登录注册
请使用微信扫一扫
关注公众号完成登录
(图1 行业发展需求与难点分析)
2
现代热力系统节能理论
燃煤发电一直是世界主要电源组成,长期贡献40%以上的发电量。燃煤发电是将燃料的化学能通过燃烧转变为热能,再将热能转变为机械能,最后将机械能转变为电能,涵盖了燃料、燃烧、传热、动力循环、冷端等关键环节。根据常规热平衡计算,凝汽式燃煤发电系统的冷端热损失通常占50%以上,是燃煤电站的主要热损失。冷端热损失虽然数量庞大,但是因为品质低下、难以利用,节能潜力非常有限。可见,节能潜力与能量损失关系并不直接,却与能量损失的品质存在莫大的内在联系。
为了表征燃煤发电系统中能量的品质,挖掘系统节能潜力,早在18世纪70年代,Gibbs就基于热力学第二定律提出了㶲的基本思想,并于19世纪50年代被Rant进一步完善形成㶲的概念,即系统达到与环境平衡过程中可以释放出的最大有用功。基于此,Sengupta、刘强、杨勇平、SI Ningning等分别对210、600、660、1 000 MW燃煤发电机组热力系统的㶲损失进行了系统研究和深入分析。此外,付忠广和齐敏芳还研究提出了基于最大熵投影寻踪耦合的燃煤机组节能评价方法;杨勇平等开展了燃煤发电机组能耗统计评价研究;张学镭和陈海平对循环水预热回收开展了热力性能分析。针对燃煤电站节能的理论研究一直可谓持续不断。
然而,通过对相关研究的系统分析,发现㶲损失也不等价于系统的节能潜力。如燃烧㶲损失几乎不可避免;烟气与汽水之间巨大传热㶲损失,也因钢材的温度限制而难以降低。虽然相关学者提出了如提高蒸汽参数、给水温度、负荷率,降低背压、改变一次风加热方式等一系列有效的方案建议,但由于供电煤耗影响因素复杂,缺乏成熟、系统、全面的节能分析与评价方法,节能技术鱼龙混杂,节能发展方向并不明确,难以根本上大幅提升系统效率。随着能源结构调整和现代工业技术发展,燃煤运行环境和热力系统日趋复杂,如热电联产多用户多供给、新能源耦合、源网荷储一体化等能源利用新环境,传统燃煤发电技术基础已难以支撑节能技术进一步发展。
现代热力系统节能理论的建立,应基于能量品级综合高效利用开展热量与㶲的耦合分析,建立涵盖燃料、燃烧、传热、动力循环、冷端等燃煤发电全系统㶲平衡与热平衡体系,结合现代工业技术与能量需求情况,揭示火力电站㶲损失与能量损失的对应关系,进而表征燃煤发电热力系统能源转化各个过程的理论节能潜力分布,从而为燃煤发电节能技术的发展方向提供科学依据。
3
基于燃煤发电机组热力系统状态重构的低负荷工况保效技术
随着我国加快能源结构转型,越来越多的间歇性新能源电量并网,燃煤发电机组必将逐渐全面参与深度调峰。然而,燃煤发电机组在设计过程中主要考虑额定负荷工况下的运行效率,在中、低负荷工况下运行经济性差,运行方式没有经过系统优化。基于传统理论和技术,燃煤发电机组无论采取定压运行方式还是滑压运行方式,在深度调峰过程的中低负荷工况下效率都会大幅下降。燃煤发电机组定压运行与滑压运行的优缺点如图2所示。燃煤发电机组采用定压运行时,负荷响应速度快,汽包温度稳定,然而汽轮机节流损失大、末级湿度变化大、主蒸汽和再热蒸汽温度难以维持;而当燃煤发电机组采用滑压运行时,又会产生汽包温度变化大、负荷响应速度慢、机组循环效率降低等问题。另外,机组检修、设备更换等局部改造和机组长期运行产生性能老化等原因都将导致系统特性变化,单一不变的运行方式难以保障深度调峰工况下发电机组的能效。
(图2 燃煤发电机组定压运行与滑压运行的优缺点)
大型燃煤发电机组中,循环效率和高压缸效率之间存在一定的矛盾。主蒸汽参数优化是燃煤发电机组运行优化的关键。目前大型汽轮发电机组的配汽方式主要有节流配汽和喷嘴配汽2种方式。节流配汽会导致低负荷节流损失大、效率低,仅适用于带基本负荷的大功率机组。当前普遍采用喷嘴配汽方式,虽然在一定程度减轻节流配汽的节流损失,但因在中低负荷采用滑压运行方式,低负荷循环效率低下问题没有得到根本解决;同时,在低负荷工况单个或2个调节阀仍然存在较大的节流损失,导致高压缸调节级效率大幅下降。
传统燃煤发电机组的额定负荷工况往往是机组的高效运行工况。随着负荷下降,无论采用何种运行方式,都必然导致机组综合效率下降,这是行业共识。为协同提高深度调峰工况主蒸汽压力和高压缸效率,必须对热力系统进行状态重构。针对新能源发展引起燃煤发电机组必须频繁参与深度调峰的新需求,基于热力系统动静态特性模型和对运行数据的挖掘,以系统整体能效为目标,综合考虑循环效率、高压缸效率、给水泵泵功等多种因素的影响规律,协同优化汽轮机通流结构、锅炉受热面、给水泵运行方式等,开展燃煤发电机组变负荷多工况的热力系统状态重构。
基于系统研究,燃煤发电机组低负荷状态重构技术可同步大幅提高低负荷区域主蒸汽参数与高压缸效率,综合提高低负荷工况机组效率达3%以上,降低供电煤耗10 g/(kW·h)左右。燃煤发电机组低负荷状态重构技术的推广应用,可打破燃煤发电机组低负荷效率大幅下降的必然规律,基本实现燃煤发电机组低负荷的系统保效。
4
供热机组“按需定电”与调峰过程
“能级匹配”的高效供热技术
热电联产集中供热具有能源综合利用效率高、节能环保等优势,是城市和工业园区集中供热的主要供热方式之一,也是解决我国城市和工业园区存在供热热源结构不合理、热电供需矛盾突出、供热热源能效低污染重等问题的主要途径之一。然而,当前我国热电联产发展正面临严峻挑战:一是大型抽凝供热机组比例过大,其热电比通常较小,难以全面参与深度调峰;二是当前热电联产机组普遍采用的热电解耦技术,能耗非常高,亟待开展基于“能级匹配”的高效热电联产机组深度调峰技术。
4.1 供热机组“按需定电”助力电网调峰
燃煤发电机组全面参与深度调峰,占装机容量近一半的热电联产机组必然无法继续按照“以热定电”的运行方式独善其身。供热机组全面参与电力调峰,是当前解决电网调峰能力不足的重要手段。
我国的热电联产机组以为200~600 MW等级的机组为主,且大多采用抽凝式,其热电比通常较小,难以深度调峰。特别在我国三北地区,热电联产机组比重大,水电、纯凝机组等可调峰电源稀缺,调峰困难已经成为电网运行中最为突出的问题。以东北电网为例,其目前的电源结构中,燃煤发电占总装机的70%,风电占总装机的20%。在冬季采暖期,供热机组运行容量占燃煤发电机组运行总容量的70%,热电机组按“以热定电”方式运行,调峰能力仅为燃煤发电装机容量的10%左右,新能源发电的消纳问题难以解决。
为了充分消纳高品位的新能源电力,供热机组通过“热电解耦”的方式全面参与深度调峰,实现机组“按需定电”,首先要解决机组供热能力的保障问题。当前,热电解耦的主要技术路线有2种:第1种是储热式,如热水储热装置,通过增设蓄热装置实现热电解耦,当电网存在调峰困难时段利用储热装置对外供热,补充热电联产机组由于发电负荷降低带来的供热能力不足;第2种是非储热式,即取消蓄热装置,通过电锅炉或机组通过抽取更高品位蒸汽减温减压以直接用于加热热网循环水,进而满足供热需求,同时满足电网对电厂的调峰要求。
基于系统分析,当前主要热电解耦技术的能效水平都有较大的提升空间。如当前蓄热式热电解耦方式的蓄热热源一般都是主蒸汽或高品位抽汽,能耗极高。采用电锅炉供热的方式,更是直接将高品位的电直接烧热水供热,其从煤到热的转化效率仅有30%左右。而高低压两级减温减压器供热技术方案会降低原电厂运行效率。其他热电解耦技术,如高背压供热改造(双转子)、光轴改造方案采暖期需更换2次低压缸转子;低压缸切缸运行、高低旁路协调减温减压等系列热电解耦技术等在保障供热、供汽稳定前提下,可实现热电机组的全负荷调峰,调峰水平和热效率总体较好,但灵活性欠佳。
4.2 热电联产“能级匹配”保障系统高效
针对蓄热式热电解耦技术,采用“能级匹配”理念,可以采用分级蓄热,低温段采用低品质蒸汽或余热来加热蓄热介质。针对电锅炉补充供热的方式,可以在电力调节灵活性允许的情况下,尽量避免电能的直接供热。
一般而言,建筑采暖的目标是维持20 ℃左右的室内温度。为了满足大规模热量集中输送的要求,采用0.2~1.0 MPa的供热抽汽作为热源,热源与供热目标的能级严重不匹配。每经历1个换热环节,热量的能级就降低1次。
根据热力学第二定律的㶲分析方法,计算得到常规热电联产机组供热系统(图3)首站的汽-水换热㶲效率为74.0%,热力站的水-水换热㶲效率为69.6%,用户末端的水-空气换热㶲效率为52.4%。因此,系统总的㶲效率为27.0%,即由热源处提供1 kW·h的抽汽热量,则耗损0.73 kW·h的㶲。这意味着该系统存在较大的优化改进空间。
(图3 常规热电联产机组供热系统)
面对多用户多供给、新能源耦合、源网荷储一体化等日益复杂的能源利用新环境,基于“能级匹配”理论,对包含源-网-荷的泛热力系统进行综合设计,开发基于能级匹配的先进高效热电联产技术,系统提高“泛热力系统”的能源利用效率。在此基础上,进一步与“按需定电”的热电解耦技术耦合,对不同能级的热源、蒸汽/热用户进行系统综合优化,主动高效匹配,实现“按需定电”、供热/供汽保障与深度节能的智慧统一。
5
结 语
为系统实现“2060年实现碳中和”的国家战略,我国不断提高非化石能源比例,通过全面实施电气化、智能化、低碳化,走向以非化石能源为主的新型能源结构。基于我国“富煤、缺油、少气”的资源禀赋及新能源“阴晴不定”的能源品质,燃煤发电产业全面升级,是确保新能源顺利发展的最可靠保障。为此,必须全面推进燃煤发电现代节能理论创新,在系统兼顾燃煤发电机组多工况能效的同时,不断强化燃煤发电机组的深度调峰能力,提高可再生能源消纳水平。
本文从节能理论及关键技术体系2个方面,为我国燃煤发电行业发展提出以下建议。
1)深入开展基于能量品级综合高效利用的现代热力系统节能理论研究,为燃煤发电节能技术的发展提供科学依据。
2)研发基于热力系统状态重构的燃煤发电机组低负荷工况保效技术,同步实现燃煤发电机组深度调峰与高效节能。
3)研发热电联产机组“按需定电”与调峰过程“能级匹配”的现代高效热电联产技术,同步保障热电联产机组供热、供汽与系统高效。
碳中和目标既是挑战,更是机遇。深入开展基于现代节能创新理论和系列关键节能技术研发,可全面促进燃煤发电节能技术的发展,推动燃煤发电产业升级,以大幅提高我国电力工业的发展水平和国际竞争力!
[引用本文格式]
黄 畅, 张 攀, 王卫良, 等. 燃煤发电产业升级支撑我国节能减排与碳中和国家战略[J]. 热力发电, 2021, 50(预出版): 1-6.[doi:10.19666/j.rlfd.202101004].
HUANG Chang, ZHANG Pan, WANG Weiliang, et al. The upgradation of coal-fired power generation industry supports China’s energy conservation, emission reduction and carbon neutrality[J]. Thermal Power Generation, 2021, 50(预出版): 1-6. [doi:10.19666/j.rlfd.202101004].
特别声明:北极星转载其他网站内容,出于传递更多信息而非盈利之目的,同时并不代表赞成其观点或证实其描述,内容仅供参考。版权归原作者所有,若有侵权,请联系我们删除。
凡来源注明北极星*网的内容为北极星原创,转载需获授权。
香港交易及结算所有限公司(香港交易所)13日宣布,已于2024年实现碳中和。香港交易所在新闻稿中表示,截至2024年底,香港交易所全球约99%的办公地点及设施已采用可再生能源电力。通过直接采购绿色电力或购买可再生能源证书,有效地降低了来自电力的碳足迹。此外,香港交易所通过旗下国际碳市场平台,投
北极星储能网获悉,3月13日,财政部发布《关于2024年中央和地方预算执行情况与2025年中央和地方预算草案的报告》,提到大力支持可再生能源发展,加快建设新型能源体系。继续推广新能源汽车,完善充换电基础设施,推动城市公共服务车辆电动化替代。支持废旧物资循环利用体系建设,促进再生资源回收利用
近年来,中国经济与国内运输部门经历了重大转型,这一转变使得2024年国内对汽油、喷气燃料和柴油等常见石油燃料的需求出现了小幅下滑。数据显示,2024年中国这些石油燃料的总消费量约为每天810万桶(mb/d),较2021年的水平降低了2.5%,仅略高于2019年的水平。(来源:能源新媒文/能源杂志)随着中国经
日前,重庆市生态环境局发布《重庆市加快建立碳足迹管理体系的实施方案(征求意见稿)》。详情如下:重庆市生态环境局关于公开征求《重庆市加快建立碳足迹管理体系的实施方案(征求意见稿)》修改意见的函有关单位和个人:为深入学习贯彻党的二十大和二十届二中、三中全会精神,全面贯彻落实习近平总书
近日,内蒙古自治区发展和改革委员会公布内蒙古自治区碳达峰试点旗县(区)和园区名单。呼和浩特市新城区等10个旗县(区)和呼和浩特经济技术开发区等20个园区为自治区碳达峰试点。详情如下:关于自治区碳达峰试点名单的公示为积极稳妥推进碳达峰碳中和,按照《内蒙古自治区碳达峰试点建设方案》(内发
稳步推进碳达峰碳中和。加强对绿色低碳先进技术研发和推广运用的支持,大力支持可再生能源发展,继续推广新能源汽车,支持废旧物资循环利用体系建设,优化政府绿色采购政策。关于2024年中央和地方预算执行情况与2025年中央和地方预算草案的报告(摘要)受国务院委托,财政部3月5日提请十四届全国人大三
3月4日,福州市工信局发布关于征求《福州市工业领域碳达峰实施方案》意见的通知。文件提出,到2030年,产业结构和用能结构进一步优化,能源资源利用效率显著提升,单位工业增加值能耗和二氧化碳排放强度持续下降,建成一批绿色工厂和绿色工业园区,研发、示范、推广一批减排效果显著的低碳零碳负碳技术
日前,山西临汾市政府印发《临汾市碳达峰实施方案》。方案提出,“十五五”期间,资源型经济转型任务基本完成,经济社会发展全面绿色转型取得显著成效,煤炭清洁高效利用深入推进,能源结构进一步优化,重点行业企业能源利用效率达到国内或国际先进水平,钢铁、焦化、建材等重点行业率先实现碳达峰,绿
3月5日9时,中华人民共和国第十四届全国人民代表大会第三次会议开幕,国务院总理李强作政府工作报告。国务院总理李强在政府工作报告中介绍今年政府工作任务时提出,协同推进降碳减污扩绿增长,加快经济社会发展全面绿色转型。进一步深化生态文明体制改革,统筹产业结构调整、污染治理、生态保护、应对
2月27日,浙江省政府印发《浙江省推动碳排放双控工作若干举措》。文件提出,“十五五”时期,实施以强度控制为主、总量控制为辅的碳排放双控制度,建立健全地方碳考核、区域碳预算、行业碳管控、企业碳管理、项目碳评价、产品碳足迹等配套制度,确保如期实现碳达峰目标。全文如下:浙江省人民政府办公
生态环境部宣教司司长、新闻发言人裴晓菲在生态环境部2月例会上表示,生态环境部高质量完成2024年度全国两会建议提案办理工作。2024年,生态环境部承办全国两会建议提案926件,其中人大建议521件,政协提案405件,承办总件数同比增长2.8%,主办件总数同比增长17%。截至目前,所有建议提案均已按期高质
1.招标条件1.1本招标项目四川南充2×1000MW燃煤发电配套基础设施项目监理(项目名称)已由南充市发展和改革委员会(项目审批、核准或备案机关名称)以南发改经发【2025】5号、南发改经发【2025】6号(批文名称及编号)批准建设,项目业主为四川南充经济开发区自然资源和规划建设局,建设资金来自财政资金(
1月24日,港航公司组织召开毕节七星关2×660MW燃煤发电项目技术咨询报告内部审查会议。公司党委副书记、董事、总经理曾智斌出席会议并致辞,副总经理魏大伟主持会议。会议邀请中国国际工程咨询有限公司、国内各大电力设计院及燃煤电厂等火电领域专家12名组成评审组,对毕节七星关2×660MW燃煤发电项目
近日,贵州省发改委发布2025年重点民间投资项目清单的通知(黔发改投资〔2025〕125号)。其中包含:盘州市丹霞风电场、盘州市老厂风电场、贵州能源水城2×66万千瓦燃煤发电项目、盘南2×660MW低热值煤资源综合利用发电项目、国投盘江发电有限公司2×300MW机组超低排放改造、、盘州市坪地风电场、盘南低
山东公司大唐郓城发电有限公司2X1000MW燃煤发电机组灰场建筑安装工程施工总承包招标公告2.1招标编号:CWEME-SHSD-202503GC-012.2项目名称:山东公司大唐郓城发电有限公司2X1000MW燃煤发电机组灰场建筑安装工程施工总承包2.3建设地点:山东省菏泽市郓城县2.4建设规模:2000MW2.5计划工期:暂定2025年5月
北极星电力网获悉,2月21日,华电广东公司党委书记、执行董事梁汉东拜会东方电气集团党组副书记、总经理张彦军,共同见证汕头电厂扩建项目锅炉设备合同签约。2月17日-19日,华电汕头电厂2×1000MW燃煤发电扩建项目初步设计评审会顺利召开,公司党委委员、副总经理顾志祥出席评审会并讲话。据悉,华电汕
华润电力广东海丰项目#3、#4机组扩建工程建设规模为2×1000MW级超超临界、二次中间再热燃煤机组,含税动态总投资67.58亿元,以“高效环保、灵活可靠、先进智慧”为设计原则,打造社会形象好、经济效益优、市场定位准、技术领先的标杆工程。目前已完成#3、#4机组扩建工程十余项目标节点,内控目标均超量
国家电力投资集团有限公司二〇二五年度第16批集中招标(中国电力揭阳前詹电厂2×1000MW燃煤发电工程项目第二批辅机)招标公告项目地点:揭阳市惠来县前詹镇沟疏村与赤澳村之间招标内容:2×1000MW超超临界一次再热燃煤发电机组辅机设备。
国家电力投资集团有限公司二〇二五年度第13批集中招标(中国电力常熟3×660MW超超临界燃煤发电机组替代扩建项目第二批辅机)招标公告项目地点:本工程厂址位于江苏省常熟经济技术开发区兴港路28号,江苏常熟发电有限公司3×660MW超超临界燃煤发电机组替代扩建项目施工现场指定位置车板交货。建设规模:
近日,生态环境部等五部门发布《国家重点推广的低碳技术目录(第五批)》(以下简称“《目录》”),国家电投集团5项技术入选,分别为:国核电力院“大型光伏电站智能柔性控制技术与装置”、山东核电“压水堆核电厂热电联供技术”、云南国际“分布式光伏直流接入电解铝柔性直流微网供电技术”、远达环
1.招标条件本招标项目湘投能源岳州2×100万千瓦燃煤发电工程主体建筑安装施工烟塔(C)标段(项目名称)已由湖南省发展和改革委员会(项目审批、核准或备案机关名称)以《关于核准湘投能源岳州2×100万千瓦燃煤发电工程的批复》(湘发改能源〔2023〕763号)(批文名称及编号)批准建设,项目业主为湖南
湘投能源岳州2×100万千瓦燃煤发电工程项目桩基工程中标结果公示项目名称:湘投能源岳州2×100万千瓦燃煤发电工程项目桩基工程中标人:中国电建集团江西省水电工程局有限公司中标价格:3588.606176万元
倪维斗,中国工程院院士、清华大学教授,长期从事复杂热力系统及关键部件的先进建模方法和控制策略研究,成功研制出我国首台燃气/蒸汽联合循环的模拟培训装置。他致力于我国能源可持续发展战略的研究,提出和推动的适合我国国情的“以煤气化为基础的多联产系统”列入我国中长期科技规划。世纪之初,倪
从黑色煤炭到绿色煤电——中国工程院院士谈煤电转型升级在“双碳”目标及高质量发展的背景下,大力发展新能源是实现低碳转型的必然要求,是实现经济安全可持续发展的国家战略。9月16日,在优清商学院举办的研讨班开班仪式上,中国工程院院士、清华大学能源与动力工程系教授倪维斗表示,在“双碳”目标
4月17日,由中国产业发展促进会生物质能产业分会、中国农业大学、国际能源署生物质能中国组、中国能源研究会绿色低碳技术专委会联合主办的“第四届全球生物质能创新发展高峰论坛”在北京九华山庄召开,本次论坛的主题为“奋进碳时代,构建新生态”。中国工程院院士、清华大学原副校长倪维斗先生做“双
11月6日在北京召开的2019全球生物质能创新发展高峰论坛上,中国工程院院士、清华大学原副校长倪维斗在谈到“生物质与能源革命”这一话题时表示,大规模发展生物质能迫在眉睫,建议国家相关部门出台鼓励扶持政策和明确的顶层设计。“随着全球能源结构的变化,煤炭消费大幅下降,石油在经历发展高峰之后
11月6日,2019全球生物质能创新发展高峰论坛在京召开。中国工程院院士、原清华大学副校长倪维斗出席论坛并围绕“生物质与能源革命”这一话题进行了演讲,倪维斗院士表示,大规模发展生物质发电迫在眉睫,建议国家相关政府部门出台鼓励扶持政策和明确的顶层设计。目前来看,虽然我国生物质发电行业发展
2019年10月24日上午,第十五届中国工业论坛在杭州举行。记者在论坛现场了解到,中国工程院院士、清华大学原副校长倪维斗出席了论坛开幕式,并在论坛上做了主题演讲。他说,能源、环境已经变成工业发展的一个瓶颈,主要是能源的资源、品种不平衡,资源分布不平衡,消费不平衡这三个不平衡造成的。如何才
生物质在中国已经发展了很长时间,但到现在为止,仍旧没有得到充分发展及重视。11月6日,在2019全球生物质能创新发展高峰论坛上,中国工程院院士倪维斗指出:(生物质发展不充分)最主要的原因是虽然生物质在中国经过几十年的发展,但是没有得到一个正确的身份,没有被看做能源的重要部分,更没有顶层
“当前煤电在数量上已不可能有大的发展,而必须着重在质量上提高。煤电的高质量发展,需要坚持淘汰低效落后机组,大力改造提升大量亚临界机组的性能,推动、鼓励和示范最先进的技术、设计和工程。”在近日由中国电力科技网举办的第十三届超超临界机组技术交流2019年会上,中国工程院院士、清华大学原副
中国2018年的石油进口为4.6亿吨,对外依存度超过70%,天然气对外依存度超过40%,缺油少气富煤的能源结构,要求我们必须统筹兼顾资源禀赋,因地制宜消费能源,发展适合国情的新能源和清洁能源,减轻化石能源的对外依赖,以确保能源安全。由于能源发展的不平衡导致大量的转换和运输,通过铁路、港口、输
随着温室气体排放和环境压力越来越大,电力的清洁化生产显得愈加重要。近日,由中国工程院、中国电机工程学会和国家能源集团联合主办的2019年清洁电力国际工程科技高端论坛暨国家能源集团清洁能源国际高端论坛在京举行,会议围绕“奉献清洁电力,推进能源革命”主题展开,会上多位院士、专家学者就如何
请使用微信扫一扫
关注公众号完成登录
姓名: | |
性别: | |
出生日期: | |
邮箱: | |
所在地区: | |
行业类别: | |
工作经验: | |
学历: | |
公司名称: | |
任职岗位: |
我们将会第一时间为您推送相关内容!