新型电力系统下燃煤电厂灵活性改造与电网协调关键技术研究与展望-北极星输配电网

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4月30日，习近平总书记主持“中共中央政治局就新形势下加强我国生态文明建设集体学习”时指出：实现碳达峰、碳中和“各级党委和政府要拿出抓铁有痕、踏石留印的劲头，明确时间表、路线图、施工图，推动经济社会发展建立在资源高效利用和绿色低碳发展的基础之上。”中央提出要“构建以新能源为主体的新型电力系统”，这意味着按照“3060”双碳目标要求，我国主体电源要从目前装机容量占比近一半的煤电转化为新能源电力，挑战空前，是实现创新发展、走上低碳之路的最好机遇。

我国以煤为主的资源禀赋，决定了煤电在相当长时期内仍将承担保障我国能源电力安全的重要作用。2021年煤电以不足50%的装机占比，生产了全国60%的电量，承担了70%的顶峰任务，发挥了保障电力安全稳定供应的“顶梁柱”和“压舱石”作用。

来源：北极星输配电网作者：李德波，南方电网电力科技股份有限公司，中国科协第十届全国代表，南方电网公司首批高层次人才，公司资深技术专家

火电机组灵活性的含义

随着我国火电机组容量过剩越来越严重，我国风电和光伏等可再生能源的装机容量又持续增大，2021年，我国风电和太阳能发电量新增2550亿千瓦时，占全社会新增用电量7914亿千瓦时的32.2%。燃煤机组逐渐由电量生产主体演变为电网容量保证单位与新能源消纳的支撑基础，不得不根据可再生能源具备的发电能力及时出让或者补充发电份额，保证电力生产和供应任何时候都处于平稳的状态，在电网需要时及时补上，称为燃煤机组的灵活性。火电机组灵活性包括如下几个方面：

（1）深度调峰灵活性：随着新能源电力装机规模的不断增加，燃煤电厂开始由主体电源变为灵活性调峰电源，通过调整机组负荷，实现新能源并网，这种运行模式属于燃煤电厂深度调峰灵活性。

（2）负荷调节灵活性：由于新能源的波动性、不稳定性，新能源的并网后对电网的扰动影响越来越大。为了满足用电需求，同时维持电网的稳定，需要燃煤电厂具有较快的负荷响应速率，既包括快速升负荷，也包括快速减负荷，这个就是负荷调节灵活性。

（3）燃料的灵活性：在双碳目标背景下，燃煤电厂为了实现CO2减排的目标，需要掺烧生物质、污泥、垃圾等多种可再生能源，从而提高燃料的经济性，称为燃料的灵活性。

燃煤电厂灵活性改造与南方电网区域运行协调处理对策

（一）燃煤电厂深度调峰灵活性

根据国家能源局“三改联动”要求，纯凝机组深度调峰达到35%，广东省燃煤电厂已经开展600MW机组20%深度调峰可行性论证，深度调峰能力进一步增强。“十四五”期间广东省完成5500万千瓦，增加系统调节能力800—1100万千瓦，促进清洁能源消纳。需要指出的是我国各个煤电机组间设计制造存在很大的差别。各发电机组的锅炉、汽机和发电机三大主机对原生产厂家的设计和制造要求是不相同的，三大主机所设计的安全运行的技术参数不同，负荷调节范围也不一样，当电网进行调峰时，均有各自不同的合理调峰深度。煤电机组深度调峰对发电企业经济效益有较大的影响。煤电机组深度调峰将带来发电煤耗上升。因此不同类型机组深度调峰的下限要进行技术经济对比分析，选择经济上能够接受、合理的调峰下限，并不是锅炉负荷越低越好。在进行深度调峰改造时，要因地制宜，针对每台锅炉特性、煤质情况提出相应的技术路线，而不是千篇一律，追求统一的技术路线。锅炉深度调峰技术改造，要进行安全性评估工作，尤其是不可预测的安全隐患，务必做好风险预控措施。增加监测点，保证灵活性改造后机组安全稳定运行，切不可盲目进行改造。因此火电厂灵活性改造要结合燃煤电厂实际，与电网公司进行充分沟通，根据电网负荷情况，当地新能源容量等特点，选择具体深度调峰的幅度。

（二）负荷调节灵活性

目前南方电网公司对自动发电控制（AGC）机组调节速度最低为1.0%-2.0%额定容量/min，在双碳目标以及新型电力系统下，期望燃煤电厂AGC调节速率能够达到2.5%-3.0%额定容量/min的速率。在这种情况下，燃煤电厂要通过技术改造、快速升降负荷关键技术研究等手段，提高机组响应速度，满足电网对负荷调峰速率的要求。需要指出的是，在快速升降负荷的过程中，燃煤电厂要评估快速变负荷对机组金属热应力的影响，主要技术手段包括：降低设计寿命预期，采用更为精细的计算手段，比如采用有限元（Finite Element Method）模拟真实结构中的应力变化，提高材料的抗热应力的等级。

（三）燃料调节灵活性

通过在南方电网区域内燃煤电厂开展耦合生物质、污泥、垃圾掺烧工作，减少煤炭消耗量，实现CO2的减排，对于燃煤电厂实现碳减排具有十分重要的意义。掺烧生物质、污泥、垃圾的过程中，需要在掺烧比例、环保指标排放、锅炉受热面安全、制粉系统安全性评估等方面开展深入研究和论证，确保掺烧后机组安全、稳定、环保运行。南方电网公司要对掺烧生物质、污泥、垃圾电厂，在机组最低运行负荷、补贴政策方面进行激励。南方电网电力科技股份有限公司开展了广东省25台燃煤机组掺烧生物质、污泥，累计掺烧量达到1000万吨，为解决地方“污泥围城”等重大环保问题，作出了突出贡献。

思考与展望

在“3060”双碳战略目标下，中国电力的发展方向是“构建以新能源为主体的新型电力系统”。燃煤电厂是最经济的调峰电源，对于保障电网安全、稳定运行，具有压舱石的作用。电网企业与发电企业要深入沟通、密切合作，加强科技自立自强，通过技术攻关，相信不久将来，一定能够实现新能源为主体的新型电力系统下，煤电企业与电网企业高质量发展，为国家的社会经济生活，提供坚强可靠的保障，为双碳目标实现，提供电力科技人的智慧和力量。

( 来源: 北极星输配电网 )

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