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一 背景概述

目前我國(guó)發(fā)電和供熱行業(yè)二氧化碳排放量占全國(guó)排放量的比重超過(guò)40%，是全國(guó)二氧化碳排放的重點(diǎn)行業(yè)。因此，進(jìn)一步推進(jìn)煤電機(jī)組節(jié)能降耗是提高能源利用效率的有效手段，對(duì)實(shí)現(xiàn)電力行業(yè)碳排放達(dá)峰，乃至全國(guó)碳達(dá)峰、碳中和具有重要意義。

2021年，國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局出臺(tái)了《全國(guó)煤電機(jī)組改造升級(jí)實(shí)施方案》（以下簡(jiǎn)稱《方案》），從促進(jìn)電力行業(yè)清潔低碳轉(zhuǎn)型、助力碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)如期實(shí)現(xiàn)出發(fā)，認(rèn)識(shí)煤電機(jī)組改造升級(jí)的重要意義，科學(xué)確定煤電機(jī)組改造升級(jí)目標(biāo)和實(shí)施路徑?！斗桨浮诽岢鲈谕七M(jìn)煤電機(jī)組改造升級(jí)工作過(guò)程中，需統(tǒng)籌考慮煤電節(jié)能降耗改造、供熱改造和靈活性改造制造，實(shí)現(xiàn)“三改”聯(lián)動(dòng)。為深入理解和落實(shí)該《方案》，本文就相關(guān)方面作出思考并提出建議，以供業(yè)內(nèi)參考。

二 幾點(diǎn)思考

（一）煤電機(jī)組靈活性改造應(yīng)高度重視機(jī)組運(yùn)行的安全性

堅(jiān)守能源電力安全穩(wěn)定供應(yīng)底線，統(tǒng)籌好發(fā)展和安全、增量和存量的關(guān)系，準(zhǔn)確把握并科學(xué)發(fā)揮煤電的兜底保障作用和靈活調(diào)節(jié)能力。煤電機(jī)組運(yùn)行安全與電力供應(yīng)安全具有高度的相關(guān)性，沒有機(jī)組的安全，難以保障發(fā)電和供電的安全。

《方案》提出存量煤電機(jī)組靈活性改造應(yīng)改盡改，純凝工況調(diào)峰能力的一般要求為最小發(fā)電出力達(dá)到35%額定負(fù)荷。

煤電機(jī)組的鍋爐設(shè)計(jì)一般按燃料性質(zhì)和額定負(fù)荷確定爐膛尺寸、燃燒器及受熱面布置，以保證煤粉在爐內(nèi)著火的穩(wěn)定性、燃燼性和防結(jié)渣性[1]。在35%額定負(fù)荷工況下，鍋爐空氣動(dòng)力場(chǎng)發(fā)生了很大變化，由于燃燒熱負(fù)荷下降，爐內(nèi)平均溫度必然下降，燃燒不穩(wěn)定性增加，由此將導(dǎo)致爐內(nèi)溫度場(chǎng)和濃度場(chǎng)不均勻，煤粉混合與燃燒不充分，有可能在局部區(qū)域形成一氧化碳較高的還原性氣氛，如果監(jiān)控不到位，調(diào)整不及時(shí)，則有可能發(fā)生爐內(nèi)爆燃。一旦發(fā)生爆燃，對(duì)爐膛結(jié)構(gòu)將造成嚴(yán)重?fù)p壞。

經(jīng)過(guò)多年來(lái)的節(jié)能技術(shù)改造，大部分電站鍋爐采用了少油點(diǎn)火，點(diǎn)火油槍容量從早期的1～2噸/小時(shí)，減少到100公斤/小時(shí)左右，節(jié)約了生產(chǎn)成本。但是，當(dāng)煤質(zhì)變差時(shí)點(diǎn)火能量會(huì)出現(xiàn)不足，同時(shí)煤粉燃燼度會(huì)大幅下降，飛灰含碳量和一氫化碳含量則大幅增加。華電電力科學(xué)研究院有限公司對(duì)600兆瓦超臨界機(jī)組不投油深度調(diào)峰到30%的安全運(yùn)行進(jìn)行了試驗(yàn)研究。在30%負(fù)荷下，機(jī)組需要退出一些自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)和安全保護(hù)裝置，包括爐膛壓力保護(hù)，這意味著機(jī)組減少了安全保護(hù)措施[2]。除鍋爐系統(tǒng)以外，汽輪機(jī)低壓缸水蝕的可能性增加，包括輔機(jī)系統(tǒng)將會(huì)遠(yuǎn)離額定工況運(yùn)行，這使得安全保護(hù)及自動(dòng)裝置需要作出相應(yīng)調(diào)整甚至撤出運(yùn)行，AGC無(wú)法正常投入，機(jī)組基本靠人工手動(dòng)操作運(yùn)行，由此使機(jī)組和電網(wǎng)運(yùn)行的安全風(fēng)險(xiǎn)增加，對(duì)此應(yīng)當(dāng)引起高度重視。

（二）煤電機(jī)組升級(jí)改造應(yīng)結(jié)合電網(wǎng)運(yùn)行特性

我國(guó)電力系統(tǒng)運(yùn)行總體上來(lái)看，是以省級(jí)電網(wǎng)為基礎(chǔ)，省間交易或區(qū)域交易更多是應(yīng)急或余缺調(diào)劑為主。華東、廣東等區(qū)域、省級(jí)電網(wǎng)外來(lái)電比例持續(xù)增加，外來(lái)電力對(duì)當(dāng)?shù)仉娏?yīng)和系統(tǒng)穩(wěn)定的作用也在不斷增長(zhǎng)，但是根本上還是依靠當(dāng)?shù)仉娫粗沃娏ο到y(tǒng)的安全可靠運(yùn)行，尤其在電力緊缺的情況下更是如此。隨著可再生能源的快速發(fā)展，煤電機(jī)組更多承擔(dān)的是電力系統(tǒng)運(yùn)行的兜底與調(diào)峰作用。靈活性改造機(jī)組要求能在35%負(fù)荷下運(yùn)行，由此可以推斷，煤電機(jī)組幾乎不可能在額定參數(shù)下長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，而必然采用滑壓運(yùn)行方式，機(jī)組效率也將遠(yuǎn)離設(shè)計(jì)效率。根據(jù)機(jī)組性能試驗(yàn)，超超臨界當(dāng)機(jī)組負(fù)荷從50%下調(diào)到40%工況運(yùn)行，供電煤耗將增加約14克/千瓦時(shí)，從40%降低到30%額定負(fù)荷運(yùn)行，供電煤耗將增加20克/千瓦時(shí)左右。

我國(guó)現(xiàn)有600兆瓦容量以上超臨界參數(shù)煤電機(jī)組超過(guò)360臺(tái)，已是電力系統(tǒng)的主力機(jī)組。隨著新型電力系統(tǒng)的逐步形成，煤電機(jī)組在電力結(jié)構(gòu)中的占比，無(wú)論是電力還是電量必然逐漸減少，但其在電力系統(tǒng)中的作用仍然舉足輕重。因此，在靈活性改造與提高機(jī)組運(yùn)行參數(shù)方面，應(yīng)根據(jù)省級(jí)電網(wǎng)的運(yùn)行特性謹(jǐn)慎作出權(quán)衡與決策。

從發(fā)展趨勢(shì)和電力系統(tǒng)運(yùn)行要求看，靈活性改造比通過(guò)改造鍋爐汽輪機(jī)來(lái)提高機(jī)組熱效率顯得更符合現(xiàn)實(shí)需要，且更具經(jīng)濟(jì)性?；谔岣咤仩t參數(shù)的改造投資較大，汽輪機(jī)通流部分改造所提高的效率也極其有限，性價(jià)比較低。如浙江電網(wǎng)統(tǒng)調(diào)煤電機(jī)組為47380兆瓦，而現(xiàn)有超超臨界百萬(wàn)機(jī)組16臺(tái)，還有多臺(tái)600兆瓦超臨界機(jī)組，其容量已占省統(tǒng)調(diào)煤電機(jī)組的40%左右。另外，還有基本不參與調(diào)峰的9100兆瓦核電和最大受電電力33640兆瓦（跨省區(qū)特高壓輸電和省內(nèi)華東統(tǒng)調(diào)），以及約20000兆瓦的風(fēng)光電力。這樣的電力結(jié)構(gòu)，煤電機(jī)組年度平均利用小時(shí)在4500小時(shí)以下，很難在額定工況附近運(yùn)行，只能承擔(dān)兜底和調(diào)峰作用（一般調(diào)峰到40%額定負(fù)荷及以下），長(zhǎng)期處于偏離額定參數(shù)運(yùn)行，超超臨界機(jī)組當(dāng)作亞臨界機(jī)組使用。再斥巨資改造亞臨界參數(shù)機(jī)組為超臨界參數(shù)機(jī)組，應(yīng)當(dāng)深入進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)可行性分析研究，再審慎決策。

（三）煤電退役機(jī)組轉(zhuǎn)應(yīng)急備用應(yīng)盡可能少，電力應(yīng)急需多措并舉

《方案》明確，嚴(yán)格應(yīng)急備用電源運(yùn)行調(diào)度管理，常態(tài)下停機(jī)備用，應(yīng)急狀態(tài)下啟動(dòng)，頂峰運(yùn)行后停機(jī)，在發(fā)揮保供作用的同時(shí)為降低整體能耗和排放作出貢獻(xiàn)?！笆奈濉逼陂g，形成并保持1500萬(wàn)千瓦的應(yīng)急備用能力。

根據(jù)浙江電網(wǎng)2020年運(yùn)行情況，97%、95%以上尖峰負(fù)荷持續(xù)時(shí)間分別為25小時(shí)和43小時(shí)。調(diào)度最大峰谷差3314萬(wàn)千瓦，平均峰谷差率33.48%。隨著煤電機(jī)組靈活性改造的進(jìn)展及新型電力系統(tǒng)逐步形成，電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)余量增大，是否安排煤電機(jī)組作為應(yīng)急備用值得商榷。一是抽水蓄能機(jī)組的基本作用就是削峰填谷。二是其他新型儲(chǔ)能發(fā)展將提高系統(tǒng)頂峰能力。三是應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到新型電力系統(tǒng)運(yùn)行的特點(diǎn)更多的是電網(wǎng)系統(tǒng)負(fù)備用不足，頂峰能力不足并非常態(tài)。四是用戶側(cè)有序用電可以更有效解決高峰時(shí)段供電不足的問(wèn)題。五是應(yīng)通過(guò)宣傳教育等方式，提高需求側(cè)用電風(fēng)險(xiǎn)意識(shí)。六是電力市場(chǎng)價(jià)格的合理波動(dòng)也是控制尖峰電力供應(yīng)不足的有效措施。七是煤炭、電力價(jià)格出現(xiàn)較大波動(dòng)時(shí)的適時(shí)監(jiān)管不可或缺。

退役機(jī)組作為應(yīng)急備用，往往需要付出更多的成本。一是機(jī)組要長(zhǎng)時(shí)間保養(yǎng)。二是當(dāng)電網(wǎng)調(diào)度需要頂峰冷態(tài)開機(jī)時(shí)，各類系統(tǒng)要重新檢查，安全自動(dòng)保護(hù)裝置需試驗(yàn)與調(diào)整。三是運(yùn)行人員備而少用，目前的煤電機(jī)組自動(dòng)化水平難以實(shí)現(xiàn)無(wú)人開機(jī)或無(wú)人值班，不配備運(yùn)行人員無(wú)法運(yùn)行機(jī)組。四是機(jī)組長(zhǎng)時(shí)間停運(yùn)后重新啟動(dòng)并網(wǎng)運(yùn)行，需要消耗大量的電、水、油、煤和化學(xué)藥品等，成本較高。五是退役煤電機(jī)組轉(zhuǎn)應(yīng)急備用的價(jià)格政策不明朗。根據(jù)電力系統(tǒng)現(xiàn)狀，備用煤電機(jī)組備而不用的可能性很大，如何疏導(dǎo)備用機(jī)組成本和電能價(jià)格需要專項(xiàng)研究。

三 幾點(diǎn)建議

（一）靈活性改造后的煤電機(jī)組，在低負(fù)荷運(yùn)行工況下要切實(shí)加強(qiáng)燃燒調(diào)整，以防發(fā)生事故

煤質(zhì)是鍋爐能否實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定高效燃燒和是否結(jié)渣的決定性因素，鍋爐燃燒設(shè)備的設(shè)計(jì)是以煤質(zhì)特性為唯一依據(jù)。煤電機(jī)組在低負(fù)荷工況下運(yùn)行，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)煤質(zhì)管理和燃燒調(diào)整。一是加強(qiáng)煤炭元素分析，為燃燒調(diào)整配風(fēng)提供依據(jù)。二是煤炭質(zhì)量盡可能與爐型相對(duì)應(yīng)，特別是盡可能不用偏離設(shè)計(jì)、含灰量和水分高的煤種。三是根據(jù)煤種特性組織好一、二、三次風(fēng)的配比，以利煤粉著火穩(wěn)定和燃盡。四是在最低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，要保障足夠的助燃能量，以穩(wěn)定煤粉點(diǎn)火燃燒。五是在撤出爐膛壓力保護(hù)、滅火保護(hù)等的工況下，運(yùn)行人員必須密切監(jiān)視爐內(nèi)燃燒情況。必要時(shí)采取緊急干預(yù)，甚至停機(jī)，以防事故發(fā)生。

（二）機(jī)組性能改造應(yīng)當(dāng)由發(fā)電企業(yè)自主決定

投入產(chǎn)出比的計(jì)算，是企業(yè)投資的必然行為?！半p碳”背景下，煤電機(jī)組不斷被可再生能源替代，年度利用小時(shí)呈逐年下降趨勢(shì)，非額定工況下運(yùn)行成為常態(tài)，因此其性能提升改造的收益有限，投資成本回收時(shí)間較長(zhǎng)。建議發(fā)電企業(yè)應(yīng)根據(jù)所在省級(jí)電網(wǎng)情況進(jìn)行提高煤電機(jī)組性能的可行性研究，審慎決定是否改造。

（三）煤電退役機(jī)組轉(zhuǎn)應(yīng)急備用要結(jié)合省級(jí)電網(wǎng)實(shí)際需要確定容量

各省級(jí)電網(wǎng)運(yùn)行的負(fù)荷特性曲線不同，電源構(gòu)成不同，電力消費(fèi)方式存在差異，儲(chǔ)能容量也有很大差別。譬如，浙江電網(wǎng)峰谷差較大，核電和跨省區(qū)輸入電力電量占比較大，同時(shí)浙江有豐富的抽水蓄能電站資源。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，浙江省境內(nèi)并網(wǎng)運(yùn)行的統(tǒng)調(diào)抽水蓄能電站有5座，機(jī)組19臺(tái)，總裝機(jī)5630兆瓦（含華東調(diào)度機(jī)組）；當(dāng)前在建的抽水蓄能電站有5座，機(jī)組21臺(tái)，總裝機(jī)6650兆瓦；規(guī)劃建設(shè)的抽水蓄能電站有4座，總裝機(jī)6500兆瓦。這樣的抽水蓄能容量，未必需要煤電機(jī)組退役轉(zhuǎn)應(yīng)急備用。當(dāng)然，儲(chǔ)能容量較小的省級(jí)電網(wǎng)，可以考慮煤電機(jī)組退役轉(zhuǎn)應(yīng)急備用。調(diào)度機(jī)構(gòu)將部分機(jī)組采用冷備用方式，不定期對(duì)機(jī)組進(jìn)行輪換并網(wǎng)運(yùn)行，這可能也是一種比較實(shí)際而有效的方式。

（四）給予應(yīng)急備用煤電機(jī)組恰當(dāng)?shù)碾妰r(jià)政策支持

各省級(jí)電網(wǎng)應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況研究出臺(tái)應(yīng)急備用煤電機(jī)組的電價(jià)政策。應(yīng)急備用煤電機(jī)組可以采用兩部制電價(jià)，即容量電價(jià)和上網(wǎng)電量電價(jià)，容量電價(jià)保障應(yīng)急備用機(jī)組的年度維護(hù)保養(yǎng)成本支出，上網(wǎng)電量?jī)r(jià)格按市場(chǎng)頂峰電價(jià)結(jié)算，其電價(jià)水平可以突破煤電上網(wǎng)電價(jià)上浮20%的限制，也可參照新型儲(chǔ)能上網(wǎng)電價(jià)，或按現(xiàn)貨市場(chǎng)定價(jià)。