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下表反映了两点,第一点是总体补贴力度不小;第二点是调峰幅度越大,补贴费用越高。这实际上给电厂开辟了一条新的赢利途径。
因此,通过技术进步,大幅降低煤耗,大幅提升调峰能力,煤电的解困指日可期。
实际上,目前最先进煤电的供电煤耗已低至251克/千瓦时(THA),系某135万千瓦二次再热超超临界机组。在同等边界条件下,该机组的运行煤耗要比常规二次再热机组低20克/千瓦时以上,单位造价仅略高于后者。此外,该机组还同步加载了经济、环保、安全型20~100%深度调峰系列技术。仍以2台100万千瓦机组项目为例,100亿千瓦时/年上网电量,1200元/吨标煤价,进一步降低20克/千瓦时煤耗相当于每年可多节约标煤20万吨,降低燃煤成本2.4亿元。若加上节煤量对应的减排二氧化碳54万吨,可交易收入0.27亿元,企业和社会环境效益均可观。与此同时,若该厂参与深度调峰500小时/年,(相对50%)平均下调了20%,相当于深调(少发)电量2亿千瓦时(约为年发电量的2%),折算平均补贴电价约0.5元/千瓦时,约可获补贴1亿元。此外,作为先进煤电的代表,该135万千瓦机组还具有FCB功能,可为电网防止大停电事故提供支撑。
煤电机组深度调峰
的技术风险和成本分析
不过,同节煤收益不同,深度调峰是有技术风险和成本的,深调幅度越大,风险和成本越高。而深调补贴,也是与此强相关的。煤电机组在深度调峰运行状态下的成本主要有:安全风险成本、寿命损耗成本以及煤耗上升成本等。
第一类是安全风险问题,因为对于常规设计的锅炉,其最低安全稳燃负荷都有规定,一般为35~30%额定负荷,当低于这一负荷时需采取燃油等稳燃措施,但燃烧效率、除尘效率则会下降。而此时,空预器结露、堵塞和腐蚀的风险也会显著上升,会导致厂用电率和排烟损失上升等。
第二类是寿命损耗成本。机组设备在超低负荷下,通常机组的主蒸汽温度会大幅下降,相当于经历了一次温态启动。而制造厂商对于机组全寿命期的启动次数是有限制的,温态启动不过是数百次。如果机组频繁地进行深调运行,若无良好的应对措施,会出现寿命的快速损耗。
第三类是能耗成本。机组进入超低负荷后,汽轮机热耗会急剧上升,并且伴随着汽温的大幅下降,汽轮机的热耗上升幅度还会进一步加剧。加上锅炉燃烧效率的大幅下降、厂用电率和排烟损失的快速上升等,一般情况下,当负荷降至20%时,其煤耗比额定工况要升高150克/千瓦时以上。
先进煤电技术应用
的典型案例和推广展望
综上所述,要使深调补贴真正成为电厂赢利的新途径,并确保机组的安全,就得控制上述三类成本。庆幸的是前述某135万千瓦机组所采用的经济、环保、安全型20~100%深度调峰系列技术,已妥善解决上述三类问题。但是,低负荷运行时的煤耗上升是不可避免的,20%的超低负荷下,该机组的供电煤耗的上升幅度仅70克/千瓦时水平(相对THA工况),与深调补贴相比完全可以接受。
由于大部分新建机组的容量为66万千瓦和100万千瓦等级,针对这类机组为单轴布置的特点,相应开发的升级版“汽轮发电机全高位布置技术”已就绪,其综合性能及性价比优于“高低位布置技术”,且66万千瓦等级机组还有望冲击50%的机组净效率(对应机组供电煤耗245.67克/千瓦时)。同时,这类机组将同样加载经济、环保、安全型20~100%深度调峰系列技术。
而在我国存量机组中,经济上最为困难的是煤耗相对最高的亚临界机组,其实际的年平均运行供电煤耗约在335~350克/千瓦时(含脱硫、纯凝、湿冷机组),其次是超临界机组,煤耗约在315~325克/千瓦时。这类机组如何冲出困境,出路无非就两条,即通过采用创新技术进行大幅提效改造,煤耗降幅一般不小于30克/千瓦时。另一条路是应用深度调峰系列技术,去争取深调补贴收益。
目前成功的案例是华润某电厂3号32万千瓦亚临界机组所实施的高温亚临界综合升级改造项目。该项目花费3.5亿元投资,使机组THA的平均性能试验供电煤耗达285克/千瓦时,比改造前下降了35克/千瓦时。同时机组最低负荷可达19%。另外该电厂实施改造后,按最新政策,机组还可获得至少15年的延寿。因此,这类改造的性价比很好。
总而言之,对于存量机组,不管是亚临界或是超临界,甚至是热电联供的小机组,通过应用相关先进改造技术,都能够跻身先进煤电行列。不过,由于近两年煤电企业普遍经营困难,对于大规模技术改造往往是有心无力。但从纯资金投入的角度来看,该类改造的投资收益率远远高于银行贷款利率。因此,如果能将社会资金引入该领域,必将形成多赢的局面。
需要说明的是,上述的讨论均未涉及热电联供问题。事实上,如果能有供热用户,则电厂的效益会更好。
不过,从最终的碳中和目标来看,煤电不可能通过提高效率来满足二氧化碳排放<100克/千瓦时,但从欧洲的成功经验来看,大型煤电完全可以通过将生物质燃料替代煤炭来达到二氧化碳的零排放,甚至可配套CCUS技术达到负排放。
综上所述,在国际能源危机的背景下,我国煤电尽可能通过自身的努力,用最先进的低碳煤电技术武装自己,大幅节能和深度调峰双管齐下,不但顺应低碳化的历史潮流,并且能把技术创新转化为经济效益,为自身闯出一条解困之路,从而为国家稳定电价,提升我国制造业的国际竞争力,并且护航新能源的快速发展,为实现“双碳”目标而作出多方位、历史性的巨大贡献。
本文系《中国电力企业管理》第10期独家稿件,作者冯伟忠供职于上海申能电力科技有限公司、毛健雄供职于清华大学能源与动力工程系。
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