“‘雙碳(tan)(tan)’目標下,我國的(de)(de)電(dian)力(li)結構實現從高(gao)碳(tan)(tan)化(hua)石(shi)能(neng)(neng)源向綠(lv)色、低碳(tan)(tan)可(ke)再(zai)生能(neng)(neng)源轉型,最主要的(de)(de)措施(shi)是發展新能(neng)(neng)源,但由(you)于風光(guang)類新能(neng)(neng)源具有隨機性、間隙性、波動性且(qie)不可(ke)調的(de)(de)特(te)點,這需要煤電(dian)機組成為新能(neng)(neng)源電(dian)力(li)消納的(de)(de)保障。”在由(you)中(zhong)國能(neng)(neng)源學會和北(bei)京(jing)能(neng)(neng)源與環境學會組織的(de)(de)院士專家(jia)燃(ran)煤發電(dian)技(ji)術座談會上(shang),上(shang)海申能(neng)(neng)電(dian)力(li)科技(ji)有限公司總經理馮偉忠表示。
圖為申(shen)能安(an)徽平山(shan)電廠二期
加速推(tui)動煤(mei)電(dian)(dian)(dian)由(you)常規主(zhu)力(li)電(dian)(dian)(dian)源(yuan)向基礎保(bao)障(zhang)性(xing)和(he)(he)系(xi)統調節性(xing)電(dian)(dian)(dian)源(yuan)并重轉型(xing)(xing),是新(xin)能源(yuan)產業(ye)發展(zhan)需(xu)要和(he)(he)國家能源(yuan)政(zheng)策重要導向。在構(gou)建(jian)新(xin)型(xing)(xing)電(dian)(dian)(dian)力(li)系(xi)統的(de)過(guo)程中(zhong),煤(mei)電(dian)(dian)(dian)裝機(ji)容量事關電(dian)(dian)(dian)力(li)供應的(de)安全底線,提(ti)高(gao)存量煤(mei)電(dian)(dian)(dian)機(ji)組的(de)靈(ling)活(huo)性(xing)和(he)(he)可靠(kao)性(xing)是其重要出路(lu)。在馮偉忠看來,隨著風光等新(xin)能源(yuan)比(bi)例(li)不斷提(ti)升,煤(mei)電(dian)(dian)(dian)靈(ling)活(huo)性(xing)改造(zao)的(de)需(xu)求將進一步釋放,在此過(guo)程中(zhong),技術創新(xin)將持續(xu)引領(ling)電(dian)(dian)(dian)力(li)行業(ye)減煤(mei)降碳。
技術減碳正當時
2021年,國(guo)家能(neng)(neng)源局(ju)聯合(he)科技(ji)部(bu)印發(fa)(fa)(fa)《“十四五”能(neng)(neng)源領域科技(ji)創(chuang)新(xin)規劃》,圍繞煤炭(tan)清潔高效轉化技(ji)術(shu)以及先進(jin)燃煤發(fa)(fa)(fa)電(dian)技(ji)術(shu)等,進(jin)一(yi)步(bu)推動煤電(dian)行業(ye)清潔低碳、安全(quan)高效發(fa)(fa)(fa)展。立足(zu)以煤為主的基本國(guo)情,新(xin)建(jian)項目優先采用大(da)容(rong)量(liang)、高參數、低能(neng)(neng)耗、調(diao)節能(neng)(neng)力好的發(fa)(fa)(fa)電(dian)機組。
中(zhong)國(guo)工(gong)程(cheng)院院士、中(zhong)國(guo)礦業大(da)學(北(bei)京)教授武強提出,業內需重(zhong)點關注2021中(zhong)央經濟工(gong)作會(hui)議中(zhong)強調(diao)的(de)內容,即傳(chuan)統能(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)逐(zhu)步退出要建立在新(xin)能(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)安全(quan)可靠的(de)替代基(ji)礎(chu)上,要立足以煤為主(zhu)的(de)基(ji)本國(guo)情,抓好(hao)煤炭清(qing)潔高效(xiao)利用,新(xin)增可再生(sheng)能(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)和原(yuan)料用能(neng)不納入能(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)消費總(zong)量控(kong)制。“換言之,可再生(sheng)能(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)在沒有成(cheng)為我國(guo)主(zhu)體能(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)之前,化石能(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)在未來(lai)一段時期內仍是(shi)我國(guo)的(de)主(zhu)體能(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)。”
武強(qiang)認為(wei),煤(mei)電(dian)的(de)清潔低碳(tan)(tan)化(hua)利(li)用(yong)(yong)包含三個思路(lu):一是(shi)通(tong)過(guo)高(gao)效的(de)方(fang)式,削減(jian)(jian)(jian)煤(mei)炭(tan)用(yong)(yong)量實(shi)現(xian)減(jian)(jian)(jian)排;二是(shi)以系統化(hua)的(de)思路(lu),通(tong)過(guo)采取CCS或(huo)者CCUS技(ji)(ji)術(shu)在(zai)末端(duan)進行減(jian)(jian)(jian)碳(tan)(tan);三是(shi)通(tong)過(guo)靈活性(xing)方(fang)式,推進儲能技(ji)(ji)術(shu)、調節調峰技(ji)(ji)術(shu)等來增大可(ke)再生(sheng)能源使用(yong)(yong)量,減(jian)(jian)(jian)少(shao)煤(mei)炭(tan)的(de)火力(li)發電(dian)供(gong)應時間,以實(shi)現(xian)減(jian)(jian)(jian)碳(tan)(tan)。
“在相(xiang)當長的(de)時期內(nei),我國(guo)還不(bu)具備(bei)退出煤電(dian)的(de)可(ke)行性,而煤電(dian)的(de)逐步(bu)脫碳(tan)(tan)才是業內(nei)應重點(dian)關注和(he)努力的(de)方(fang)向。”馮偉忠認為,現(xian)(xian)階段,通過技(ji)術(shu)減(jian)碳(tan)(tan),即“高(gao)效(xiao)化實(shi)現(xian)(xian)自身減(jian)碳(tan)(tan)”和(he)“靈活性實(shi)現(xian)(xian)結構減(jian)碳(tan)(tan)”是煤電(dian)的(de)兩大目標。
擺脫高溫高壓管道制約
目(mu)標(biao)已經確立,持續推(tui)動技(ji)術(shu)(shu)創新是下一步(bu)的(de)關鍵。近年來,為提高發電效率,煤(mei)電行業主要采用(yong)的(de)技(ji)術(shu)(shu)路徑(jing)為更(geng)高等級(ji)蒸汽參(can)數(700攝(she)氏度)以及二(er)次再熱技(ji)術(shu)(shu)。
馮(feng)偉忠認為(wei),發展以(yi)鎳基(ji)超級合金(jin)為(wei)基(ji)礎的700攝氏度等級技術,目(mu)前尚(shang)存在材料技術和造(zao)價瓶(ping)頸。
據記(ji)者(zhe)了(le)解,提(ti)高蒸(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)(qi)溫度(du)(du),是煤電(dian)機組(zu)效(xiao)率提(ti)升(sheng)的(de)(de)重要途徑(jing),但蒸(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)(qi)溫度(du)(du)上升(sheng)對蒸(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)(qi)管(guan)道材(cai)料提(ti)出(chu)了(le)更高要求,管(guan)道價(jia)格也隨之上漲。目前600攝(she)(she)氏度(du)(du)等(deng)級機組(zu)蒸(zheng)(zheng)汽(qi)(qi)(qi)管(guan)道綜合造(zao)價(jia)不(bu)到20萬(wan)元/噸(dun),而700攝(she)(she)氏度(du)(du)高效(xiao)超(chao)超(chao)臨(lin)界(jie)機組(zu)采用昂貴的(de)(de)鎳基超(chao)級合金,管(guan)道價(jia)格達300萬(wan)元/噸(dun)左(zuo)右(you)。在上述(shu)背(bei)景下,與現有600攝(she)(she)氏度(du)(du)等(deng)級機組(zu)相比,采用700攝(she)(she)氏度(du)(du)機組(zu)的(de)(de)電(dian)廠造(zao)價(jia)約為前者(zhe)的(de)(de)一倍(bei)。
為突破(po)采用更(geng)高等級蒸汽(qi)參(can)數(shu)以及二次再(zai)熱(re)技術的造價(jia)瓶(ping)頸,馮偉(wei)忠在(zai)國外較成熟的雙軸(zhou)(zhou)汽(qi)輪(lun)機(ji)組(zu)技術基礎上(shang),創新發(fa)明了一種(zhong)新型的汽(qi)輪(lun)發(fa)電機(ji)組(zu)方案,將高壓(ya)軸(zhou)(zhou)系放置在(zai)鍋爐本體外側臨近聯箱處(chu),低(di)位軸(zhou)(zhou)系保(bao)持不動,即(ji)高低(di)位分軸(zhou)(zhou)布(bu)置方案。
值得注意的是,目前(qian)這一(yi)技術創新已(yi)應用(yong)于申能安徽平山電(dian)廠二(er)期(qi)1350MW高低位分(fen)軸(zhou)布(bu)(bu)置二(er)次再熱超(chao)超(chao)臨界(jie)機組。記者(zhe)在項目現場看到(dao),塔式鍋爐(lu)(lu)高位發電(dian)機組布(bu)(bu)置在塔式鍋爐(lu)(lu)82米平臺處,相當于從原(yuan)來(lai)鍋爐(lu)(lu)的“腳邊”位置挪到(dao)了接近鍋爐(lu)(lu)“肩膀”的高度(du)。
“這不(bu)僅可(ke)以大(da)(da)大(da)(da)縮短高(gao)溫(wen)高(gao)壓蒸(zheng)汽管道(dao)長度,節省(sheng)大(da)(da)量高(gao)溫(wen)高(gao)壓管道(dao),而且(qie)可(ke)以大(da)(da)大(da)(da)降(jiang)低(di)主(zhu)(zhu)蒸(zheng)汽和再熱蒸(zheng)汽的壓降(jiang)和溫(wen)降(jiang),阻力更(geng)小(xiao)、散熱損失更(geng)少、管道(dao)建設成(cheng)本更(geng)低(di),機組效率與經濟(ji)性得以顯著提升。”據馮偉忠介(jie)紹,這一方案(an)可(ke)消除絕大(da)(da)部分高(gao)參數、高(gao)價(jia)值管道(dao),大(da)(da)幅節約投(tou)資,為700攝氏(shi)度等級機組的發展消除了最主(zhu)(zhu)要的制約因素。
目(mu)前,申(shen)能安徽平(ping)山電廠二(er)(er)期1350MW高低位(wei)分軸(zhou)布置二(er)(er)次(ci)再(zai)熱超超臨界機(ji)組已在2022年正式投入商(shang)業運行。機(ji)組設計(ji)供電煤(mei)耗251克(ke)/千瓦時,比目(mu)前最先進(jin)的兩(liang)次(ci)再(zai)熱機(ji)組煤(mei)耗進(jin)一步下降超15克(ke),大幅提高能源利(li)用水(shui)平(ping),平(ping)均每年可節省燃(ran)煤(mei)近10萬噸(dun)。
深度調峰經濟性可行
在技術創新(xin)的(de)基礎上,調峰經濟(ji)性(xing)是(shi)進一步(bu)追(zhui)求。“雙(shuang)(shuang)碳”目標下,煤(mei)電(dian)(dian)(dian)機組成(cheng)為新(xin)能(neng)源電(dian)(dian)(dian)力消納的(de)保(bao)(bao)障,在確保(bao)(bao)安(an)全、環保(bao)(bao)以及能(neng)耗升(sheng)幅不(bu)高的(de)前(qian)提下,大幅拓展煤(mei)電(dian)(dian)(dian)機組的(de)深(shen)度(du)調峰能(neng)力尤為關(guan)鍵(jian),如何做好深(shen)度(du)調峰助力“雙(shuang)(shuang)碳”,已(yi)成(cheng)為眾多煤(mei)電(dian)(dian)(dian)機組面臨的(de)現實(shi)難題。
值得注(zhu)意的是,深度(du)調峰具有(you)一定技術風險和成(cheng)本(ben)(ben)(ben)。“深調幅(fu)度(du)越大(da),風險和成(cheng)本(ben)(ben)(ben)越高。安全(quan)風險成(cheng)本(ben)(ben)(ben)、壽命損耗威本(ben)(ben)(ben)以及煤(mei)耗上(shang)升成(cheng)本(ben)(ben)(ben)等構(gou)成(cheng)了煤(mei)電機(ji)組在深度(du)調峰運行狀態(tai)下(xia)的主要成(cheng)本(ben)(ben)(ben)。”馮偉忠表示。
“要使深調(diao)補貼真(zhen)正(zheng)成為電廠(chang)盈利的新途徑,并確保(bao)機(ji)(ji)組(zu)安全(quan),就需要控制上述(shu)三(san)類成本。”馮偉忠表示(shi),正(zheng)常情況下,二(er)次再(zai)熱機(ji)(ji)組(zu)應(ying)盡可能高負荷運行,以充分發揮機(ji)(ji)組(zu)的經濟(ji)性優勢。但(dan)結(jie)合我(wo)國煤電發展(zhan)現狀(zhuang),我(wo)國的二(er)次再(zai)熱機(ji)(ji)組(zu)的發展(zhan)在保(bao)證基本發電負荷的同(tong)時(shi),還要承擔(dan)較(jiao)重的調(diao)峰任務,因此(ci),除安全(quan)高效外,應(ying)提高機(ji)(ji)組(zu)低(di)負荷下經濟(ji)性及(ji)靈(ling)活(huo)性,以實(shi)現結(jie)構(gou)性減碳。
“對于煤(mei)(mei)電(dian)機(ji)組的(de)提效(xiao)升級和清潔化利用,總(zong)能(neng)(neng)耗指標哪怕下降幾克煤(mei)(mei)也非常重要。”中國工程院院士余貽鑫認為,目前,風光等新能(neng)(neng)源發電(dian)需(xu)要調峰煤(mei)(mei)電(dian)來平抑波動,如果(guo)煤(mei)(mei)電(dian)機(ji)組能(neng)(neng)保持20%的(de)超(chao)低(di)(di)負(fu)荷(he)下的(de)調峰能(neng)(neng)力(li),將極大提高綠色能(neng)(neng)源的(de)使(shi)用占比。因此,煤(mei)(mei)電(dian)機(ji)組能(neng)(neng)夠安全、可(ke)靠地(di)維持低(di)(di)負(fu)荷(he)運(yun)行具有(you)重要意義。
在這(zhe)方面,申(shen)能安徽平(ping)山電廠二期(qi)亦走在前列(lie)。據馮(feng)偉(wei)忠介(jie)紹,該工程進(jin)行(xing)了一(yi)系列(lie)重大創新技(ji)術的應用,如彈性(xing)回熱(re)技(ji)術、全負荷低氧低氮燃燒、廣義變頻(pin)技(ji)術等。不(bu)僅(jin)提高了機組低負荷下的運行(xing)經濟性(xing),且(qie)實現了20%負荷深度(du)調(diao)(diao)峰(feng)干態穩定運行(xing)。“在此(ci)工況下,機組供電煤(mei)耗上升幅度(du)僅(jin)為70克/千(qian)瓦時水(shui)平(ping),成(cheng)本增量(liang)與深調(diao)(diao)補貼相比很小,從而保證了深度(du)調(diao)(diao)峰(feng)的經濟性(xing)。”