6月12日，一場能源行業(yè)盛會在中國科技會堂拉開序幕。中國工程院院士黃其勵、倪維斗、劉吉臻、秦玉琨等行業(yè)泰斗，原國家能源部能源總工程師秦中一，中國能源研究會副理事長陳進行、吳吟等重量級專家，電力規(guī)劃設(shè)計總院原副院長孫銳等技術(shù)大拿齊聚一堂，對“亞臨界機組600攝氏度升溫改造關(guān)鍵技術(shù)”研究與應(yīng)用成果進行評審。經(jīng)過認(rèn)真的質(zhì)詢、交流和討論后，與會專家們最終達成一致意見：“亞臨界機組600攝氏度升溫改造技術(shù)”為世界首創(chuàng)，具有自主知識產(chǎn)權(quán)。其為我國亞臨界機組高效、靈活性改造提供了一種可行的技術(shù)路徑，具有顯著的經(jīng)濟社會效益和良好的推廣應(yīng)用前景。建議加強與國內(nèi)研發(fā)和裝備制造企業(yè)的合作，盡快推廣應(yīng)用。至此，一項具有里程碑意義的煤電科技創(chuàng)新成果問世，將為全球煤電行業(yè)向高質(zhì)量低碳方向轉(zhuǎn)型提供可行的技術(shù)解決方案。
自主創(chuàng)新成果令人矚目
“由于該項技術(shù)極具突破性，將燃煤亞臨界機組的性能提升到超超臨界水平，并具有極好的超低負(fù)荷性能，打破了業(yè)界的‘常識’，改造后其獲得的運行結(jié)果更是令人驚嘆，因此評審會上專家們的質(zhì)詢和討論非常認(rèn)真和激烈。這樣的評審會是不多見的。”作為此次評審會的親歷者，清華大學(xué)教授毛健雄在接受本報記者采訪時感慨道。
能在激烈的爭議聲中獲得統(tǒng)一，達成共識，恰恰印證了該項技術(shù)所具有創(chuàng)新性與突破性。
據(jù)了解，亞臨界燃煤機組600攝氏度升溫改造技術(shù)是由上海申能電力科技有限公司開發(fā)的專利技術(shù)，其特點是在保持汽輪機進口壓力(16.7兆帕)不變的條件下，把汽機進口汽溫從537攝氏度提升至600攝氏度。在此基礎(chǔ)上，再結(jié)合一系列申能科技的配套專用創(chuàng)新技術(shù)，對機組和熱力系統(tǒng)進行改造，從而實現(xiàn)顯著提升機組熱效率，提高亞臨界機組的調(diào)峰調(diào)頻靈活性能力。
2017年，華潤電力慧眼識金，率先與申能電力科技合作，對徐州電廠3號亞臨界機組開展600攝氏度升溫綜合改造，于2019年8月10日通過168小時試運后投產(chǎn)。經(jīng)第三方測試，該亞臨界機組采用600攝氏度升溫改造后，取得了明顯成效：改造后機組在額定工況下供電煤耗下降到290克/千瓦時以下，比改造前降低35克/千瓦時。機組低負(fù)荷性能得到顯著提升，在保持超低排放的工況下，機組最低穩(wěn)定運行負(fù)荷能力達到19%，可實現(xiàn)20%~100%的大范圍調(diào)峰。
“對該技術(shù)的第三方測試由國內(nèi)外三個單位承擔(dān)，分別按照國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)和國際標(biāo)準(zhǔn)進行，這也表明各項運行數(shù)據(jù)經(jīng)得住檢驗。”上海申能電力科技有限公司總經(jīng)理馮偉忠透露，徐州電廠3號亞臨界機組高溫綜合改造為煤電行業(yè)樹立了“新標(biāo)桿”，對亞臨界機組升級改造這一世界性難題的解答提供了可參考樣本。
整體來看，該系列技術(shù)具有以下三個方面特點：
一是把亞臨界機組的效率和煤耗提升到超超臨界水平。徐州電廠3號機組于2012年實施汽輪機高中壓缸通流改造，2017年實測額定負(fù)荷下的供電效率為38.63%，進行升溫改造后提高到了43.56%。改造前實測額定負(fù)荷下的供電煤耗是318克/千瓦時，改造后這一數(shù)據(jù)為282克/千瓦時。改造后的兩項數(shù)據(jù)已經(jīng)達到甚至超過一次再熱超超臨界機組的較先進水平。
二是大大提升了亞臨界機組的低負(fù)荷穩(wěn)燃和調(diào)峰調(diào)頻性能。徐州電廠3號亞臨界機組排放達標(biāo)的穩(wěn)燃負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍從改造前的100%~55%提升至改造后的100%~19%，提前11年實現(xiàn)了國家能源局和科技部提出的煤電靈活性負(fù)荷調(diào)節(jié)能力達到100%~20%的目標(biāo)，實現(xiàn)了在超低負(fù)荷下穩(wěn)定燃燒，高效發(fā)電，超低排放。
三是高性價比。徐州電廠“亞臨界機組600攝氏度升溫”改造工程總投資約3.5億元，折算單位投資約為1100元/千瓦，其投資成本僅為新建一臺超超臨界機組的1/3。另按實際節(jié)能35克/千瓦時計算，7年可回收靜態(tài)投資。“在機組煤耗達到超超臨界水平后，其年發(fā)電量計劃顯著上升，加上電網(wǎng)對調(diào)峰調(diào)頻的獎勵，實際效益可能更好。同時，改造后機組核心高溫部件和材料均得到更新升級，具備大幅延長使用壽命的條件，可以為社會和電廠創(chuàng)造出更多的效益。”馮偉忠介紹道。
為煤電低碳高質(zhì)量發(fā)展指明方向
亞臨界燃煤機組600攝氏度升溫改造技術(shù)問世，折射出更深層的意義在于——為煤電的低碳高質(zhì)量發(fā)展指明了方向。
立足能源安全，總裝機容量超過10億千瓦的煤電是中國電力的“壓艙石”，其作用不可替代。同時，人類對應(yīng)對氣候變化的需求，又對煤電的高效、清潔和低碳提出了更高要求。毛健雄表示，未來一段時期，煤電面臨向高質(zhì)量低碳轉(zhuǎn)型發(fā)展的挑戰(zhàn)，包括：應(yīng)對氣候變化的“低碳發(fā)展”;應(yīng)對更高質(zhì)量環(huán)境要求的“清潔發(fā)展”;應(yīng)對可再生能源電力的需求，可安全、穩(wěn)定、高效、低排放地適應(yīng)負(fù)荷和電網(wǎng)頻率的“靈活性發(fā)展”。
煤電向高質(zhì)量低碳發(fā)展并非中國獨家訴求，近日，美國能源部宣布擬投入8100萬美元，支持未來先進燃煤電廠概念的設(shè)計開發(fā)和系統(tǒng)集成設(shè)計研究。其中，重點研究方向就是開發(fā)適用于未來能源系統(tǒng)的靈活小型先進燃煤電廠，以尋求安全、穩(wěn)定、可靠的近零排放電力。
毛健雄認(rèn)為，目前，亞臨界機組在全球現(xiàn)役煤電機組中的占比最高，中國現(xiàn)有亞臨界機組的總裝機容量約3.5億千瓦、合940余臺，約占全國燃煤機組總量的三分之一。煤電高質(zhì)量發(fā)展的重點應(yīng)該首先放在對這些現(xiàn)役亞臨界機組的升級改造。
“燃煤火電的特點是負(fù)荷越低，燃燒越不穩(wěn)定，效率越低，煤耗越高，排放越差。但華潤徐州電廠3號亞臨界機組升溫綜合改造實際運行結(jié)果顯示，即使在50%負(fù)荷時，該機組的供電效率仍可達到40.36%，供電煤耗可達304.3克/千瓦時。其在19%的超低負(fù)荷時，各項污染物的排放值仍然保持在極低的超低排放水平。”毛健雄分析認(rèn)為，隨著新能源發(fā)電比例逐年增加，大規(guī)模間歇性不穩(wěn)定新能源電力并網(wǎng)消納，所引發(fā)的電網(wǎng)區(qū)域頻率穩(wěn)定性控制問題日益突出。而“亞臨界機組600攝氏度升溫改造”系列創(chuàng)新技術(shù)所具有的高效、低排放、靈活調(diào)節(jié)特性，對于有效解決這些問題意義重大。以此為前提，煤電已不是可再生能源電力的競爭者，反而成為支持者，將加速推動可再生能源電力的發(fā)展。
行業(yè)呼吁亞臨界機組改造 入“十四五”規(guī)劃
實際上，有關(guān)政府管理部門早在6年前就開始思考亞臨界機組何去何從的問題。2014年9月，國家發(fā)展改革委、原環(huán)保部、國家能源局三部委聯(lián)合印發(fā)《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃(2014-2020年)》，其中明確要求對亞臨界機組實施綜合節(jié)能改造：“因廠制宜采用汽輪機通流部分改造、鍋爐煙氣余熱回收利用、電機變頻、供熱改造等成熟適用的節(jié)能改造技術(shù)，重點對30萬千瓦和60萬千瓦等級亞臨界、超臨界機組實施綜合性、系統(tǒng)性節(jié)能改造，改造后供電煤耗力爭達到同類型機組先進水平。”“到2020年，現(xiàn)役燃煤發(fā)電機組改造后平均供電煤耗低于310克/千瓦時，其中現(xiàn)役60萬千瓦及以上機組(除空冷機組外)改造后平均供電煤耗低于300克/千瓦時。”
平均供電煤耗低于310克/千瓦時的硬性要求，對亞臨界機組而言是生死考驗。此時，唯有依靠科技創(chuàng)新才能破局。
今年全國兩會期間，記者所悉一位電力行業(yè)政協(xié)委員的提案就“重提”亞臨界機組技術(shù)改造：“十四五”全面推進存量煤電亞臨界機組升級改造，可大幅提升機組效能，有效帶動全產(chǎn)業(yè)鏈投資，對促進我國經(jīng)濟社會高質(zhì)量發(fā)展具有重要意義。建議有關(guān)部門將亞臨界機組600攝氏度升溫改造納入國家能源發(fā)展“十四五”規(guī)劃，把高溫亞臨界機組升溫綜合改造技術(shù)列為國家重大技術(shù)，予以推廣。
“徐州電廠亞臨界機組600攝氏度升溫改造的成功經(jīng)驗，對于約占全國煤電總裝機容量1/3的亞臨界機組升級改造提供了堅實的可行性。”毛健雄認(rèn)為，“‘十四五’時期對亞臨界機組改造除了要作出政策硬性要求外，更需要推動性政策的出臺，尤其是制定出以市場經(jīng)濟為前提的高創(chuàng)新性技術(shù)推廣應(yīng)用的激勵和扶持政策，這里還涉及技術(shù)專利保護、產(chǎn)業(yè)鏈上下游打通等廣泛內(nèi)容，值得決策者深入思考。”
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