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深度丨我国火电机组缺乏灵活性的现状与改善之路

北极星电力网新闻中心  来源:应用能源技术  作者:龚胜等  2017/9/8 10:34:02  我要投稿  
所属频道: 火力发电   关键词: 火电机组 灵活性改造 调峰能力

北极星火力发电网讯:导读:电力发展“十三五”规划中明确要求充分挖掘现有系统调峰潜力,增强火电机组的灵活性,大幅度接纳新能源入网。文中阐述了我国火电机组缺乏灵活性的现状与潜在压力,主要从系统储热改造和调峰运行策略的角度介绍了国内外关于提升火电机组灵活性技术的发展状况,其中丹麦提升火电机组灵活性技术的实例有借鉴启示,并初步提出了我国火电机组灵活性改善的路径建议。

2016年11月初,国家发改委和能源局发布的电力发展“十三五”规划(以下简称《规划》)中明确表示要充分挖掘现有系统调峰潜力,着力增强系统尤其是火电机组的灵活性。自2006年颁布实施《可再生能源法》之后,我国新能源产业发展迅速。但是,由于新能源的波动性以及管理利用水平和配套政策的不完善等因素,新能源的消纳成了一个能源电力领域亟待解决的新问题。与此同时,电力体制改革正通过有序缩减发用电计划,开展发电企业与用户直接交易,逐步扩大市场化电量的比例,为进一步完善电力市场提供空间。因此,从电网侧、用户侧和电源侧统筹规划,提升火电机组灵活性,加强机组调峰能力和消纳新能源入网是“十三五”能源战略的调整重点。

据统计资料显示:2015年全国平均弃风率为15%;“三北”地区的弃风问题尤为严峻,弃风率超过30%。火电作为我国的主力电源,目前装机容量超过9亿kW,而其中大容量火电机组的调峰深度不到50%,北方地区热电机组的调峰深度只有20%左右。因此,探寻提升火电机组灵活性的技术路径,以适应新的能源战略要求,更好地接纳新能源入网,以及实现在役大容量火电机组的技术改造优化都有实际意义。

我国火电机组缺乏灵活性的潜在压力

1.能源与环境压力

能源作为环境的组成部分,在能源开发和利用的整个生命周期中,从能源资源的开采、加工和运输到二次能源的生产发电以及电力的传输和分配直至能源的最终消费,各阶段都会对环境造成压力,引起局部的、区域性的、乃至全球性的环境问题。

火电工业和能源紧密相关,仅化石能源的消耗使全世界每年排放二氧化碳320亿t,二氧化硫1.2亿t,氮氧化物1亿t,带来严重的环境污染和气候变化问题。在我国,2014年火电行业二氧化硫、氮氧化物和粉尘的工业排放量分别达到了620万t、710万t和270万t,造成了严重的雾霾和酸雨等污染现象;2015年全国电力工业煤炭消费量约20亿t,造成的环境损失高达数千亿。环境的日益恶化,引起了公众的广泛关注。

为了解决环境污染问题,过去二十年以来,我国关停了近9000万kW的小容量机组,目前60万kW及以上容量的火电机组在整个电力系统中的份额已经超越了三分之一。但是,我国大容量火电机组调峰运行时效率明显下降,单位煤耗显著上升,以新建1000MW机组为例,50%负荷下的供电煤耗比满负荷时增加约20g/kWh。此外,低负荷运行时炉内燃烧的不稳定,引起了烟气温度和粉尘浓度等参数的大幅变化,严重影响了除尘器等设备的工作效率,污染物排放量也显著增加。虽然火电结构向高参数、大容量优化转型,但机组运行灵活性的不足仍然突显了火电能耗和环保的压力。

2. 电源结构压力

我国的电源结构主要以火电为主,如表1所示。2015年全国发电装机总容量为15.3亿kW,比上年增长了约12%,增速幅度放缓。与此同时,电源结构也在逐渐调整。2014年,火电在能源结构组成中仍占约70%的比例,风能及太阳能等新能源只占不到10%;2015年,火力发电装机容量则约占当年总容量的65%,稳中略降,新能源的比例则提升为13%,增幅明显。《规划》明确表明,按照非化石能源消费比重达到15%的要求,到2020年,非化石能源发电装机达到约7.7亿kW,占比提高到39%;火电装机力争控制在11亿kW以内,占比降至约55%。

表1 我国的电源结构

由此可见,随着我国电网机组装机容量的不断扩大,传统火电和新能源发展之间的矛盾也因此显现。电网中大容量火电机组普遍参与电网的调峰,为可再生能源消纳提供足够的容量空间,以满足电源结构中新能源比重提升的需要。我国大部分主力火电机组长期在65%~75%的负荷下运行,不仅调峰深度普遍不够,而且机组运行能效和污染物控制能力明显下降;煤电自身结构也有待进一步优化转型以适应总体电源结构的改变。因此,火电机组缺乏灵活性面临着来自电源结构调整的压力。

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