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不使用电锅炉供热的情况下,电厂实际上网出力为782兆瓦时,该部分电量可以视作使用电锅炉后可再生能源的消纳增量。也即,加装电锅炉消纳可再生并满足固定的供热需求,单位可再生折算减少煤耗:(445021.2-316780.80)千克/782兆瓦时=163.99克/千瓦时
考虑到两种方式产生相同的供热量,可将煤耗均视为供电进行对比,即相当于多消纳的可再生能源每度电消耗标煤310-163.97=146.03克。
方式二:供热需求最小(供热中期午间光伏大发时段,供热早、晚期全天时段)
设置边界条件为电厂对外供热600兆瓦,此时有两种运行方式,一种为四台机组运行方式,一种为三台机组运行方式。
表2 最小供热需求下4台机组运行参数表
四台机组运行方式下,不使用电锅炉供热反而更加省煤。可再生消纳折算后的煤耗增加量为:
(218460.8-213052.4)千克/278兆瓦时=19.5克/千瓦时
相当于多消纳的可再生度电煤耗370+19.5=389.5克/千瓦时
表3 最小供热需求下3台机运行参数表
三台机组运行方式下,不使用电锅炉供热依然更加省煤。此时使用电锅炉来消纳新能源,相当于新能源每发一度电的耗煤为:350+(208461.5-205819.5)/377.37=357克/千瓦时
由此可见,电锅炉不是在任何场景下都可以省煤,在供热中期午间时段和供热早、晚期全天时段供热需求小,在供热中期早、晚时段供热需求大,在整个供暖季中,供热需求小的情景同样持续很长时间。供热机组加装电锅炉在热负荷高的时候可以省煤,而在热负荷低的时候反而会消耗更多煤;同时使用电锅炉消纳新能源也不是与火电自身压出力消纳新能源减少等量的碳排放,机组为给电锅炉供电同样消耗了能源。这是因为当机组负荷较高时,减少部分抽气换电锅炉带相应的供热负荷,此时机组锅炉效率下降幅度相对较小。而当供热需求变小,机组为满足电锅炉供电需求需要额外带一部分电负荷,此时机组带电负荷多而热负荷少,如果机组继续维持较高的热电比,将出现部分供热蒸汽排空,而如果机组降低供热比,机组运行接近纯凝工况,度电煤耗则上升明显。同时如果考虑电锅炉以及新能源的固定投资多带来的碳排放,低热需求下使用电锅炉耗碳将更多。不使用电锅炉情况下使用机组本身抽气供热提高了锅炉的总负荷带动锅炉功率上升。同时计算在低热负荷需求时机组压低电锅炉出力,保持机组热电联产的最佳性能,经过计算也可以降低煤耗。因此,如果机组在调峰费用过高的强政策激励下,为了获得较高调峰收益把电锅炉带满而损失机组性能,就与电力系统整体节能减排的方向背道而驰了。
多措并举实现低碳发展
电锅炉技术可以增加机组灵活性,一定情景下能够有效消纳新能源,但在热负荷较低时,使用电锅炉调峰反而会增加碳排放,如果仅仅是为了调峰而使用电锅炉,便会与节能降碳、绿色发展的初衷背道而驰。要让电锅炉技术真正为绿色低碳发展服务,还需要从以下几方面进行努力。
一是综合考虑新能源消纳成本,全流程核算碳排放。以电锅炉技术为例,供热机组加装电锅炉消纳的可再生能源并不是完全没有排放的,机组为满足电锅炉供电需求多消耗的煤就是此时可再生消纳的排放来源。任何新的消纳技术在投入应用前都需要经过全流程碳排放核算,并非“只要能消纳新能源就一定是更加低碳的技术”,为了完成新能源消纳而降低能源利用效率甚至浪费能源是得不偿失的。
二是要优化调峰辅助服务激励机制,避免过激励,调峰收益不应当超过新能源上网电价。深度调峰补偿的本意是为了补偿机组在压低出力时额外增加的成本,但如果补偿额度设定过高,则容易导致火电企业单纯为了获取调峰收益不考虑能耗损失一味追求将上网功率压到0,看似为了追求“双碳”实际上却与“双碳”目标相悖;调峰本质上是用其他电源少发一度电换取新能源多发一度电,如果让新能源多发一度电的代价高于其价值(新能源上网电价),那么系统总成本就会上升,无法实现社会福利最大化。
三是要协调机组灵活性与供热需求,实现低碳高效能源管理。要增强机组自身的快速启停能力,在新能源大发的时段进行启停调节,做到调节能力达到最强的同时碳排放最低。要运用创新思维实现供热机组热电解耦,考虑运用相变储热等技术,以不降低能源品质为前提,在机组停机时满足供热需求,同时维持必要的尖峰锅炉,当供热需求达到尖峰时能在短时间内投入供热。要运用大数据信息化手段变革传统的热网模式,根据热网特性和控制参数变动,对热电联产、燃煤锅炉、燃气锅炉等热源进行不同规律调控,基于热网运行参数实时动态采集的大数据进行收敛性分析,给出全热源范围内的优化控制策略,从而实现功能减排、清洁供热,最终实现智慧供热。
习总书记提出,绿色发展是高质量发展的底色,新质生产力本身就是绿色生产力,必须加快发展方式绿色转型,助力碳达峰碳中和。大力发展可再生能源是绿色发展的必由之路,但不能“为了消纳而消纳”“不惜代价地消纳”。要耐下性子发展真正低碳的技术,沉下心来设计更加完善的制度,实现经济效益和生态效益的双赢。
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