企通力合作才是關(guān)鍵。
制定技術(shù)標準規(guī)范。目前，靈活性改造技術(shù)在實際推廣中缺乏標準化、規(guī)范化和科學(xué)化的技術(shù)參考，政府相關(guān)部門須做好靈活性改造技術(shù)路線規(guī)劃，加強機組運行維護和壽命管理、檢驗維修等指導(dǎo)工作。不斷總結(jié)國內(nèi)不同類型煤電機組靈活性改造試點區(qū)域的示范經(jīng)驗，分析輔助服務(wù)市場實際運轉(zhuǎn)中存在的問題，完善煤電機組最小出力技術(shù)標準，科學(xué)核定煤電深調(diào)能力，盡快開展靈活性調(diào)峰相關(guān)政策、標準制定和推進工作。
完善輔助服務(wù)政策?，F(xiàn)階段，如果峰谷價差足夠大，能夠給予發(fā)電企業(yè)足夠的補償，深調(diào)就會具備一定的經(jīng)濟激勵?？紤]到不同容量和機組類型深調(diào)的補償差異，可以在補償階梯電價中給出一定的低負荷補償范圍，適當(dāng)提高補償電價，盡量減少發(fā)電企業(yè)因承擔(dān)維護電網(wǎng)安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟運行所付出的成本。
政府部門應(yīng)不斷完善輔助服務(wù)補償政策，同時研究改造投資壓力疏導(dǎo)機制，制定改造補助或優(yōu)惠財稅政策，激勵機組參與靈活性改造，充分挖掘機組深調(diào)潛力。
現(xiàn)貨市場推動深調(diào)。在成熟的電力市場中，借助容量市場機制，以價格信號反映資源的稀缺性，進而有效激勵發(fā)電側(cè)進行改造。通過現(xiàn)貨市場不同區(qū)域、不同時序的價格信號，引導(dǎo)市場主體在高峰和低谷時段主動調(diào)整出力，是優(yōu)化配置資源最經(jīng)濟的方式，也是能夠合理優(yōu)化不同機組輔助費用、降低終端用戶電價的重要舉措。
隨著新能源發(fā)電并網(wǎng)持續(xù)增加，新能源出力的隨機不確定性及源荷分布的不平衡,需要煤電機組潛得更深、負荷變化更快、啟動更迅速靈活。在構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的過程中，煤電機組既作為電力供應(yīng)的安全底線，又作為我國主要的調(diào)峰電源，面臨著機組深度調(diào)峰和負荷響應(yīng)速率所帶來的經(jīng)濟性、安全性及環(huán)保等技術(shù)問題。提升煤電機組靈活性運行能力、挖掘其深度調(diào)峰潛力，不僅是解決當(dāng)前新能源消納困境的有效途徑，同時也是提升電力系統(tǒng)綜合調(diào)節(jié)能力、延續(xù)煤電企業(yè)生命周期、實現(xiàn)電力綠色轉(zhuǎn)型的必要選擇。
