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綱要
煤電深調勢在必行
何為“深調”
為何“深調”
煤電深調掣肘待解
安全風險
能耗挑戰(zhàn)
煤電深調雷區(qū)可破
靈活改造、因機制宜
擇優(yōu)運行、節(jié)能經濟
煤電深調拭目以待
精耕深調、砥礪前行
政策幫扶、市場推動
正文
近年來，新能源發(fā)電迅猛發(fā)展，煤電機組產能過剩、發(fā)電利用小時數(shù)逐年下降，煤電在新型電力系統(tǒng)中的定位已由提供電力、電量的主體性電源，向提供可靠性容量、調峰調頻等輔助服務的基礎保障性和系統(tǒng)調節(jié)性電源轉變。由于風電、光伏發(fā)電的隨機性、間歇性較強，其大規(guī)模入網對電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行和電力可靠供應的挑戰(zhàn)日益嚴峻，“雙碳”目標下的電力系統(tǒng)調峰壓力與日俱增。煤電機組深度調峰無疑是提升新能源消納水平、保障電網安全運行、助力實現(xiàn)“雙碳”目標的重要舉措。
一、煤電深調勢在必行
何為“深調”
“深度調峰”就是受電網負荷峰谷差較大影響，導致各火電廠降出力，發(fā)電機組超過基本調峰范圍進行調峰的一種運行方式，即煤電機組的鍋爐最低穩(wěn)燃能力達到的比例。一般深度調峰的負荷率多為40%～30%。若一臺600兆瓦的燃煤發(fā)電機組進行40%負荷率的深度調峰，功率從600兆瓦變成了240兆瓦，機組負荷下降了360兆瓦，其調峰深度為60%。機組調峰前后數(shù)據的變化反映了調峰的“深度”。當然，除了40%負荷調峰，還可以進行30%負荷調峰，甚至20%負荷的深度調峰。調峰的數(shù)值越小，深度調峰的難度也就越大。在規(guī)定時間內，火電機組能夠安全、平穩(wěn)、高效地升降負荷，且降至的負荷越低說明機組的深度調峰能力越強?！凹夥屙?shù)蒙稀⒌凸葔旱孟隆?，這就是深度調峰最強機組。
為何“深調”
深度調峰的目的在于平抑新能源隨機波動、出力不均的特性。當新能源在電網中的比例逐漸擴大時，電力系統(tǒng)對調峰電源容量的需求增大。與新能源等電源相比，煤電機組可通過改變出力工況來適應負荷變化，盡可能減少出力，承擔為高速增長的非化石能源發(fā)電深度調峰和備用等功能。
目前，全國煤電基本都參與深調。雖然部分企業(yè)參與的積極性并不高，但更無奈的是，如果不參與很可能“顆粒無收”。煤電單純以發(fā)電為主的傳統(tǒng)經營模式難以為繼，“賣電、賣熱、賣服務”已經成為共識，調峰輔助服務收益將逐漸成為煤電新的利潤增長點，煤電機組深度調峰運行將成為常態(tài)。
二、煤電深調掣肘待解
深度調峰常被比作“在刀尖上跳舞”?，F(xiàn)階段，煤電參與深調的意愿不足,究其根本是因為煤電機組頻繁啟動及大范圍負荷變動，機組需承受大幅度的溫度變化，導致關鍵零部件疲勞損傷；低負荷運行時的能耗較高、經濟性較差，排放的污染物遠高于基本負荷運行時的排放量。在這種工況下，機組壽命和燃料損耗同步增多，直接影響機組運行的安全性、環(huán)保性和經濟性。
安全風險
深度調峰意味著電廠降低出力，發(fā)電機組低于基本調峰范圍。需要煤電機組頻繁快速變負荷，甚至快速啟停，易產生鍋爐爐膛應力變形，分離器等厚壁容器、發(fā)電機及主管道性能劣化，汽輪機被腐蝕等，造成發(fā)電機組主設備故障及安全風險。
我國推進煤電機組深度調峰的時間較短，技術、經驗積累不足。尤其是大批亞臨界、超臨界機組，甚至一部分超超臨界機組設計老套，并沒有考慮深度調峰的需要，因此在調峰深度、負荷變化速度、啟動速度等方面存在先天不足，安全風險和壽命損耗都顯著增加。
能耗挑戰(zhàn)
除了運行“穩(wěn)定關”，能耗“管控關”也是煤電深調的“燙手山芋”。
低負荷高煤耗。隨著機組負荷率的下降，機組發(fā)電標準煤耗先緩慢升高，后迅速升高，在機組負荷率為20%時，相比100％負荷發(fā)電標準煤耗增大達70克/千瓦時以上。在低負荷時鍋爐燃燒狀況若發(fā)生惡化，將對鍋爐的物理燃燒熱損失產生影響，進而影響鍋爐效率，使發(fā)電煤耗進一步升高。
深調時設備工況、工質參數(shù)偏離設計值，負荷越低，偏離的程度越大，機組效率下降程度越嚴重。低負荷運行使機組熱耗增加、鍋爐子系統(tǒng)和汽輪機子系統(tǒng)效率下降，這也是機組發(fā)電標準煤耗隨著負荷的下降逐漸增大的本質原因，對機組的經濟運行造成較大影響。
投油助燃待完善。深調過程中，隨著煤粉投入量減少，鍋爐已進入超低負荷運行。為保證鍋爐持續(xù)燃燒不滅火，僅靠傳統(tǒng)強化燃燒的燃燒器已不能滿足低負荷穩(wěn)燃的要求，需要燃油系統(tǒng)做好準備。使用大油槍穩(wěn)燃又會大幅提升發(fā)電廠的運行成本，并帶來粉塵排放超標的問題。
供熱機組熱電解耦。熱電聯(lián)產機組以熱定電、熱電耦合，供熱季電力調峰能力極差；在進行深調時，供熱壓力會較低，導致供熱回水溫度不滿足要求，影響熱負荷。供熱機組深度調峰所面臨的主要問題是如何進一步提高供熱能力，并降低用電負荷。
三、煤電深調雷區(qū)可破
靈活改造、因機制宜
煤電作為深調主力承受著巨大的調峰壓力，對其進行靈活性改造是當前電源供給側改革經濟性最優(yōu)、效果最顯著的有效途徑。通過不斷地探索、摸索，煤電企業(yè)結合機組自身的運行特性、調峰目標、項目投資等綜合因素，在保證機組低負荷安全穩(wěn)定運行的前提下，選擇切實可行、高性價比的改造方案，主要通過對機組精細化管理和設備系統(tǒng)深度挖潛，對鍋爐、汽輪機、輔機、供熱、控制系統(tǒng)等多個方面實施優(yōu)化調整與技術改造，提高機組負荷變化速率，達到科學深調。
鍋爐穩(wěn)燃優(yōu)化調整。機組低負荷運行時，鍋爐風壓和氧量維持不宜過大，以免減弱燃燒；磨煤機保持較小的磨風量以防發(fā)生振動；可根據具體情況調整磨煤機投運方式，以保證煤粉濃度與細度，從而保證鍋爐的穩(wěn)燃性；同時，通過優(yōu)化調整配風、切換至下層磨煤機等方式來降低火焰中心，防止火焰偏斜超溫，必要時升級鍋爐受熱面材質，防止長期超溫造成爆管。
在煤質滿足摻配煤標準的前提下，盡量燃用低硫煤。開展噴氨優(yōu)化調整與控制，投運暖風器進行熱風再循環(huán)或與低溫省煤器聯(lián)合，系統(tǒng)利用煙氣余熱加熱等方式提高空預器入口風溫。這樣，降低氨逃逸率和提高空預器的冷端綜合溫度來緩解空預器堵塞和低溫腐蝕。
采用煤氣化深度調峰技術，利用煤粉氣化工藝將一部分電廠燃料用煤粉氣化，轉化為以 CO、H2為主的煤氣，將煤氣送入鍋爐爐膛，通過煤氣的燃燒來輔助煤粉燃燒，改善煤粉的著火特性，使燃燒器在極低負荷穩(wěn)定燃燒，滿足機組寬負荷調整。
汽輪機安全運行對策。在深調過程中，除了鍋爐側調整，尤其需要注意汽輪機側的機前壓力調整。操作員要熟知機組的閥門調節(jié)特性，嚴格按照滑壓曲線來維持機前壓力，保證汽輪機的調節(jié)性能在最佳狀態(tài)，同時減負荷過程中嚴密監(jiān)視汽輪機本體振動、軸向位移、差脹等各參數(shù)是否正常。
對機組運行而言，應關注高、低加運行狀況，如水位無法維持，及時人為干預，開啟危急疏水閥進行調整；還需要針對深調工況做出相關設備改造，加大低加疏水管徑，改進和提升高加正常疏水調節(jié)閥本身的調節(jié)性能。
在對小汽輪機汽源切換時，輔汽至小汽輪機電動門應采取間斷開啟方式進行，并注意檢查小汽輪機進汽調門動作正常，小汽輪機轉速、流量穩(wěn)定，做好備用聯(lián)啟的準備，防止輔汽、四抽在切換過程中串汽，造成小汽輪機不出力導致給水流量低保護動作。
機組減負荷過程中還應嚴密關注給水泵的運行情況，視實際情況將汽泵再循環(huán)調節(jié)閥置合適開度；視凝結水流量及時開啟凝結水再循環(huán)調節(jié)閥，置合適開度。嚴密監(jiān)視低調前壓力、低調開度、汽泵轉速、流量等參數(shù)是否正常。當給水泵流量接近給水泵最小流量閥開啟值時，可提前開啟至固定開度，以達到穩(wěn)定給水的目的。
密切關注汽溫調節(jié)，“干態(tài)”運行過程中及時調整水煤比，加強對分離器出口過熱度的監(jiān)視。
脫硝系統(tǒng)技術改造。針對低負荷下 SCR 反應器脫硝投運溫度偏低問題進行寬負荷脫硝改造，通常有兩種方式：一是省煤器給水置換。在簡單水旁路的基礎上，將部分下降管中工質水利用循環(huán)泵打入省煤器入口，達到提高進入省煤器工質水溫度的效果，減少省煤器的傳熱溫差，從而提升省煤器出口煙溫；二是省煤器分級。將原省煤器部分拆除，在 SCR 反應器前后各設置一定省煤器受熱面分為兩級省煤器。給水直接引至 SCR 反應器后的省煤器，然后通過連接管道再引至位于 SCR 反應器前的省煤器，減少省煤器的吸熱量，達到提高 SCR 入口煙溫的目的。
熱電解耦靈活改造。由于供熱機組“以熱定電”的運行方式，在考慮經濟投資和靈活性等因素后，需選擇不同的熱電解耦技術路線參與深調。
低壓缸零出力技術：在中低壓缸導汽管上安裝嚴密性好的關斷閥門，機組運行中關閉導汽管上閥門，低壓缸不進汽，切除低壓缸運行，中壓缸排汽基本上全部對外供熱，實現(xiàn)機組抽凝運行和背壓運行的自動切換。
高背壓循環(huán)水供熱技術：將凝汽器改為供熱系統(tǒng)的熱網加熱器，熱網循環(huán)水直接用作機組循環(huán)水，充分利用機組排汽汽化潛熱，將冷源損失降低為零，從而提高機組循環(huán)熱效儲能技術。在保證機組安全及供熱穩(wěn)定的前提下，持續(xù)優(yōu)化供熱方式，充分發(fā)揮電鍋爐優(yōu)勢，可根據熱網負荷需求實時連續(xù)調整，響應速率快、運行較靈活，電負荷甚至可降至零，達到機組深調極致。在滿足外網熱負荷的同時，滿足用電負荷調節(jié)需求，實現(xiàn)真正意義上的“熱電解耦”。
煤電機組在充分考慮鍋爐、汽輪機、輔機、供熱系統(tǒng)等安全運行，加強協(xié)調控制，避免機爐主控超調的基礎上，通過靈活性改造來實現(xiàn)深調能力、自動控制水平、低負荷經濟性的綜合提升，提高了煤電在當前發(fā)電形勢下的競爭力。
擇優(yōu)運行、節(jié)能經濟
煤電機組的調峰運行方式最常見的有“均等低負荷運行”和“啟停兩班制運行”。
機組的供電煤耗隨著負荷的降低大幅度升高。若采用均等低負荷調峰方式，當夜間負荷降至低谷時，機組的煤耗將大幅度增加，長時間低負荷運行顯然是不經濟的。啟停兩班制運行的啟停損失也不小，當?shù)凸葧r間不長時，采用這種調峰方式也是不合算的。
對于擁有多臺機組的煤電廠，如果較長時間負荷率較低，在全廠負荷不變的前提下，啟停兩班制具有顯著的經濟性，且機組數(shù)越多、機組容量越大、調峰時間越長，經濟效益越顯著。
啟停兩班制調峰運行方式有一個臨界時間。當?shù)拓摵蓵r間大于臨界時間，隨著電網負荷率的下降，機組利用小時數(shù)持續(xù)下降，電廠深調已不局限于晝夜峰谷差，機組可能更長時間處于低負荷運行狀態(tài)，實施“啟停兩班制運行”方式將更具有節(jié)能經濟的意義。
四、煤電深調拭目以待
精耕深調、砥礪前行
優(yōu)化調整，多措并舉。煤電企業(yè)應針對深調工況，全面深入分析機組運行的風險點，優(yōu)化調整低負荷穩(wěn)燃、斷煤處理、環(huán)保指標等問題，為機組深調常態(tài)化打下堅實基礎。積極開展低負荷不投油穩(wěn)燃試驗、性能參數(shù)優(yōu)化、輔機運行改造及精準配煤等多項舉措，不斷提升設備響應能力和機組靈活性，真正做到“尖峰頂?shù)蒙?、低谷壓得下、運行穩(wěn)得住”，既保證深調期間鍋爐穩(wěn)燃的安全紅線，又保證負荷高峰時段的機組出力，實現(xiàn)高峰時段保電量、調峰時段爭收益的既定目標。
加強管理，強化治理。煤電企業(yè)細化深調運行分析，探索深調運行管理機制。堅持以技術監(jiān)督為中心，主導機組全壽命管理；以問題為導向，實施精益檢修管理；緊盯深調短板，注重設備綜合治理。加強機組運維管理，持續(xù)優(yōu)化運行方式，提高監(jiān)盤質量，做到勤分析、勤調整，提高機組安全邊界；強化設備巡檢力度與質量，嚴格開展設備消缺治理，緊抓消缺及時率，規(guī)范缺陷處理流程，做到早發(fā)現(xiàn)、早處理，提升設備健康水平。同時，開展專項培訓，提升運維人員技能水平，保障機組安全經濟運行。
精準研判，精益求精。通過積極推動“三改聯(lián)動”、供熱耦合調峰，拓展機組靈活性和深調能力，使機組全過程 AGC 模式、鍋爐干態(tài)運行、不需要投油助燃，加減負荷速率等性能指標滿足電網要求，安全性、環(huán)保性、經濟性均得到驗證。
煤電企業(yè)緊盯現(xiàn)貨交易等政策規(guī)則及輔助服務市場行情，積極參與調峰輔助服務市場競價，不斷進行風險研判。根據市場導向進行深度挖潛，在保證機組安全穩(wěn)定運行的基礎上，以“度電效益最大化”為原則，開展分項指標精細管控，制定良策精準報價，持續(xù)尋找新的利潤源，確保機組精細調峰、效益調峰最大化。
政策幫扶、市場推動
單純依靠煤電自力拯救并不能完美解決問題，政企通力合作才是關鍵。
制定技術標準規(guī)范。目前，靈活性改造技術在實際推廣中缺乏標準化、規(guī)范化和科學化的技術參考，政府相關部門須做好靈活性改造技術路線規(guī)劃，加強機組運行維護和壽命管理、檢驗維修等指導工作。不斷總結國內不同類型煤電機組靈活性改造試點區(qū)域的示范經驗，分析輔助服務市場實際運轉中存在的問題，完善煤電機組最小出力技術標準，科學核定煤電深調能力，盡快開展靈活性調峰相關政策、標準制定和推進工作。
完善輔助服務政策?，F(xiàn)階段，如果峰谷價差足夠大，能夠給予發(fā)電企業(yè)足夠的補償，深調就會具備一定的經濟激勵?？紤]到不同容量和機組類型深調的補償差異，可以在補償階梯電價中給出一定的低負荷補償范圍，適當提高補償電價，盡量減少發(fā)電企業(yè)因承擔維護電網安全、穩(wěn)定和經濟運行所付出的成本。
政府部門應不斷完善輔助服務補償政策，同時研究改造投資壓力疏導機制，制定改造補助或優(yōu)惠財稅政策，激勵機組參與靈活性改造，充分挖掘機組深調潛力。
現(xiàn)貨市場推動深調。在成熟的電力市場中，借助容量市場機制，以價格信號反映資源的稀缺性，進而有效激勵發(fā)電側進行改造。通過現(xiàn)貨市場不同區(qū)域、不同時序的價格信號，引導市場主體在高峰和低谷時段主動調整出力，是優(yōu)化配置資源最經濟的方式，也是能夠合理優(yōu)化不同機組輔助費用、降低終端用戶電價的重要舉措。
隨著新能源發(fā)電并網持續(xù)增加，新能源出力的隨機不確定性及源荷分布的不平衡,需要煤電機組潛得更深、負荷變化更快、啟動更迅速靈活。在構建新型電力系統(tǒng)的過程中，煤電機組既作為電力供應的安全底線，又作為我國主要的調峰電源，面臨著機組深度調峰和負荷響應速率所帶來的經濟性、安全性及環(huán)保等技術問題。提升煤電機組靈活性運行能力、挖掘其深度調峰潛力，不僅是解決當前新能源消納困境的有效途徑，同時也是提升電力系統(tǒng)綜合調節(jié)能力、延續(xù)煤電企業(yè)生命周期、實現(xiàn)電力綠色轉型的必要選擇。
