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當前，我(wo)國300 MW及以上等(deng)級煤(mei)電(dian)機組平均供(gong)電(dian)煤(mei)耗(hao)約(yue)(yue)為(wei)(wei)305 g/(kW?h)。按照(zhao)2020年(nian)燃煤(mei)機組發(fa)(fa)電(dian)量為(wei)(wei)4.8萬億kW?h，則全年(nian)消(xiao)耗(hao)標(biao)準煤(mei)約(yue)(yue)14.6億t，CO2排(pai)放約(yue)(yue)為(wei)(wei)42億t。根(gen)據(ju)相關預(yu)測，到2030年(nian)，煤(mei)電(dian)CO2排(pai)放約(yue)(yue)為(wei)(wei)40億t，與目前水平接近(jin)，基本可實現行業(ye)碳(tan)達峰(feng)。但是(shi)(shi)，發(fa)(fa)電(dian)本質上是(shi)(shi)一個碳(tan)排(pai)放行業(ye)，而(er)且排(pai)放量占比很大。發(fa)(fa)電(dian)行業(ye)的技(ji)術(shu)(shu)進步(bu)，尤其是(shi)(shi)低碳(tan)化技(ji)術(shu)(shu)的突破是(shi)(shi)實現我(wo)國“30?60碳(tan)達峰(feng)碳(tan)中(zhong)和”目標(biao)的關鍵支撐。

火(huo)力發電，尤其是燃煤發電，是目前綜(zong)合經濟性(xing)最(zui)好(hao)、技術成熟度最(zui)高的發電形式。理論上(shang)講，相對(dui)于核電、水電、風(feng)電等(deng)，火(huo)力發電受(shou)資(zi)源制(zhi)約較小，布局更加靈活(huo)，裝機容量可以根據實際(ji)需求決(jue)定。

煤(mei)電(dian)(dian)(dian)(dian)的(de)發(fa)(fa)展(zhan)，一方面(mian)取決于(yu)我國經(jing)濟(ji)發(fa)(fa)展(zhan)水(shui)平、資源稟(bing)賦、環境保護、碳減排等對電(dian)(dian)(dian)(dian)力行業的(de)整體(ti)需(xu)求，另一方面(mian)取決于(yu)煤(mei)電(dian)(dian)(dian)(dian)的(de)技(ji)術(shu)特點、技(ji)術(shu)成(cheng)熟(shu)度(du)、經(jing)濟(ji)性等。因此(ci)，要深入研究(jiu)煤(mei)電(dian)(dian)(dian)(dian)的(de)發(fa)(fa)展(zhan)趨勢，獲得“碳達峰(feng)(feng)、碳中和”背景下的(de)煤(mei)電(dian)(dian)(dian)(dian)合理占比和結構，就(jiu)必須從電(dian)(dian)(dian)(dian)力需(xu)求和發(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)技(ji)術(shu)發(fa)(fa)展(zhan)兩方面(mian)綜合考量，需(xu)要考慮存量機(ji)(ji)組的(de)節能降耗和新(xin)建機(ji)(ji)組的(de)高效(xiao)率。同(tong)時，煤(mei)電(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)組需(xu)要智(zhi)能靈活，滿足(zu)新(xin)能源電(dian)(dian)(dian)(dian)力的(de)大(da)規模接入。因此(ci)，應重點研究(jiu)高效(xiao)煤(mei)電(dian)(dian)(dian)(dian)技(ji)術(shu)、煤(mei)電(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)組靈活調峰(feng)(feng)技(ji)術(shu)和碳捕集(ji)及利用技(ji)術(shu)。

1煤電的發展研究

1.1煤電的特點和定位

經過近(jin)幾(ji)十(shi)年(nian)的發(fa)展，燃(ran)煤(mei)(mei)發(fa)電(dian)(dian)污染物排(pai)(pai)(pai)放(fang)(fang)得到(dao)有效控制(zhi)。截至(zhi)2020年(nian)底(di)，我國煤(mei)(mei)電(dian)(dian)機(ji)組(zu)幾(ji)乎全部達到(dao)超(chao)低(di)排(pai)(pai)(pai)放(fang)(fang)水平。但是(shi)(shi)，火力發(fa)電(dian)(dian)機(ji)組(zu)在(zai)碳(tan)(tan)(tan)排(pai)(pai)(pai)放(fang)(fang)方面劣(lie)勢(shi)明顯。目前，我國燃(ran)煤(mei)(mei)機(ji)組(zu)單位發(fa)電(dian)(dian)量碳(tan)(tan)(tan)排(pai)(pai)(pai)放(fang)(fang)（CO2）高(gao)達879 g/(kW?h)，即使最(zui)先進的煤(mei)(mei)電(dian)(dian)機(ji)組(zu)單位發(fa)電(dian)(dian)量碳(tan)(tan)(tan)排(pai)(pai)(pai)放(fang)(fang)也(ye)達到(dao)756 g/(kW?h)，遠高(gao)于(yu)實現碳(tan)(tan)(tan)中(zhong)和所需的近(jin)零排(pai)(pai)(pai)放(fang)(fang)標(biao)準（單位發(fa)電(dian)(dian)量碳(tan)(tan)(tan)排(pai)(pai)(pai)放(fang)(fang)量低(di)于(yu)100 g/(kW?h)），所以燃(ran)煤(mei)(mei)發(fa)電(dian)(dian)是(shi)(shi)我國電(dian)(dian)力行業減(jian)碳(tan)(tan)(tan)的主要(yao)領域。

新中國(guo)成立70年(nian)以來(lai)，我國(guo)電(dian)(dian)力(li)工業快速(su)發(fa)展，實現了(le)從小到(dao)大、從弱到(dao)強、從追(zhui)趕到(dao)引領的巨大飛躍(yue)，為我國(guo)經濟(ji)社會發(fa)展作出(chu)了(le)突出(chu)貢獻。在(zai)此(ci)背景(jing)下，煤(mei)電(dian)(dian)快速(su)發(fa)展，在(zai)國(guo)家持(chi)續投入(ru)和支持(chi)下，煤(mei)電(dian)(dian)技術取得了(le)長(chang)足進步，單機(ji)容量、機(ji)組參數(shu)、機(ji)組數(shu)量、能效(xiao)指標(biao)均(jun)躍(yue)居世界前列。長(chang)期以來(lai)，燃煤(mei)發(fa)電(dian)(dian)呈現出(chu)占比高(gao)、體量大的特點，實際承擔我國(guo)主力(li)電(dian)(dian)源(yuan)和基(ji)礎電(dian)(dian)源(yuan)的角色。

近(jin)年來我國對能源利用多元化(hua)(hua)、清潔化(hua)(hua)、低碳化(hua)(hua)的需求(qiu)日益迫切，尤(you)其是習近(jin)平總書(shu)記提出“30?60碳達峰碳中(zhong)和”的目標后，能源行(xing)業尤(you)其是電力(li)行(xing)業的轉(zhuan)型勢在必行(xing)。未(wei)來燃(ran)煤發電必將擔負新的歷史(shi)使命。

首先，新能源(yuan)電(dian)(dian)力波(bo)動大、間歇性強，在大規(gui)模(mo)、低成本儲(chu)能技術成熟應用(yong)之前，適當比(bi)例的(de)(de)(de)燃煤發(fa)電(dian)(dian)可為電(dian)(dian)力系統的(de)(de)(de)穩定運行提(ti)供足夠的(de)(de)(de)轉動慣量，平抑(yi)大比(bi)例新能源(yuan)發(fa)電(dian)(dian)并網帶(dai)來的(de)(de)(de)波(bo)動，保障電(dian)(dian)網系統的(de)(de)(de)安(an)全。電(dian)(dian)力系統需要(yao)火力發(fa)電(dian)(dian)尤其是燃煤發(fa)電(dian)(dian)充(chong)分發(fa)揮“兜(dou)底(di)保障”的(de)(de)(de)重(zhong)要(yao)作用(yong)。

其次，煤電(dian)要(yao)積極轉(zhuan)變(bian)角色(se)，由傳統提(ti)供(gong)電(dian)力(li)、電(dian)量的(de)主體(ti)性(xing)電(dian)源，向(xiang)提(ti)供(gong)可靠電(dian)力(li)、調(diao)峰調(diao)頻能(neng)(neng)力(li)的(de)基礎(chu)性(xing)電(dian)源轉(zhuan)變(bian)，積極參與調(diao)峰、調(diao)頻、調(diao)壓、備用等輔助服務(wu)，提(ti)升(sheng)電(dian)力(li)系統對新能(neng)(neng)源發電(dian)的(de)消納(na)能(neng)(neng)力(li)，將更多的(de)電(dian)量市場讓給(gei)低碳電(dian)力(li)。

最后，熱電聯(lian)產的(de)燃(ran)煤(mei)發電機(ji)組是滿足(zu)我(wo)國居民采暖需(xu)求的(de)重要保障。盡管目前熱電聯(lian)產機(ji)組已(yi)占火(huo)電機(ji)組比重的(de)41%，仍(reng)不能滿足(zu)我(wo)國日益增(zeng)長的(de)熱力需(xu)求。低成本的(de)燃(ran)煤(mei)發電是全(quan)社會(hui)低成本用(yong)電、用(yong)熱的(de)基礎，是我(wo)國保障民生和社會(hui)經濟活(huo)動(dong)用(yong)能的(de)重要支(zhi)撐，對促(cu)進經濟社會(hui)發展(zhan)、提(ti)升人(ren)民幸福感具有重要意義。

1.2煤(mei)電在總(zong)裝機中(zhong)的合理(li)占比(bi)

我國煤(mei)(mei)電(dian)投資(zi)規模(mo)逐年下降，“十一五(wu)”時期的(de)(de)平均煤(mei)(mei)電(dian)年新(xin)增(zeng)(zeng)裝(zhuang)機(ji)規模(mo)是6 862萬kW，到“十三五(wu)”期間已降至(zhi)3 538萬kW。煤(mei)(mei)電(dian)新(xin)增(zeng)(zeng)裝(zhuang)機(ji)容(rong)量規模(mo)在2016年被新(xin)能源超(chao)越，2020年新(xin)能源發電(dian)年新(xin)增(zeng)(zeng)裝(zhuang)機(ji)是煤(mei)(mei)電(dian)的(de)(de)近3倍，煤(mei)(mei)電(dian)裝(zhuang)機(ji)容(rong)量比(bi)重歷史性降至(zhi)50%以下。隨著“雙碳”目(mu)標的(de)(de)提出，煤(mei)(mei)電(dian)裝(zhuang)機(ji)比(bi)例進一步降低的(de)(de)趨勢(shi)不可(ke)逆轉(zhuan)。

但是(shi)合理的(de)電源結構和(he)發電量組成，要取決于各(ge)類發電機(ji)組的(de)技術發展水平(ping)和(he)經濟性，同時也要與經濟發展水平(ping)、資(zi)源稟賦、環保要求等整體需求相(xiang)適應。

根據(ju)我(wo)國(guo)(guo)經濟發(fa)展和全社會用電(dian)(dian)(dian)需(xu)求的(de)預測(ce)，2030年(nian)全國(guo)(guo)電(dian)(dian)(dian)源(yuan)總(zong)裝(zhuang)機約(yue)28.74億(yi)kW，全年(nian)發(fa)電(dian)(dian)(dian)總(zong)量(liang)約(yue)8.94萬億(yi)kW?h。根據(ju)碳(tan)達(da)峰(feng)的(de)需(xu)求，發(fa)電(dian)(dian)(dian)行(xing)業(ye)需(xu)在2025年(nian)前后率先達(da)峰(feng)。發(fa)電(dian)(dian)(dian)行(xing)業(ye)2030年(nian)全年(nian)碳(tan)排放總(zong)量(liang)控制(zhi)在38億(yi)t左右(you)，單位發(fa)電(dian)(dian)(dian)量(liang)碳(tan)排放降(jiang)至425 g/(kW?h)。

在此條件(jian)下進行測算，2030年(nian)，燃煤(mei)發電(dian)(dian)裝機12.13億(yi)kW，占總(zong)裝機的42.20%。燃煤(mei)發電(dian)(dian)的發電(dian)(dian)量4.85萬億(yi)kW?h，占總(zong)發電(dian)(dian)量的54.27%。燃煤(mei)發電(dian)(dian)的單位發電(dian)(dian)量碳排放(fang)降至750 g/(kW?h)左右。全年(nian)燃煤(mei)發電(dian)(dian)碳排放(fang)量約為36.3億(yi)t，發電(dian)(dian)行業碳排放(fang)總(zong)量約為38億(yi)t。

2060年，根據我國(guo)經濟(ji)發(fa)(fa)展(zhan)和(he)(he)全(quan)社(she)會(hui)用電(dian)需求(qiu)的(de)預測，全(quan)國(guo)電(dian)源(yuan)總裝(zhuang)機(ji)約70.92億(yi)(yi)kW，全(quan)年發(fa)(fa)電(dian)總量約16.5萬億(yi)(yi)kW?h。單(dan)純(chun)考慮碳(tan)(tan)中(zhong)和(he)(he)的(de)需求(qiu)，發(fa)(fa)電(dian)行(xing)業需在(zai)2060年將單(dan)位(wei)發(fa)(fa)電(dian)量碳(tan)(tan)排(pai)放降(jiang)至低于50 g/(kW?h)的(de)水平(ping)，發(fa)(fa)電(dian)行(xing)業2060年全(quan)年碳(tan)(tan)排(pai)放總量控制在(zai)8億(yi)(yi)~9億(yi)(yi)t。但是，到2060年我國(guo)仍需維持7億(yi)(yi)kW左右的(de)燃煤發(fa)(fa)電(dian)機(ji)組，以保障我國(guo)能源(yuan)電(dian)力供應(ying)安全(quan)和(he)(he)調峰、供暖(nuan)需求(qiu)，發(fa)(fa)電(dian)行(xing)業2060年實(shi)際(ji)碳(tan)(tan)排(pai)放總量存在(zai)很(hen)大的(de)不確定性(xing)。

可以預見，未來煤(mei)電(dian)(dian)(dian)的(de)裝(zhuang)機(ji)占比及(ji)發(fa)電(dian)(dian)(dian)量(liang)(liang)(liang)將主要受到碳減排(pai)目(mu)標、電(dian)(dian)(dian)力(li)供應安全(quan)的(de)雙重約(yue)束(shu)。從(cong)碳減排(pai)目(mu)標出發(fa)，煤(mei)電(dian)(dian)(dian)應不(bu)斷縮(suo)減規模；但從(cong)電(dian)(dian)(dian)力(li)供應安全(quan)角度(du)出發(fa)，則需要煤(mei)電(dian)(dian)(dian)在(zai)較長時期內繼(ji)續(xu)承擔(dan)兜底保障、應急備(bei)用、調(diao)峰調(diao)頻(pin)、消納(na)新能源、乃至工業供熱(re)(re)與(yu)采暖供熱(re)(re)等作用。因此，煤(mei)電(dian)(dian)(dian)將在(zai)滿足(zu)電(dian)(dian)(dian)力(li)供應安全(quan)的(de)前提(ti)下不(bu)斷降低發(fa)電(dian)(dian)(dian)量(liang)(liang)(liang)，以實現(xian)更少的(de)碳排(pai)放。而(er)其裝(zhuang)機(ji)和(he)發(fa)電(dian)(dian)(dian)量(liang)(liang)(liang)下調(diao)的(de)進(jin)度(du)安排(pai)除應滿足(zu)“30?60”目(mu)標要求外，還受到供電(dian)(dian)(dian)經濟性(xing)、環(huan)保要求等影響，并與(yu)靈活性(xing)提(ti)升水平、高(gao)效技術(shu)發(fa)展成熟度(du)、碳捕(bu)集成本(ben)、碳運(yun)輸及(ji)封存的(de)經濟性(xing)和(he)安全(quan)性(xing)等因素密切相(xiang)關。

2煤電的低碳化技術

2.1存量機組節能提效

2.1.1煤電(dian)低碳化(hua)節(jie)能提效(xiao)綜合(he)技術

影響(xiang)我國大型煤(mei)(mei)電機組能(neng)(neng)耗(hao)(hao)特(te)性(xing)(xing)的(de)因素(su)，既有(you)運(yun)行(xing)負(fu)荷(he)、燃料特(te)性(xing)(xing)及環境(jing)溫度等(deng)外部條(tiao)件，也有(you)機組本身(shen)的(de)性(xing)(xing)能(neng)(neng)缺陷(xian)及運(yun)行(xing)管(guan)理水平(ping)等(deng)內部因素(su)。為實現煤(mei)(mei)電機組全工(gong)況運(yun)行(xing)優化，需要對系(xi)統進(jin)行(xing)節能(neng)(neng)診(zhen)斷，查(cha)清全工(gong)況下各熱(re)(re)力設備(bei)的(de)性(xing)(xing)能(neng)(neng)，獲得熱(re)(re)力系(xi)統的(de)能(neng)(neng)耗(hao)(hao)特(te)性(xing)(xing)。

節(jie)能(neng)(neng)診斷(duan)基于全面系統的(de)能(neng)(neng)耗(hao)分(fen)析和(he)診斷(duan)，針(zhen)對(dui)機(ji)(ji)組所有的(de)主、輔機(ji)(ji)系統，從(cong)設備選型、運(yun)行方(fang)式、存在問題等各個方(fang)面入手(shou)；結合煤質(zhi)、環境(jing)邊界(jie)條件、運(yun)行方(fang)式、運(yun)行參數等，對(dui)機(ji)(ji)組各項能(neng)(neng)耗(hao)指(zhi)標(biao)進(jin)行詳細的(de)分(fen)析、核算，得出機(ji)(ji)組的(de)能(neng)(neng)耗(hao)水平及(ji)節(jie)能(neng)(neng)潛力；并(bing)在此基礎上，為發電企業指(zhi)明(ming)節(jie)能(neng)(neng)改(gai)造方(fang)向，采用針(zhen)對(dui)性強的(de)綜合節(jie)能(neng)(neng)提效技術降低機(ji)(ji)組煤耗(hao)。

煤(mei)電低(di)碳(tan)化節能提效(xiao)綜合改造技(ji)術(shu)(shu)(shu)是(shi)將(jiang)煤(mei)電機(ji)(ji)組(zu)看做一個整(zheng)體(ti)，在燃煤(mei)發電系統中采取技(ji)術(shu)(shu)(shu)上可行、經濟(ji)上合理以及(ji)(ji)環境和(he)社會(hui)可以承受的技(ji)術(shu)(shu)(shu)措施，以強化傳(chuan)熱(re)傳(chuan)質(zhi)、熱(re)量(liang)梯級利用、能量(liang)合理利用、輔機(ji)(ji)提效(xiao)及(ji)(ji)調速改造以及(ji)(ji)其(qi)他(ta)優化運行手段為技(ji)術(shu)(shu)(shu)導向對煤(mei)電機(ji)(ji)組(zu)進行整(zheng)體(ti)節能提效(xiao)改造。

目前，成(cheng)熟的(de)節能技術如圖1所示。可以針(zhen)對具體(ti)的(de)電廠，因地制宜，一(yi)(yi)廠一(yi)(yi)策，采用(yong)不(bu)同(tong)的(de)技術組合，達到技術經(jing)濟(ji)性最好的(de)效果(guo)。

圖(tu)1火電(dian)機組一體(ti)化節能(neng)技術體(ti)系(xi)

2.1.2機組延(yan)壽綜合提效(xiao)技術

煤電機組(zu)提升參數延壽技術是提高(gao)煤電機組(zu)整(zheng)體能耗水平、節能減碳的重(zhong)要手段(duan)。

我國“十(shi)四(si)五”期(qi)間(jian)達設計期(qi)限的(de)20萬kW及以上煤(mei)電機(ji)組有87臺，合計容量(liang)約(yue)(yue)(yue)0.26億kW。未來10年(nian)（2021—2030）我國有252臺容量(liang)20萬kW及以上煤(mei)電機(ji)組陸續達到(dao)設計期(qi)限，總(zong)容量(liang)約(yue)(yue)(yue)為(wei)0.82億kW，約(yue)(yue)(yue)占目前煤(mei)電總(zong)容量(liang)（按2020年(nian)底10.8億kW計）的(de)7.6%。其中亞臨界300 MW及以上機(ji)組205臺，占10年(nian)內設計期(qi)滿(man)機(ji)組容量(liang)的(de)88%。

根(gen)據國(guo)(guo)外煤電機(ji)組的(de)運行經驗(yan)，全球(qiu)范圍(wei)內煤電機(ji)組平(ping)均服(fu)役(yi)30年(nian)以(yi)上的(de)超(chao)過(guo)24%。日本近(jin)50%的(de)煤電機(ji)組服(fu)役(yi)年(nian)限為30~39年(nian)，25%的(de)煤電機(ji)組服(fu)役(yi)年(nian)限超(chao)過(guo)40年(nian)。美國(guo)(guo)煤電機(ji)組的(de)平(ping)均使用年(nian)限為42年(nian)，有(you)11%的(de)機(ji)組運行年(nian)限超(chao)過(guo)60年(nian)。我國(guo)(guo)煤電機(ji)組構成中，300 MW等(deng)級亞(ya)臨界機(ji)組服(fu)役(yi)年(nian)限在(zai)20年(nian)以(yi)內的(de)占比達到(dao)82.8%。

對于達到設計使用壽命(ming)的機(ji)組(zu)，通(tong)過(guo)機(ji)組(zu)延壽改造(zao)并同步(bu)實施(shi)提(ti)升(sheng)參數改造(zao)可(ke)大幅提(ti)升(sheng)機(ji)組(zu)的經濟性。

針對(dui)亞臨界機組，僅提(ti)升(sheng)蒸汽溫度(du)(du)，而主(zhu)蒸汽壓力基本保持不變，既可以降(jiang)低機組煤(mei)耗水(shui)平、又可以有效減少改造工程量(liang)。蒸汽參數提(ti)升(sheng)的(de)幅度(du)(du)與(yu)方案的(de)難易程度(du)(du)和投資規模成比例。

2.2高(gao)效燃煤發電技術

2.2.1超(chao)(chao)高(gao)參數(shu)超(chao)(chao)超(chao)(chao)臨界燃煤發電技術

超(chao)高參數(shu)超(chao)超(chao)臨界燃煤(mei)發(fa)電是(shi)指(zhi)將燃煤(mei)發(fa)電機組參數(shu)從現在的600℃等(deng)級(ji)(ji)進一步提升至650℃等(deng)級(ji)(ji)乃至700℃等(deng)級(ji)(ji)，從而達到提升發(fa)電效率(lv)的目的。

過(guo)去(qu)的(de)幾十年里，煤(mei)電機(ji)組(zu)(zu)一直(zhi)都在(zai)向大容量(liang)(liang)、高參(can)數(shu)發展。目前(qian)，全世界(jie)煤(mei)電機(ji)組(zu)(zu)的(de)蒸汽參(can)數(shu)穩定在(zai)600℃等級，部分機(ji)組(zu)(zu)提高到620℃。機(ji)組(zu)(zu)容量(liang)(liang)基本上以600 MW和1 000 MW為主。目前(qian)，中國已投產600 MW等級超(chao)臨(lin)界(jie)和超(chao)超(chao)臨(lin)界(jie)機(ji)組(zu)(zu)已超(chao)過(guo)600臺(tai)，已投產超(chao)超(chao)臨(lin)界(jie)1 000 MW機(ji)組(zu)(zu)達(da)到137臺(tai)。2016年，成(cheng)功投運了最(zui)先(xian)進(jin)(jin)的(de)1 000 MW等級600℃/620℃/620℃超(chao)超(chao)臨(lin)界(jie)二(er)次再熱機(ji)組(zu)(zu)，凈效率已達(da)47%。在(zai)國家(jia)持續(xu)投入和支持下(xia)，煤(mei)炭的(de)先(xian)進(jin)(jin)清潔高效發電技(ji)術取(qu)得了顯著進(jin)(jin)步(bu)，機(ji)組(zu)(zu)參(can)數(shu)、數(shu)量(liang)(liang)、能效指標(biao)均躍(yue)居世界(jie)首位。

在700℃發電(dian)技術領(ling)域，尤其是高(gao)溫(wen)鎳基(ji)合金(jin)材(cai)料(liao)方面，國外已經開發出了(le)幾(ji)種適用于700℃機組的(de)(de)鎳基(ji)合金(jin)材(cai)料(liao)，完(wan)成(cheng)了(le)700℃電(dian)廠(chang)的(de)(de)概(gai)念(nian)設計，基(ji)本為700℃機組的(de)(de)建設做好了(le)技術儲(chu)備(bei)。我國700℃發電(dian)技術的(de)(de)研(yan)究也(ye)緊跟世(shi)界步伐。相關科研(yan)單(dan)位(wei)篩選(xuan)和開發了(le)一批高(gao)溫(wen)合金(jin)材(cai)料(liao)，在華能南京電(dian)廠(chang)建成(cheng)了(le)700℃部件驗(yan)證(zheng)平(ping)臺，完(wan)成(cheng)了(le)25 000 h關鍵高(gao)溫(wen)部件的(de)(de)驗(yan)證(zheng)，運行(xing)情況良好。同時也(ye)正在瑞金(jin)電(dian)廠(chang)二期開展試(shi)驗(yan)性應用。另外，已開發了(le)主蒸汽(qi)大管道、高(gao)中壓轉子合金(jin)，目前正在進(jin)行(xing)產業化(hua)試(shi)制和部件性能驗(yan)證(zheng)。

初步(bu)預(yu)計(ji)：2025年(nian)，實(shi)現(xian)(xian)650℃等級超(chao)超(chao)臨(lin)界(jie)燃煤(mei)(mei)發(fa)電機(ji)(ji)組(zu)的(de)工(gong)程示(shi)范(fan)，凈效率(lv)不低于47%；2035年(nian)實(shi)現(xian)(xian)650℃等級超(chao)超(chao)臨(lin)界(jie)燃煤(mei)(mei)發(fa)電機(ji)(ji)組(zu)的(de)大規(gui)(gui)模商用(yong)；2035年(nian)實(shi)現(xian)(xian)700℃等級超(chao)超(chao)臨(lin)界(jie)燃煤(mei)(mei)發(fa)電機(ji)(ji)組(zu)的(de)工(gong)程示(shi)范(fan)，凈效率(lv)不低于50%；2045年(nian)實(shi)現(xian)(xian)700℃等級超(chao)超(chao)臨(lin)界(jie)燃煤(mei)(mei)發(fa)電機(ji)(ji)組(zu)的(de)大規(gui)(gui)模商用(yong)。

在700℃超超臨界蒸汽發(fa)(fa)電技術的基礎上進(jin)一步(bu)提(ti)(ti)升溫度(du)參數，發(fa)(fa)電系統(tong)效(xiao)率提(ti)(ti)升有限(xian)，即便溫度(du)到達800℃，凈(jing)效(xiao)率也很難突(tu)破55%，且隨著溫度(du)的提(ti)(ti)升，高溫合金材料的開發(fa)(fa)成本(ben)和制造(zao)成本(ben)均成倍增加，材料瓶頸問題突(tu)顯。因此在實現700℃等級超超臨界燃煤發(fa)(fa)電機組商用后(hou)，不建(jian)議向(xiang)更高參數發(fa)(fa)展(zhan)。

2.2.2超臨(lin)界CO2循環高效燃煤發電

超(chao)臨(lin)界(jie)CO2循(xun)(xun)環(huan)(huan)高(gao)效(xiao)燃煤發電(dian)技術是通過采用超(chao)臨(lin)界(jie)CO2代替水作為循(xun)(xun)環(huan)(huan)工質，采用布(bu)雷頓循(xun)(xun)環(huan)(huan)代替朗(lang)肯循(xun)(xun)環(huan)(huan)作為動(dong)力(li)循(xun)(xun)環(huan)(huan)的一種新型燃煤發電(dian)技術。在600℃等(deng)級(ji)，超(chao)臨(lin)界(jie)CO2循(xun)(xun)環(huan)(huan)燃煤發電(dian)機(ji)(ji)組(zu)供電(dian)效(xiao)率可(ke)比傳統(tong)水循(xun)(xun)環(huan)(huan)發電(dian)機(ji)(ji)組(zu)提高(gao)3百分(fen)點(dian)~5百分(fen)點(dian)；700℃等(deng)級(ji)，超(chao)臨(lin)界(jie)CO2循(xun)(xun)環(huan)(huan)燃煤發電(dian)機(ji)(ji)組(zu)供電(dian)效(xiao)率可(ke)比傳統(tong)水循(xun)(xun)環(huan)(huan)發電(dian)機(ji)(ji)組(zu)提高(gao)5百分(fen)點(dian)~8百分(fen)點(dian)。

2004年，美(mei)國(guo)(guo)能源(yuan)部（DOE）開始超(chao)臨界(jie)CO2循環(huan)(huan)(huan)發(fa)電(dian)(dian)技(ji)術的研(yan)(yan)發(fa)，目(mu)標是為核(he)電(dian)(dian)站(zhan)、太陽(yang)能光熱發(fa)電(dian)(dian)、余熱利用等研(yan)(yan)發(fa)下一代動力設備。2011年美(mei)國(guo)(guo)能源(yuan)部開始實(shi)施“Sunshot”計劃(hua)，旨(zhi)在將(jiang)超(chao)臨界(jie)CO2布雷頓循環(huan)(huan)(huan)系(xi)統付諸商業(ye)化。該研(yan)(yan)發(fa)項(xiang)目(mu)主(zhu)要進行10 MW超(chao)臨界(jie)CO2發(fa)電(dian)(dian)機組研(yan)(yan)發(fa)和測(ce)試，實(shi)驗測(ce)試在美(mei)國(guo)(guo)Sandia國(guo)(guo)家(jia)實(shi)驗室(shi)下屬的核(he)能系(xi)統實(shi)驗室(shi)（NESL）進行。2014年起美(mei)國(guo)(guo)能源(yuan)部實(shi)施了化石燃(ran)料超(chao)臨界(jie)CO2循環(huan)(huan)(huan)發(fa)電(dian)(dian)研(yan)(yan)究計劃(hua)，其目(mu)標是使超(chao)臨界(jie)CO2閉(bi)式循環(huan)(huan)(huan)比(bi)高(gao)參數(shu)水工質(zhi)朗肯(ken)循環(huan)(huan)(huan)效率高(gao)5百(bai)分點以上(shang)。

2005—2011年，美(mei)國Sandia國家實(shi)驗室在美(mei)國能源(yuan)部的(de)資助(zhu)下(xia)，首(shou)先搭建了(le)熱功率(lv)1.0 MW的(de)超臨界(jie)CO2布雷頓(dun)循(xun)環實(shi)驗回路(lu)裝(zhuang)置，設計(ji)壓力(li)為(wei)(wei)15.2 MPa，溫度為(wei)(wei)538℃，電功率(lv)為(wei)(wei)125 kW。

歐(ou)洲和日本也在加緊研究(jiu)超(chao)臨(lin)(lin)界CO2循(xun)環(huan)。法國(guo)電力公司（EDF）開展了燃煤閉式超(chao)臨(lin)(lin)界CO2循(xun)環(huan)研究(jiu)，東(dong)京工業大(da)學(xue)、俄羅斯科學(xue)院、比利時(shi)列日大(da)學(xue)開展了半(ban)閉式超(chao)臨(lin)(lin)界CO2循(xun)環(huan)研究(jiu)等。總體上看，對于煤基超(chao)臨(lin)(lin)界CO2循(xun)環(huan)的研究(jiu)，國(guo)外仍處于起步階段。

我國(guo)(guo)(guo)在(zai)該領域的(de)研(yan)究(jiu)與國(guo)(guo)(guo)外的(de)研(yan)究(jiu)基本同步。西(xi)安(an)(an)熱(re)(re)工研(yan)究(jiu)院有限公(gong)司（西(xi)安(an)(an)熱(re)(re)工院）、中國(guo)(guo)(guo)科(ke)學(xue)院、中國(guo)(guo)(guo)核(he)動力(li)研(yan)究(jiu)院、清華(hua)大(da)學(xue)、西(xi)安(an)(an)交通大(da)學(xue)等(deng)單(dan)位相繼開(kai)展了超(chao)(chao)臨界CO2循(xun)環(huan)的(de)相關(guan)研(yan)究(jiu)。國(guo)(guo)(guo)家科(ke)技(ji)部(bu)相繼支持了“超(chao)(chao)臨界CO2太(tai)陽能熱(re)(re)發電關(guan)鍵(jian)基礎問(wen)題(ti)研(yan)究(jiu)”“超(chao)(chao)高(gao)參(can)數(shu)高(gao)效(xiao)CO2燃煤發電基礎理(li)(li)論(lun)研(yan)究(jiu)與關(guan)鍵(jian)技(ji)術研(yan)究(jiu)”“兆(zhao)瓦級(ji)高(gao)效(xiao)緊湊新(xin)型(xing)海(hai)洋核(he)動力(li)裝置基礎理(li)(li)論(lun)及關(guan)鍵(jian)技(ji)術研(yan)究(jiu)”等(deng)重點(dian)研(yan)發計劃項(xiang)目(mu)。經過不懈的(de)努力(li)，國(guo)(guo)(guo)內(nei)在(zai)超(chao)(chao)臨界CO2循(xun)環(huan)構建、超(chao)(chao)臨界CO2流動傳熱(re)(re)機理(li)(li)等(deng)方向(xiang)上的(de)部(bu)分成(cheng)果達到了國(guo)(guo)(guo)際先(xian)進水平。

西(xi)安熱工(gong)院的(de)5 MW超(chao)臨界CO2循環發(fa)(fa)電驗證平臺(tai)(tai)（圖(tu)2），已于2020年12月建設完成。該(gai)平臺(tai)(tai)最高壓力為(wei)21.5 MPa，最高溫度為(wei)600℃，最大流量為(wei)306 t/h，是目前世界上容量最大、參數最高的(de)超(chao)臨界CO2循環驗證平臺(tai)(tai)。該(gai)平臺(tai)(tai)的(de)建成投運將極大地推動新型高效發(fa)(fa)電技術的(de)發(fa)(fa)展(zhan)和工(gong)程應用(yong)。

圖2 5 MW超(chao)臨界CO2循環(huan)發電驗證平臺(tai)

目前，隨著(zhu)5 MW超(chao)臨(lin)界CO2發(fa)電平(ping)臺的(de)投運，關鍵(jian)技(ji)術(shu)(shu)和(he)關鍵(jian)設備逐步得到驗(yan)證(zheng)和(he)完善，該技(ji)術(shu)(shu)工(gong)程應用研究已經全面展(zhan)開。西安熱(re)工(gong)院和(he)相關單位正在進行(xing)50 MW超(chao)臨(lin)界CO2光熱(re)發(fa)電可(ke)行(xing)性研究和(he)初步設計(ji)，預計(ji)在2030年左右實現300 MW超(chao)臨(lin)界CO2煤(mei)(mei)電機組工(gong)程示范，凈效(xiao)率不低(di)于(yu)(yu)50%；2040年實現700℃等級大型超(chao)臨(lin)界CO2燃煤(mei)(mei)發(fa)電機組的(de)工(gong)程示范，凈效(xiao)率不低(di)于(yu)(yu)55%。

2.3煤電機組靈(ling)活性技術

為了解決新能源消納(na)的(de)問(wen)題，煤電(dian)(dian)運行需要(yao)(yao)更加靈活，調(diao)(diao)(diao)峰能力更加突出(chu)可靠(kao)。煤電(dian)(dian)機組調(diao)(diao)(diao)峰技(ji)術需要(yao)(yao)重(zhong)點(dian)研究(jiu)或(huo)突破的(de)地方(fang)主要(yao)(yao)包括2方(fang)面：一是調(diao)(diao)(diao)峰的(de)深度(du)，二是調(diao)(diao)(diao)峰的(de)速度(du)。火(huo)電(dian)(dian)正由傳統(tong)的(de)提供(gong)(gong)電(dian)(dian)力、電(dian)(dian)量的(de)主體電(dian)(dian)源，逐步轉(zhuan)變為提供(gong)(gong)電(dian)(dian)力、電(dian)(dian)量的(de)同時，向(xiang)電(dian)(dian)力系統(tong)提供(gong)(gong)可靠(kao)容量、調(diao)(diao)(diao)峰調(diao)(diao)(diao)頻等輔助(zhu)服(fu)務(wu)的(de)基礎性、調(diao)(diao)(diao)節(jie)性電(dian)(dian)源。

隨著新(xin)能(neng)源(yuan)比例(li)的(de)增加(jia)，電(dian)網對于瞬(shun)間(jian)大幅甩負荷(he)(he)的(de)響應能(neng)力(li)(li)要大幅提(ti)升，迫切需(xu)要從(cong)技術上提(ti)高煤電(dian)負荷(he)(he)快速升降的(de)能(neng)力(li)(li)。

2.3.1鍋(guo)爐深度調(diao)峰技術

根據爐(lu)型、煤(mei)質、燃(ran)燒(shao)設備的不同，目前國(guo)內(nei)大部分(fen)燃(ran)煤(mei)鍋爐(lu)低負(fu)(fu)荷(he)穩燃(ran)能力在40%~50%額(e)定負(fu)(fu)荷(he)，通過改造下探(tan)至20%~30%額(e)定負(fu)(fu)荷(he)。

鍋爐深度調峰主要面臨低(di)負荷穩(wen)燃和環(huan)保達(da)標(biao)2個問題。

提高(gao)鍋(guo)爐(lu)(lu)低負荷穩燃能(neng)力的主要技術措施(shi)有：鍋(guo)爐(lu)(lu)精細化運(yun)行調整，基(ji)于強化燃燒(shao)的鍋(guo)爐(lu)(lu)燃燒(shao)器改(gai)造(zao)，鍋(guo)爐(lu)(lu)制粉(fen)系統改(gai)造(zao)，摻(chan)燒(shao)高(gao)揮發分煤質改(gai)造(zao)，以及等離子體、微油、富氧等助燃改(gai)造(zao)等。

目前，絕大部分煤電機組(zu)(zu)脫(tuo)硝(xiao)裝置(zhi)(zhi)的(de)工作溫度(du)為300~420℃。當(dang)機組(zu)(zu)深度(du)調(diao)(diao)峰時，隨著鍋爐負荷(he)的(de)降低(di)，脫(tuo)硝(xiao)裝置(zhi)(zhi)入口煙(yan)溫將降至300℃以下。為避免脫(tuo)硝(xiao)催(cui)化劑(ji)失去活(huo)性，脫(tuo)硝(xiao)裝置(zhi)(zhi)需要退出運(yun)行，導(dao)致氮氧化物排(pai)放(fang)超標，機組(zu)(zu)調(diao)(diao)峰中止(zhi)。因此(ci)，針(zhen)對(dui)深度(du)調(diao)(diao)峰期(qi)間，脫(tuo)硝(xiao)裝置(zhi)(zhi)無法投入的(de)機組(zu)(zu)，需要進行提高脫(tuo)硝(xiao)裝置(zhi)(zhi)入口煙(yan)溫改造。主要的(de)低(di)負荷(he)選擇性催(cui)化還原(yuan)（SCR）脫(tuo)硝(xiao)入口煙(yan)溫提升技術(shu)有省煤器(qi)煙(yan)氣旁(pang)路(lu)、省煤器(qi)水(shui)側旁(pang)路(lu)、省煤器(qi)分級布置(zhi)(zhi)、回熱(re)抽汽補(bu)充給水(shui)、熱(re)水(shui)再循(xun)環(huan)等技術(shu)。

上(shang)述技術(shu)措施都是常規手段，需(xu)要(yao)針對不(bu)同(tong)的(de)機組采用不(bu)同(tong)的(de)組合。

2.3.2控制系統調(diao)峰適應性技術

我國火(huo)電機(ji)組在50%額(e)定負(fu)荷以(yi)(yi)下普遍以(yi)(yi)啟停機(ji)過程控(kong)制(zhi)(zhi)為主，分散控(kong)制(zhi)(zhi)系統（DCS）控(kong)制(zhi)(zhi)邏輯未能(neng)在50%額(e)定負(fu)荷以(yi)(yi)下進(jin)行連續(xu)運(yun)行甚至響(xiang)應(ying)調(diao)峰調(diao)頻的調(diao)試。

火(huo)電(dian)機(ji)(ji)組(zu)深度調峰運(yun)(yun)行(xing)負荷(he)(he)(he)范(fan)圍一般目標(biao)為30%~100%額(e)(e)定負荷(he)(he)(he)。這不僅是簡單(dan)的(de)(de)(de)運(yun)(yun)行(xing)負荷(he)(he)(he)范(fan)圍變(bian)寬，從自動調節和控制角(jiao)度，汽動給水泵(beng)、變(bian)頻泵(beng)、調節閥等大量對象(xiang)的(de)(de)(de)非線(xian)性特(te)性隨工況(kuang)(kuang)范(fan)圍的(de)(de)(de)變(bian)寬而變(bian)得不可忽視(shi)。很多控制回路(lu)匹配30%~100%額(e)(e)定負荷(he)(he)(he)范(fan)圍工況(kuang)(kuang)變(bian)得異(yi)常困(kun)難，導(dao)致機(ji)(ji)組(zu)常常表現(xian)在某些工況(kuang)(kuang)下自動控制運(yun)(yun)行(xing)的(de)(de)(de)異(yi)常，給進一步提高(gao)變(bian)負荷(he)(he)(he)速率指標(biao)給機(ji)(ji)組(zu)的(de)(de)(de)安(an)全穩定運(yun)(yun)行(xing)帶來極大的(de)(de)(de)挑戰。

機組深度調峰運(yun)(yun)行時，大量設(she)備(bei)接近極限工(gong)況運(yun)(yun)行，輔機跳閘、主(zhu)燃料跳閘等保護和切(qie)(qie)除自動等功能回路如有誤動或(huo)切(qie)(qie)手動都極易威脅整個系統的安全穩定運(yun)(yun)行。若要(yao)實現(xian)更(geng)進(jin)一步(bu)深度調峰，需要(yao)針對鍋(guo)爐燃燒(shao)進(jin)行控制(zhi)優化，修改邏輯（圖(tu)3）。

圖3燃煤鍋爐智能協調優化(hua)控(kong)制

2.3.3熱電解耦技(ji)術

1）汽輪(lun)機高低旁(pang)路熱(re)(re)電(dian)解(jie)耦技(ji)術汽輪(lun)機旁(pang)路的(de)(de)設計目的(de)(de)在(zai)于協調鍋(guo)爐(lu)產汽量(liang)與汽輪(lun)機耗汽量(liang)之間(jian)的(de)(de)不平衡，實(shi)現一定程度的(de)(de)熱(re)(re)電(dian)解(jie)耦，提高機組對(dui)負(fu)荷、供(gong)熱(re)(re)的(de)(de)適應性以及運行(xing)靈(ling)活性。利用機組已有(you)的(de)(de)旁(pang)路或者新建(jian)的(de)(de)旁(pang)路可(ke)以實(shi)現對(dui)外(wai)供(gong)熱(re)(re)。汽輪(lun)機旁(pang)路供(gong)熱(re)(re)系統如圖4所(suo)示。

圖4汽輪機旁(pang)路(lu)供熱(re)系統

汽輪機(ji)高低(di)旁(pang)路供熱按其供熱形(xing)式可以分(fen)為(wei)：

1）低(di)壓旁(pang)路單(dan)獨對外供熱；

2）高(gao)壓旁路(lu)部分(fen)主蒸汽對外供熱；

3）汽(qi)輪機高低旁路聯(lian)合供熱。

目前(qian)應用較多的是(shi)低壓旁路單(dan)獨對(dui)外(wai)供熱和汽輪(lun)機高低旁路聯(lian)合供熱2種方式。

2）低(di)壓(ya)(ya)缸(gang)(gang)(gang)零(ling)(ling)出(chu)力(li)(li)(li)熱(re)電(dian)解耦技術(shu)(shu)供(gong)熱(re)機(ji)組(zu)一(yi)般受低(di)壓(ya)(ya)缸(gang)(gang)(gang)冷卻蒸(zheng)汽(qi)(qi)流量限(xian)值和(he)以(yi)熱(re)定電(dian)運(yun)行(xing)(xing)方(fang)式(shi)(shi)(shi)的(de)影響，電(dian)調峰(feng)能(neng)(neng)力(li)(li)(li)有限(xian)，很難適(shi)應電(dian)網深(shen)度(du)調峰(feng)需(xu)求，供(gong)熱(re)能(neng)(neng)力(li)(li)(li)也(ye)受限(xian)制。低(di)壓(ya)(ya)缸(gang)(gang)(gang)零(ling)(ling)出(chu)力(li)(li)(li)技術(shu)(shu)是突(tu)破(po)這(zhe)一(yi)難題(ti)有效手(shou)段(duan)。圖5為(wei)低(di)壓(ya)(ya)缸(gang)(gang)(gang)零(ling)(ling)出(chu)力(li)(li)(li)供(gong)熱(re)技術(shu)(shu)系(xi)統(tong)示意。該技術(shu)(shu)是在(zai)低(di)壓(ya)(ya)缸(gang)(gang)(gang)高真空運(yun)行(xing)(xing)條件下，關閉低(di)壓(ya)(ya)缸(gang)(gang)(gang)入口閥門(men)，將原進(jin)入低(di)壓(ya)(ya)缸(gang)(gang)(gang)的(de)蒸(zheng)汽(qi)(qi)用于(yu)(yu)供(gong)熱(re)，實(shi)現汽(qi)(qi)輪(lun)機(ji)低(di)壓(ya)(ya)缸(gang)(gang)(gang)零(ling)(ling)出(chu)力(li)(li)(li)運(yun)行(xing)(xing)。以(yi)某機(ji)組(zu)為(wei)例，經低(di)壓(ya)(ya)缸(gang)(gang)(gang)零(ling)(ling)出(chu)力(li)(li)(li)改造后其低(di)壓(ya)(ya)缸(gang)(gang)(gang)進(jin)汽(qi)(qi)量減少，大(da)量蒸(zheng)汽(qi)(qi)用于(yu)(yu)供(gong)熱(re)，相應冷源損失減少，供(gong)熱(re)季平均發電(dian)煤耗(hao)(hao)下降約40 g/(kW?h)。低(di)壓(ya)(ya)缸(gang)(gang)(gang)零(ling)(ling)出(chu)力(li)(li)(li)改造技術(shu)(shu)突(tu)破(po)傳統(tong)供(gong)熱(re)機(ji)組(zu)運(yun)行(xing)(xing)理論，實(shi)現了機(ji)組(zu)低(di)壓(ya)(ya)缸(gang)(gang)(gang)零(ling)(ling)出(chu)力(li)(li)(li)運(yun)行(xing)(xing)，從而大(da)幅降低(di)低(di)壓(ya)(ya)缸(gang)(gang)(gang)的(de)冷卻蒸(zheng)汽(qi)(qi)消耗(hao)(hao)量，提高汽(qi)(qi)輪(lun)機(ji)電(dian)調峰(feng)能(neng)(neng)力(li)(li)(li)和(he)供(gong)熱(re)抽(chou)汽(qi)(qi)能(neng)(neng)力(li)(li)(li)，并能(neng)(neng)夠實(shi)現抽(chou)汽(qi)(qi)凝汽(qi)(qi)式(shi)(shi)(shi)運(yun)行(xing)(xing)方(fang)式(shi)(shi)(shi)與(yu)零(ling)(ling)出(chu)力(li)(li)(li)運(yun)行(xing)(xing)方(fang)式(shi)(shi)(shi)的(de)在(zai)線靈活切(qie)換，使機(ji)組(zu)同時具備高背壓(ya)(ya)機(ji)組(zu)供(gong)熱(re)能(neng)(neng)力(li)(li)(li)大(da)、抽(chou)汽(qi)(qi)凝汽(qi)(qi)式(shi)(shi)(shi)供(gong)熱(re)機(ji)組(zu)運(yun)行(xing)(xing)方(fang)式(shi)(shi)(shi)靈活的(de)特點(dian)，顯著提升運(yun)行(xing)(xing)靈活性。

圖5低壓缸零出力供熱技術(shu)系統

2.3.4儲(chu)熱耦(ou)合調峰技術(shu)

目前的(de)(de)(de)火電機組(zu)(zu)靈活性(xing)(xing)較差，主(zhu)要是(shi)因為(wei)機組(zu)(zu)的(de)(de)(de)鍋爐和(he)汽(qi)(qi)輪機間具(ju)有(you)很(hen)強的(de)(de)(de)耦(ou)合關系，當需要寬負(fu)(fu)荷運(yun)行時，汽(qi)(qi)輪機具(ju)有(you)較好的(de)(de)(de)負(fu)(fu)荷調(diao)節(jie)能力，但鍋爐受最低穩燃(ran)負(fu)(fu)荷的(de)(de)(de)限制，不能進一步降低負(fu)(fu)荷率，限制了機組(zu)(zu)的(de)(de)(de)調(diao)峰(feng)能力。為(wei)提高火電機組(zu)(zu)的(de)(de)(de)靈活性(xing)(xing)，適用于深度調(diao)峰(feng)，需要采取(qu)措施將機組(zu)(zu)的(de)(de)(de)鍋爐和(he)汽(qi)(qi)輪機進行解耦(ou)。

采用(yong)儲能可(ke)以(yi)(yi)(yi)在(zai)用(yong)電(dian)(dian)負荷低谷時充(chong)電(dian)(dian)，在(zai)用(yong)電(dian)(dian)尖峰時放電(dian)(dian)，以(yi)(yi)(yi)降低負荷尖峰。利用(yong)儲能系統的替代(dai)效應可(ke)以(yi)(yi)(yi)將煤電(dian)(dian)的容(rong)量(liang)釋(shi)放出(chu)來，從而提高火電(dian)(dian)機組(zu)的利用(yong)率，增(zeng)加其經濟性。

目前，已經可以(yi)實現工程應(ying)用的是高溫熔(rong)鹽儲(chu)熱耦合火電機組調(diao)峰技術，其(qi)系(xi)統結構(gou)如圖6所示。

在機(ji)組(zu)參(can)與電網(wang)調(diao)峰需要降(jiang)低出力時，保持鍋爐負(fu)荷(he)(he)不變(bian)，通過抽(chou)取部分主蒸汽(qi)和再熱(re)蒸汽(qi)進(jin)入儲(chu)熱(re)模塊，換熱(re)后(hou)根(gen)(gen)據參(can)數(shu)匹配返回機(ji)組(zu)的相(xiang)應熱(re)力系(xi)統(tong)(tong)接口(kou)，實(shi)現機(ji)組(zu)出力降(jiang)低的同(tong)時將部分熱(re)量存(cun)儲(chu)于儲(chu)熱(re)模塊；在機(ji)組(zu)參(can)與電網(wang)調(diao)峰需要增加出力時，仍(reng)然保持鍋爐負(fu)荷(he)(he)不變(bian)，根(gen)(gen)據參(can)數(shu)匹配從機(ji)組(zu)的相(xiang)應熱(re)力系(xi)統(tong)(tong)接口(kou)抽(chou)出部分蒸汽(qi)或(huo)(huo)給水(shui)進(jin)入儲(chu)熱(re)模塊，換熱(re)后(hou)根(gen)(gen)據參(can)數(shu)與相(xiang)應的熱(re)力系(xi)統(tong)(tong)接口(kou)蒸汽(qi)或(huo)(huo)給水(shui)混合，返回機(ji)組(zu)，實(shi)現機(ji)組(zu)出力的升高。

在機組要求(qiu)(qiu)低(di)負(fu)荷(he)(he)運行時，鍋(guo)爐(lu)燃(ran)燒量不(bu)變，汽輪機負(fu)荷(he)(he)降(jiang)低(di)，利用儲(chu)熱介質將高品位能量儲(chu)存，負(fu)荷(he)(he)變化(hua)不(bu)受鍋(guo)爐(lu)最(zui)低(di)穩燃(ran)負(fu)荷(he)(he)影響，增(zeng)加機組調(diao)峰負(fu)荷(he)(he)范圍和靈(ling)活性(xing)，可以實(shi)現深度調(diao)峰的(de)需求(qiu)(qiu)，調(diao)峰深度降(jiang)低(di)至18%額定負(fu)荷(he)(he)。

圖6高(gao)溫(wen)熔鹽儲熱耦合(he)火(huo)電機組調峰技術

在機組要求高負荷(he)運(yun)行時，鍋爐燃燒(shao)量(liang)不變，利(li)用儲(chu)熱介(jie)質放熱提(ti)升汽輪(lun)機負荷(he)，提(ti)高能量(liang)利(li)用效率(lv)。汽輪(lun)機組不做(zuo)其他改造情況下(xia)可實現機組峰值時間(jian)段內持續擴容(rong)5%。

2.4煤電機組(zu)調峰政策建(jian)議

2020年煤電(dian)發(fa)電(dian)量約4.8萬億kW?h，占全社會總(zong)發(fa)電(dian)量的(de)65%，年利(li)用小時為(wei)(wei)4 400 h，負荷率約為(wei)(wei)50%。若負荷率降至30%，年利(li)用小時將為(wei)(wei)2 600 h，年發(fa)電(dian)量將減少至2.8萬億kW?h，可為(wei)(wei)新能(neng)(neng)源上網騰(teng)出(chu)空間，且(qie)保持煤電(dian)的(de)調峰(feng)備用功能(neng)(neng)。

煤電(dian)調峰(feng)備(bei)(bei)用(yong)后(hou)，整個(ge)行(xing)業的燃煤量(liang)減(jian)少約為53 400萬t/a，合計減(jian)排CO215.3億t/a。建議用(yong)減(jian)排量(liang)彌補(bu)費用(yong)缺(que)口，對(dui)(dui)騰出上網空間的調峰(feng)備(bei)(bei)用(yong)煤電(dian)機(ji)組，進行(xing)碳(tan)交(jiao)易補(bu)償(chang)。對(dui)(dui)于(yu)在極(ji)端(duan)情況(kuang)下(xia)，能及時滿足電(dian)力(li)系(xi)統特殊(shu)要(yao)求的機(ji)組，給予特殊(shu)的資(zi)金(jin)獎勵，以保(bao)證煤電(dian)機(ji)組調峰(feng)備(bei)(bei)用(yong)功能不被(bei)荒廢，確保(bao)整個(ge)電(dian)力(li)系(xi)統的穩定。

3碳捕集及應用技術

碳捕(bu)(bu)集、利(li)用(yong)與封存（CCUS）是指將(jiang)CO2從(cong)工業或其他排(pai)放源中分(fen)離出來，并運輸到特定(ding)地點加以(yi)利(li)用(yong)或封存，以(yi)實現被捕(bu)(bu)集CO2與大(da)氣的長(chang)期(qi)隔離（圖(tu)7）。CCUS技(ji)(ji)術(shu)是我國實現2030碳達峰和2060碳中和目標的重要(yao)技(ji)(ji)術(shu)組成(cheng)部(bu)分(fen)。

圖7 CCUS系統

CO2地(di)質封(feng)(feng)存(cun)(cun)(cun)(cun)(cun)是指通過工程(cheng)技術(shu)手段將(jiang)捕集的(de)CO2儲存(cun)(cun)(cun)(cun)(cun)于地(di)質構(gou)造中(zhong)，實(shi)現與(yu)大氣(qi)(qi)(qi)長期隔絕的(de)過程(cheng)。按照不同的(de)封(feng)(feng)存(cun)(cun)(cun)(cun)(cun)地(di)質體劃分(fen)，主要(yao)(yao)包(bao)括陸上(shang)咸(xian)(xian)水(shui)(shui)層封(feng)(feng)存(cun)(cun)(cun)(cun)(cun)、海底咸(xian)(xian)水(shui)(shui)層封(feng)(feng)存(cun)(cun)(cun)(cun)(cun)、枯竭油(you)氣(qi)(qi)(qi)田封(feng)(feng)存(cun)(cun)(cun)(cun)(cun)等技術(shu)。陸上(shang)咸(xian)(xian)水(shui)(shui)層封(feng)(feng)存(cun)(cun)(cun)(cun)(cun)所需技術(shu)要(yao)(yao)素(su)幾(ji)乎都存(cun)(cun)(cun)(cun)(cun)在于油(you)氣(qi)(qi)(qi)開采(cai)行業，油(you)氣(qi)(qi)(qi)行業已有(you)技術(shu)要(yao)(yao)素(su)能夠部分(fen)滿(man)足示范工程(cheng)的(de)需求。對中(zhong)國(guo)而言，陸上(shang)咸(xian)(xian)水(shui)(shui)層封(feng)(feng)存(cun)(cun)(cun)(cun)(cun)各技術(shu)要(yao)(yao)素(su)的(de)發展程(cheng)度很不一致，其中(zhong)監(jian)測與(yu)預警、補救技術(shu)等還僅(jin)處于研(yan)發水(shui)(shui)平。海底咸(xian)(xian)水(shui)(shui)層封(feng)(feng)存(cun)(cun)(cun)(cun)(cun)與(yu)陸上(shang)咸(xian)(xian)水(shui)(shui)層封(feng)(feng)存(cun)(cun)(cun)(cun)(cun)有(you)一定相似性，但(dan)工程(cheng)難(nan)度更大。國(guo)外(wai)已有(you)多年(nian)工程(cheng)實(shi)踐(jian)經(jing)驗(yan)，但(dan)在中(zhong)國(guo)尚無示范先例。

3.1碳(tan)捕集技術(shu)政策建議

火電(dian)(dian)(dian)加(jia)裝CCUS可(ke)(ke)以推動電(dian)(dian)(dian)力(li)(li)(li)(li)系統(tong)近(jin)零(ling)碳排(pai)放，提供穩定清潔電(dian)(dian)(dian)力(li)(li)(li)(li)，平衡可(ke)(ke)再生能源發電(dian)(dian)(dian)的(de)(de)波動性(xing)(xing)，在(zai)避(bi)免季節性(xing)(xing)或長期性(xing)(xing)的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)力(li)(li)(li)(li)短缺(que)方面(mian)發揮慣性(xing)(xing)支撐(cheng)和頻率控制等重要作用。因此，在(zai)充分考(kao)慮電(dian)(dian)(dian)力(li)(li)(li)(li)系統(tong)靈(ling)活(huo)性(xing)(xing)、可(ke)(ke)靠性(xing)(xing)和碳排(pai)放的(de)(de)情況下(xia)，CCUS技術在(zai)電(dian)(dian)(dian)力(li)(li)(li)(li)系統(tong)中的(de)(de)競爭力(li)(li)(li)(li)將持續增強。

火電(dian)加裝(zhuang)CCUS可(ke)以避免(mian)已經投產的機組提(ti)(ti)前(qian)退役，降(jiang)低實現“碳達峰、碳中(zhong)和(he)”目標的經濟成本(ben)。碳捕(bu)集(ji)改造對于一(yi)些(xie)附近可(ke)封(feng)存CO2或利用(yong)CO2的火電(dian)廠最具吸引力，利用(yong)捕(bu)集(ji)的CO2進行驅油(you)可(ke)以大幅提(ti)(ti)高CCUS技術的經濟效益。同時(shi)，考慮(lv)碳市(shi)場和(he)碳稅等(deng)激勵政策，CCUS在(zai)未來有(you)望實現商業化(hua)推(tui)廣。

3.2碳捕(bu)集技(ji)術(shu)經濟性分析

電(dian)力行業CO2排(pai)放(fang)屬于低濃度排(pai)放(fang)源，捕(bu)集(ji)成(cheng)本相(xiang)對較高。安(an)裝(zhuang)碳(tan)捕(bu)集(ji)裝(zhuang)置將(jiang)產生額(e)外的(de)(de)資本投入(ru)和運(yun)行維(wei)護成(cheng)本等。以(yi)火電(dian)廠安(an)裝(zhuang)為例，第一代(dai)燃燒后(hou)捕(bu)集(ji)技術(shu)的(de)(de)成(cheng)本（以(yi)CO2計，下同）約(yue)為300~450元(yuan)/t，能耗(hao)(hao)（以(yi)CO2計，下同）約(yue)為3.0 GJ/t，發電(dian)效率損失10百分點(dian)~13百分點(dian)；第二代(dai)燃燒后(hou)捕(bu)集(ji)技術(shu)的(de)(de)能耗(hao)(hao)約(yue)為2.0~2.5 GJ/t，發電(dian)效率損失5百分點(dian)~8百分點(dian)。此外，在(zai)大(da)部分項目仍(reng)以(yi)罐車為主要運(yun)輸方(fang)式(shi)的(de)(de)現實(shi)條件下，引入(ru)CO2運(yun)輸也將(jiang)額(e)外增(zeng)加(jia)約(yue)1元(yuan)/(t?km)的(de)(de)運(yun)行成(cheng)本，在(zai)運(yun)輸距(ju)離達(da)100 km時，每(mei)噸也將(jiang)增(zeng)加(jia)上百元(yuan)的(de)(de)運(yun)行成(cheng)本。

碳(tan)市(shi)場(chang)交(jiao)(jiao)易可(ke)以一(yi)(yi)定程度上彌補(bu)CCUS技術的部(bu)署成(cheng)(cheng)本。中國正在推進全國碳(tan)交(jiao)(jiao)易市(shi)場(chang)的建(jian)立，發電行(xing)業是(shi)首先被納(na)入(ru)交(jiao)(jiao)易的主體(ti)。總(zong)體(ti)來(lai)看，目前碳(tan)配額成(cheng)(cheng)交(jiao)(jiao)量和(he)成(cheng)(cheng)交(jiao)(jiao)額呈上升(sheng)趨(qu)勢(shi)，截至2020年(nian)8月，試點省市(shi)碳(tan)市(shi)場(chang)累計(ji)成(cheng)(cheng)交(jiao)(jiao)量超(chao)過4億(yi)(yi)t，累計(ji)成(cheng)(cheng)交(jiao)(jiao)額超(chao)過90億(yi)(yi)元(yuan)。據預測，到2030年(nian)，中國的平(ping)均碳(tan)價(jia)（以CO2計(ji)，下同）將(jiang)上升(sheng)到93元(yuan)/t，到2050年(nian)將(jiang)超(chao)過167元(yuan)/t。未來(lai)碳(tan)交(jiao)(jiao)易市(shi)場(chang)的發展和(he)逐(zhu)步(bu)完(wan)善以及碳(tan)價(jia)的提升(sheng)將(jiang)抵(di)消一(yi)(yi)部(bu)分CCUS成(cheng)(cheng)本。總(zong)體(ti)來(lai)說，短(duan)期內還需依靠補(bu)貼政策，才能局部(bu)獲得應(ying)用。

3.3碳捕集技術應用(yong)前景

由于(yu)技(ji)(ji)術成熟度(du)和成本原(yuan)因，我國(guo)CCUS技(ji)(ji)術在2030年(nian)(nian)前應該還是以研發(fa)(fa)示范為主，尚(shang)不會(hui)得到大規模發(fa)(fa)展(zhan)。因此，2030年(nian)(nian)前，我國(guo)碳減排(pai)主要(yao)依(yi)靠大力發(fa)(fa)展(zhan)節能(neng)(neng)(neng)增效(xiao)和可再生能(neng)(neng)(neng)源技(ji)(ji)術，CCUS技(ji)(ji)術是我國(guo)未來減少溫室氣體排(pai)放的(de)(de)(de)重要(yao)戰略(lve)儲備(bei)技(ji)(ji)術。2030年(nian)(nian)后(hou)隨著(zhu)技(ji)(ji)術的(de)(de)(de)進步、碳價的(de)(de)(de)提高以及CO2驅(qu)油與利用技(ji)(ji)術的(de)(de)(de)發(fa)(fa)展(zhan)，CCUS應用價值的(de)(de)(de)潛力將會(hui)大幅度(du)釋放，成為我國(guo)化石能(neng)(neng)(neng)源為主的(de)(de)(de)能(neng)(neng)(neng)源結構向低碳多元供能(neng)(neng)(neng)體系(xi)轉變的(de)(de)(de)重要(yao)技(ji)(ji)術保障。

4結論

1）煤電(dian)是我國電(dian)力安全(quan)的(de)戰略力量，我國建設社(she)會主義現代化(hua)國家和(he)滿足(zu)人民對(dui)美好生(sheng)活(huo)的(de)向往都需要(yao)(yao)保(bao)留一定比例的(de)煤電(dian)份額。而煤燃燒是CO2排(pai)放的(de)主要(yao)(yao)來源(yuan)(yuan)。因(yin)此，煤電(dian)將(jiang)在滿足(zu)電(dian)力供(gong)應安全(quan)的(de)前(qian)提(ti)下不斷降(jiang)低(di)發電(dian)量，以(yi)實現更少的(de)碳排(pai)放。據預測：到2030年，我國需要(yao)(yao)保(bao)留燃煤發電(dian)裝(zhuang)機12.13億kW；到2060年仍需維持7億kW左右，以(yi)保(bao)障(zhang)我國能(neng)源(yuan)(yuan)電(dian)力供(gong)應安全(quan)和(he)調(diao)峰、供(gong)暖(nuan)需求。

2）煤(mei)電的(de)低碳化(hua)發(fa)展對(dui)我國(guo)“雙碳”目標(biao)的(de)實現(xian)至關重要。對(dui)于存量的(de)煤(mei)電機組(zu)，需要大力(li)進行節能提效改(gai)造，把(ba)煤(mei)耗降(jiang)到300 g/(kW?h)以下(xia)。對(dui)于達到設計使(shi)用(yong)壽(shou)命的(de)機組(zu)，通過(guo)機組(zu)延壽(shou)改(gai)造并同步實施提升(sheng)參(can)數(shu)改(gai)造以大幅提升(sheng)機組(zu)的(de)經濟(ji)性。另外，需要推進科技創新，大力(li)發(fa)展高(gao)參(can)數(shu)超超臨界技術和超臨界CO2循環等新型高(gao)效動力(li)系(xi)統，把(ba)新建煤(mei)電機組(zu)的(de)煤(mei)耗降(jiang)到250 g/(kW?h)以下(xia)。

3）同時，全面(mian)提(ti)升煤電機組的自身靈活性(xing)(xing)，大力發(fa)展鍋爐深(shen)度調(diao)(diao)峰(feng)、熱電解耦以及(ji)儲能耦合調(diao)(diao)峰(feng)等技術(shu)和提(ti)高(gao)控制系統調(diao)(diao)峰(feng)適應(ying)性(xing)(xing)，制定調(diao)(diao)峰(feng)鼓勵政策，為可再生電力大規模(mo)接入(ru)提(ti)供支撐。

4）另外，需要儲(chu)備碳捕(bu)集(ji)與封存(cun)技術(shu)，開發(fa)低(di)成本CCUS技術(shu)，加強(qiang)政(zheng)策引導，為2060年(nian)碳中(zhong)和(he)目標的實現(xian)提供保(bao)障。