中國儲能網(wǎng)訊：在構(gòu)建新型電力系統(tǒng)與實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的進(jìn)程中，高效盤活存量火電資產(chǎn)至關(guān)重要。推動老舊機(jī)組延壽改造，使其從主力發(fā)電轉(zhuǎn)向電網(wǎng)調(diào)節(jié)支撐，是實(shí)現(xiàn)資源集約化利用和經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)的戰(zhàn)略選擇。
當(dāng)前新型電力系統(tǒng)的核心矛盾在于：風(fēng)電、光伏等波動性強(qiáng)、調(diào)節(jié)能力弱的新能源占比激增，導(dǎo)致電網(wǎng)電壓失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)驟升。而傳統(tǒng)火電依賴“以發(fā)電量換電壓”的調(diào)節(jié)方式，存在響應(yīng)慢、設(shè)備損耗加劇、備用機(jī)組頻繁啟停成本高昂等弊端。
在此背景下，提升火電機(jī)組的調(diào)相能力成為破解高比例新能源電網(wǎng)穩(wěn)定難題的關(guān)鍵。調(diào)相能力本質(zhì)是動態(tài)調(diào)整發(fā)電機(jī)工作狀態(tài)以穩(wěn)定電網(wǎng)電壓的技術(shù)，如同為火電機(jī)組裝上了“智能電壓調(diào)節(jié)器”。它能依據(jù)電網(wǎng)電壓實(shí)時(shí)變化，在毫秒級時(shí)間內(nèi)自動增壓或泄壓，近乎零燃料消耗地維持電壓穩(wěn)定。這種“低耗能空轉(zhuǎn)”的能力，使火電機(jī)組擺脫了“必須產(chǎn)電才能調(diào)壓”的束縛，為新型電力系統(tǒng)構(gòu)建提供了不可或缺的關(guān)鍵支撐。
對淘汰關(guān)?；痣姍C(jī)組實(shí)施調(diào)相功能改造，能夠?yàn)殡娏ο到y(tǒng)提供動態(tài)無功支撐，對提升電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定性、提高國有資產(chǎn)利用效率、落實(shí)關(guān)停火電廠人員安置、節(jié)約全社會用電成本具有重要意義。目前，火電機(jī)組調(diào)相功能改造處于探索初期，需要優(yōu)選改造方案和應(yīng)用場景，明確成本疏導(dǎo)機(jī)制。
火電機(jī)組調(diào)相功能改造可作為火電轉(zhuǎn)型的重要路徑
調(diào)相機(jī)是保障電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定的重要手段
新型電力系統(tǒng)中，作為系統(tǒng)的“穩(wěn)壓器”的火電逐步退出，新能源大規(guī)模并網(wǎng)，電力電子設(shè)備廣泛接入，系統(tǒng)的電壓支撐和調(diào)節(jié)能力降低，系統(tǒng)電壓穩(wěn)定問題凸顯。新能源高占比地區(qū)暫態(tài)過電壓問題突出，可能超過設(shè)備高電壓穿越或低電壓穿越的耐受水平，造成新能源大規(guī)模脫網(wǎng)或設(shè)備損壞，制約新能源送出能力。直流輸電對電壓波動的耐受水平低于交流，電壓的小幅波動就可能導(dǎo)致直流換相失敗的故障，進(jìn)而引發(fā)有功和無功功率大幅波動，威脅電網(wǎng)運(yùn)行安全。
調(diào)相機(jī)的無功補(bǔ)償容量大，彌補(bǔ)了靜態(tài)無功補(bǔ)償裝置瞬態(tài)電壓支撐能力不足的短板，可提供全時(shí)間尺度的電壓支撐能力。一是瞬態(tài)方面，在故障發(fā)生導(dǎo)致電壓跌落的幾毫秒到幾十毫秒內(nèi)，可快速釋放無功功率，抑制電壓跌落的幅度和速度。二是暫態(tài)方面，在故障恢復(fù)的幾秒到幾十秒內(nèi)，可提供超過調(diào)相機(jī)額定容量1.5倍甚至更多的無功支撐。三是穩(wěn)態(tài)方面，實(shí)現(xiàn)無功連續(xù)調(diào)節(jié)，可提供感性和容性無功。
火電機(jī)組調(diào)相功能改造的綜合效益突出
通過對火電機(jī)組實(shí)施調(diào)相功能改造，可以發(fā)揮巨大的安全、經(jīng)濟(jì)、社會等綜合效益。
一是可以提供電壓支撐和轉(zhuǎn)動慣量，在保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行方面作出積極貢獻(xiàn)。退役關(guān)停機(jī)組轉(zhuǎn)變?yōu)檎{(diào)相運(yùn)行模式后，可以保持局部電壓支撐能力，并可向系統(tǒng)提供慣量，提高系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定和頻率穩(wěn)定水平。
二是可以降低能源轉(zhuǎn)型發(fā)展的系統(tǒng)成本，節(jié)約全社會用電成本。依據(jù)運(yùn)行模式，可分為單一調(diào)相運(yùn)行、發(fā)電和調(diào)相離線切換運(yùn)行、發(fā)電和調(diào)相在線切換運(yùn)行三種改造方案，改造成本均遠(yuǎn)低于新建調(diào)相機(jī)成本。
三是可以提高退役國有資產(chǎn)利用率，激發(fā)火電企業(yè)經(jīng)營活力。結(jié)合當(dāng)前煤電關(guān)停計(jì)劃與電網(wǎng)特性情況，改造能充分挖掘出退役資產(chǎn)的剩余價(jià)值，提高國有資產(chǎn)的全生命周期利用率，同時(shí)緩解人員安置等壓力。
火電機(jī)組實(shí)施調(diào)相功能改造已有成功應(yīng)用案例
美國Eastlake和Lakeshore電廠完成6臺發(fā)電機(jī)的調(diào)相功能改造，共提供無功容量138.5萬千乏，提高接納區(qū)外來電的能力。墨西哥CTG Universidad電廠，將兩臺汽輪發(fā)電機(jī)進(jìn)行調(diào)相功能改造，共可提供4.2萬千乏（遲相）、-2.8萬千乏（進(jìn)相）的無功容量，發(fā)電模式和調(diào)相模式之間可在線切換。英國Desside電廠將兩臺燃?xì)鈾C(jī)組進(jìn)行調(diào)相功能改造，可以提供300萬千伏安秒的慣量，參與英國國家電網(wǎng)公司的“Stability Pathfinders”計(jì)劃，按用戶需要的慣量進(jìn)行報(bào)價(jià)、提供服務(wù)，2021年平均價(jià)格為2歐元/萬千伏安秒/小時(shí)。
火電機(jī)組調(diào)相功能改造的適用場景
根據(jù)國家發(fā)改委、國家能源局印發(fā)的《全國煤電機(jī)組改造升級實(shí)施方案》（發(fā)改運(yùn)行〔2021〕1519號）要求，淘汰關(guān)停的煤電機(jī)組“關(guān)而不拆”，原則上全部創(chuàng)造條件轉(zhuǎn)為應(yīng)急備用和調(diào)峰電源?！笆奈濉逼陂g，煤電機(jī)組要形成并保持1500萬千瓦的應(yīng)急備用能力。調(diào)相功能改造，可在“關(guān)而不拆”轉(zhuǎn)為應(yīng)急備用電源的火電機(jī)組中進(jìn)行優(yōu)選，并綜合考慮并網(wǎng)方案、機(jī)組容量、響應(yīng)速度、運(yùn)行年限等因素，進(jìn)行差異化改造。
特高壓直流落點(diǎn)近區(qū)的火電機(jī)組，宜優(yōu)先進(jìn)行調(diào)相功能改造，以保證外來電力的受入能力
直流輸電的換流器運(yùn)行過程中需要消耗無功功率，電壓波動可能導(dǎo)致直流換相失敗等故障，因此，換流站要配備提供無功功率和支撐電壓的設(shè)備。在多回特高壓直流集中饋入的地區(qū)，電壓穩(wěn)定問題更為突出。可優(yōu)先選擇位于特高壓直流落點(diǎn)半徑50千米范圍內(nèi)，并且接入500千伏電網(wǎng)的30萬千瓦機(jī)組，實(shí)施調(diào)相功能改造，能夠?yàn)殡娋W(wǎng)提供較強(qiáng)的電壓支撐能力，尤其是嚴(yán)重電壓跌落故障時(shí)提供瞬態(tài)無功支撐，提高直流受入能力。
高受電比例受端負(fù)荷中心的火電機(jī)組，可適當(dāng)進(jìn)行調(diào)相功能改造，以應(yīng)對本地新能源快速發(fā)展帶來的電壓失穩(wěn)問題
隨著大城市等負(fù)荷中心火電逐步關(guān)停，對外來電依賴加大，高受電比例受端電網(wǎng)的本地電源少、電壓支撐能力不足。新型電力系統(tǒng)建設(shè)背景下，新能源發(fā)電快速、大規(guī)模接入并網(wǎng)，但新能源機(jī)組不具備常規(guī)機(jī)組的電壓支撐能力,導(dǎo)致系統(tǒng)無功儲備減少，系統(tǒng)電壓失穩(wěn)的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)一步增加?？紤]新能源廣泛接入的分布式發(fā)展模式，宜在高受電比例受端負(fù)荷中心實(shí)施調(diào)相功能改造，優(yōu)先選擇接入500千伏或220千伏電壓等級的機(jī)組實(shí)施改造。其中，位于電壓薄弱點(diǎn)、容量大、響應(yīng)快的機(jī)組提升電壓穩(wěn)定性的效果更明顯。
火電機(jī)組調(diào)相功能改造，需堅(jiān)持差異化原則，謀求改造效益最大化
對于關(guān)停、等容量替代、上大壓小的機(jī)組，需綜合考慮機(jī)組運(yùn)行年限、性能、改造后服役年限等因素，選取差異化改造方案。運(yùn)行年限在25年以上的，可采取單一調(diào)相模式的改造方案，改造后服役年限一般為15年左右，綜合成本較低；運(yùn)行年限為15～20年且列為“關(guān)而不拆”的應(yīng)急電源，可采取發(fā)電和調(diào)相切換運(yùn)行的改造方案，改造后服役年限一般為15年左右，若對發(fā)電機(jī)進(jìn)行整機(jī)更新，服役年限可延至30年，但綜合成本也隨之增加。
相關(guān)建議
一是將火電機(jī)組調(diào)相改造作為火電轉(zhuǎn)型途徑之一，推動火電向基礎(chǔ)保障和系統(tǒng)調(diào)節(jié)并重轉(zhuǎn)型。建議由政府主導(dǎo)，電源企業(yè)、電網(wǎng)企業(yè)協(xié)同參與，因地制宜開展火電機(jī)組調(diào)相改造試點(diǎn)應(yīng)用，探索相關(guān)管理方式和運(yùn)營模式。
二是加強(qiáng)電源企業(yè)和電網(wǎng)企業(yè)合作，聯(lián)合制定火電機(jī)組調(diào)相改造方案。建議統(tǒng)籌考慮電力系統(tǒng)特性、火電機(jī)組位置和容量等因素，由電源企業(yè)和電網(wǎng)企業(yè)聯(lián)合確定火電機(jī)組調(diào)相改造的規(guī)模、布局和清單。實(shí)施調(diào)相功能改造的機(jī)組納入調(diào)度統(tǒng)一管理。
三是出臺調(diào)相改造補(bǔ)償政策，鼓勵(lì)“關(guān)而不拆”的應(yīng)急備用電源進(jìn)行調(diào)相改造。建議在保留原有應(yīng)急機(jī)組相關(guān)優(yōu)惠政策的基礎(chǔ)上，拓寬調(diào)相改造項(xiàng)目投融資渠道，并加大優(yōu)惠信貸支持力度。
四是建立調(diào)相改造技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，有效保障改造機(jī)組的良好性能。建議針對機(jī)組設(shè)備改造的技術(shù)工藝和改造后的并網(wǎng)方案，提出明確技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，確保機(jī)組改造后具有較高的調(diào)相性能，有效發(fā)揮保供和電壓支撐作用。
