中國儲能網(wǎng)訊：近年來，新能源發(fā)電迅猛發(fā)展，煤電機(jī)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(jī)性、間歇性較強(qiáng)，其大規(guī)模入網(wǎng)對電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行和電力可靠供應(yīng)的挑戰(zhàn)日益嚴(yán)峻，“雙碳”目標(biāo)下的電力系統(tǒng)調(diào)峰壓力與日俱增。煤電機(jī)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(yùn)行、助力實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要舉措。
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(fù)荷峰谷差較大影響，導(dǎo)致各火電廠降出力，發(fā)電機(jī)組超過基本調(diào)峰范圍進(jìn)行調(diào)峰的一種運(yùn)行方式，即煤電機(jī)組的鍋爐最低穩(wěn)燃能力達(dá)到的比例。一般深度調(diào)峰的負(fù)荷率多為40%～30%。若一臺600兆瓦的燃煤發(fā)電機(jī)組進(jìn)行40%負(fù)荷率的深度調(diào)峰，功率從600兆瓦變成了240兆瓦，機(jī)組負(fù)荷下降了360兆瓦，其調(diào)峰深度為60%。機(jī)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(fù)荷調(diào)峰，還可以進(jìn)行30%負(fù)荷調(diào)峰，甚至20%負(fù)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(jī)組能夠安全、平穩(wěn)、高效地升降負(fù)荷，且降至的負(fù)荷越低說明機(jī)組的深度調(diào)峰能力越強(qiáng)?！凹夥屙?shù)蒙?、低谷壓得下”，這就是深度調(diào)峰最強(qiáng)機(jī)組。
為何“深調(diào)”
深度調(diào)峰的目的在于平抑新能源隨機(jī)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(kuò)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(jī)組可通過改變出力工況來適應(yīng)負(fù)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(diǎn)，煤電機(jī)組深度調(diào)峰運(yùn)行將成為常態(tài)。
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(jī)組頻繁啟動及大范圍負(fù)荷變動，機(jī)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(fù)荷運(yùn)行時的能耗較高、經(jīng)濟(jì)性較差，排放的污染物遠(yuǎn)高于基本負(fù)荷運(yùn)行時的排放量。在這種工況下，機(jī)組壽命和燃料損耗同步增多，直接影響機(jī)組運(yùn)行的安全性、環(huán)保性和經(jīng)濟(jì)性。
安全風(fēng)險
深度調(diào)峰意味著電廠降低出力，發(fā)電機(jī)組低于基本調(diào)峰范圍。需要煤電機(jī)組頻繁快速變負(fù)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(jī)及主管道性能劣化，汽輪機(jī)被腐蝕等，造成發(fā)電機(jī)組主設(shè)備故障及安全風(fēng)險。
我國推進(jìn)煤電機(jī)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(jī)組，甚至一部分超超臨界機(jī)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(fù)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(yùn)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(fù)荷高煤耗。隨著機(jī)組負(fù)荷率的下降，機(jī)組發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗先緩慢升高，后迅速升高，在機(jī)組負(fù)荷率為20%時，相比100％負(fù)荷發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗增大達(dá)70克/千瓦時以上。在低負(fù)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(jìn)而影響鍋爐效率，使發(fā)電煤耗進(jìn)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(fù)荷越低，偏離的程度越大，機(jī)組效率下降程度越嚴(yán)重。低負(fù)荷運(yùn)行使機(jī)組熱耗增加、鍋爐子系統(tǒng)和汽輪機(jī)子系統(tǒng)效率下降，這也是機(jī)組發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗隨著負(fù)荷的下降逐漸增大的本質(zhì)原因，對機(jī)組的經(jīng)濟(jì)運(yùn)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(jìn)入超低負(fù)荷運(yùn)行。為保證鍋爐持續(xù)燃燒不滅火，僅靠傳統(tǒng)強(qiáng)化燃燒的燃燒器已不能滿足低負(fù)荷穩(wěn)燃的要求，需要燃油系統(tǒng)做好準(zhǔn)備。使用大油槍穩(wěn)燃又會大幅提升發(fā)電廠的運(yùn)行成本，并帶來粉塵排放超標(biāo)的問題。
供熱機(jī)組熱電解耦。熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組以熱定電、熱電耦合，供熱季電力調(diào)峰能力極差；在進(jìn)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(fù)荷。供熱機(jī)組深度調(diào)峰所面臨的主要問題是如何進(jìn)一步提高供熱能力，并降低用電負(fù)荷。
煤電深調(diào)雷區(qū)可破
靈活改造、因機(jī)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(jìn)行靈活性改造是當(dāng)前電源供給側(cè)改革經(jīng)濟(jì)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(jī)組自身的運(yùn)行特性、調(diào)峰目標(biāo)、項目投資等綜合因素，在保證機(jī)組低負(fù)荷安全穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，選擇切實(shí)可行、高性價比的改造方案，主要通過對機(jī)組精細(xì)化管理和設(shè)備系統(tǒng)深度挖潛，對鍋爐、汽輪機(jī)、輔機(jī)、供熱、控制系統(tǒng)等多個方面實(shí)施優(yōu)化調(diào)整與技術(shù)改造，提高機(jī)組負(fù)荷變化速率，達(dá)到科學(xué)深調(diào)。
鍋爐穩(wěn)燃優(yōu)化調(diào)整。機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)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(jī)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(jī)投運(yùn)方式，以保證煤粉濃度與細(xì)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(jī)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(biāo)準(zhǔn)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(yùn)暖風(fēng)器進(jìn)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(fù)荷穩(wěn)定燃燒，滿足機(jī)組寬負(fù)荷調(diào)整。
汽輪機(jī)安全運(yùn)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(jī)側(cè)的機(jī)前壓力調(diào)整。操作員要熟知機(jī)組的閥門調(diào)節(jié)特性，嚴(yán)格按照滑壓曲線來維持機(jī)前壓力，保證汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)性能在最佳狀態(tài)，同時減負(fù)荷過程中嚴(yán)密監(jiān)視汽輪機(jī)本體振動、軸向位移、差脹等各參數(shù)是否正常。
對機(jī)組運(yùn)行而言，應(yīng)關(guān)注高、低加運(yùn)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(jìn)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(jìn)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(jī)汽源切換時，輔汽至小汽輪機(jī)電動門應(yīng)采取間斷開啟方式進(jìn)行，并注意檢查小汽輪機(jī)進(jìn)汽調(diào)門動作正常，小汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速、流量穩(wěn)定，做好備用聯(lián)啟的準(zhǔn)備，防止輔汽、四抽在切換過程中串汽，造成小汽輪機(jī)不出力導(dǎo)致給水流量低保護(hù)動作。
機(jī)組減負(fù)荷過程中還應(yīng)嚴(yán)密關(guān)注給水泵的運(yùn)行情況，視實(shí)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(yán)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(dá)到穩(wěn)定給水的目的。
密切關(guān)注汽溫調(diào)節(jié)，“干態(tài)”運(yùn)行過程中及時調(diào)整水煤比，加強(qiáng)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(fù)荷下 SCR 反應(yīng)器脫硝投運(yùn)溫度偏低問題進(jìn)行寬負(fù)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(dá)到提高進(jìn)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(dá)到提高 SCR 入口煙溫的目的。
熱電解耦靈活改造。由于供熱機(jī)組“以熱定電”的運(yùn)行方式，在考慮經(jīng)濟(jì)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(yán)密性好的關(guān)斷閥門，機(jī)組運(yùn)行中關(guān)閉導(dǎo)汽管上閥門，低壓缸不進(jìn)汽，切除低壓缸運(yùn)行，中壓缸排汽基本上全部對外供熱，實(shí)現(xiàn)機(jī)組抽凝運(yùn)行和背壓運(yùn)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(jī)組循環(huán)水，充分利用機(jī)組排汽汽化潛熱，將冷源損失降低為零，從而提高機(jī)組循環(huán)熱效儲能技術(shù)。在保證機(jī)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(fù)荷需求實(shí)時連續(xù)調(diào)整，響應(yīng)速率快、運(yùn)行較靈活，電負(fù)荷甚至可降至零，達(dá)到機(jī)組深調(diào)極致。在滿足外網(wǎng)熱負(fù)荷的同時，滿足用電負(fù)荷調(diào)節(jié)需求，實(shí)現(xiàn)真正意義上的“熱電解耦”。
煤電機(jī)組在充分考慮鍋爐、汽輪機(jī)、輔機(jī)、供熱系統(tǒng)等安全運(yùn)行，加強(qiáng)協(xié)調(diào)控制，避免機(jī)爐主控超調(diào)的基礎(chǔ)上，通過靈活性改造來實(shí)現(xiàn)深調(diào)能力、自動控制水平、低負(fù)荷經(jīng)濟(jì)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(yùn)行、節(jié)能經(jīng)濟(jì)
煤電機(jī)組的調(diào)峰運(yùn)行方式最常見的有“均等低負(fù)荷運(yùn)行”和“啟停兩班制運(yùn)行”。
機(jī)組的供電煤耗隨著負(fù)荷的降低大幅度升高。若采用均等低負(fù)荷調(diào)峰方式，當(dāng)夜間負(fù)荷降至低谷時，機(jī)組的煤耗將大幅度增加，長時間低負(fù)荷運(yùn)行顯然是不經(jīng)濟(jì)的。啟停兩班制運(yùn)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(jī)組的煤電廠，如果較長時間負(fù)荷率較低，在全廠負(fù)荷不變的前提下，啟停兩班制具有顯著的經(jīng)濟(jì)性，且機(jī)組數(shù)越多、機(jī)組容量越大、調(diào)峰時間越長，經(jīng)濟(jì)效益越顯著。
啟停兩班制調(diào)峰運(yùn)行方式有一個臨界時間。當(dāng)?shù)拓?fù)荷時間大于臨界時間，隨著電網(wǎng)負(fù)荷率的下降，機(jī)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(jī)組可能更長時間處于低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)施“啟停兩班制運(yùn)行”方式將更具有節(jié)能經(jīng)濟(jì)的意義。
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(jī)組運(yùn)行的風(fēng)險點(diǎn)，優(yōu)化調(diào)整低負(fù)荷穩(wěn)燃、斷煤處理、環(huán)保指標(biāo)等問題，為機(jī)組深調(diào)常態(tài)化打下堅實(shí)基礎(chǔ)。積極開展低負(fù)荷不投油穩(wěn)燃試驗、性能參數(shù)優(yōu)化、輔機(jī)運(yùn)行改造及精準(zhǔn)配煤等多項舉措，不斷提升設(shè)備響應(yīng)能力和機(jī)組靈活性，真正做到“尖峰頂?shù)蒙?、低谷壓得下、運(yùn)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(fù)荷高峰時段的機(jī)組出力，實(shí)現(xiàn)高峰時段保電量、調(diào)峰時段爭收益的既定目標(biāo)。
加強(qiáng)管理，強(qiáng)化治理。煤電企業(yè)細(xì)化深調(diào)運(yùn)行分析，探索深調(diào)運(yùn)行管理機(jī)制。堅持以技術(shù)監(jiān)督為中心，主導(dǎo)機(jī)組全壽命管理；以問題為導(dǎo)向，實(shí)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(qiáng)機(jī)組運(yùn)維管理，持續(xù)優(yōu)化運(yùn)行方式，提高監(jiān)盤質(zhì)量，做到勤分析、勤調(diào)整，提高機(jī)組安全邊界；強(qiáng)化設(shè)備巡檢力度與質(zhì)量，嚴(yán)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(yùn)維人員技能水平，保障機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。
精準(zhǔn)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(jī)組靈活性和深調(diào)能力，使機(jī)組全過程 AGC 模式、鍋爐干態(tài)運(yùn)行、不需要投油助燃，加減負(fù)荷速率等性能指標(biāo)滿足電網(wǎng)要求，安全性、環(huán)保性、經(jīng)濟(jì)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(jìn)行風(fēng)險研判。根據(jù)市場導(dǎo)向進(jìn)行深度挖潛，在保證機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)上，以“度電效益最大化”為原則，開展分項指標(biāo)精細(xì)管控，制定良策精準(zhǔn)報價，持續(xù)尋找新的利潤源，確保機(jī)組精細(xì)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(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。目前，靈活性改造技術(shù)在實(shí)際推廣中缺乏標(biāo)準(zhǔn)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(qiáng)機(jī)組運(yùn)行維護(hù)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(jī)組靈活性改造試點(diǎn)區(qū)域的示范經(jīng)驗，分析輔助服務(wù)市場實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)中存在的問題，完善煤電機(jī)組最小出力技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，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(biāo)準(zhǔn)制定和推進(jìn)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(bǔ)償，深調(diào)就會具備一定的經(jīng)濟(jì)激勵?？紤]到不同容量和機(jī)組類型深調(diào)的補(bǔ)償差異，可以在補(bǔ)償階梯電價中給出一定的低負(fù)荷補(bǔ)償范圍，適當(dāng)提高補(bǔ)償電價，盡量減少發(fā)電企業(yè)因承擔(dān)維護(hù)電網(wǎng)安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行所付出的成本。
政府部門應(yīng)不斷完善輔助服務(wù)補(bǔ)償政策，同時研究改造投資壓力疏導(dǎo)機(jī)制，制定改造補(bǔ)助或優(yōu)惠財稅政策，激勵機(jī)組參與靈活性改造，充分挖掘機(jī)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(jī)制，以價格信號反映資源的稀缺性，進(jìn)而有效激勵發(fā)電側(cè)進(jìn)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(jì)的方式，也是能夠合理優(yōu)化不同機(jī)組輔助費(fèi)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(jī)不確定性及源荷分布的不平衡,需要煤電機(jī)組潛得更深、負(fù)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(jī)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(jī)組深度調(diào)峰和負(fù)荷響應(yīng)速率所帶來的經(jīng)濟(jì)性、安全性及環(huán)保等技術(shù)問題。提升煤電機(jī)組靈活性運(yùn)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(shí)現(xiàn)電力綠色轉(zhuǎn)型的必要選擇。
本文刊載于《中國電力企業(yè)管理》2023年06期，作者單位：國能國華（北京）分布式能源科技有限責(zé)任公司
