0 前言

電力圈總?cè)褐骼罴t，電小二葉劍晶、阿藤等朋友邀請(qǐng)我在電力圈談?wù)劵痣婌`活性改造。這是近期比較新和比較熱門的話題，他們很會(huì)抓住熱點(diǎn)。去年我在電力圈里談過“煤耗，還是煤耗子”，加上近期對(duì)火電靈活性感興趣，所以就答應(yīng)了，跟大家交流一下。我自己也是在學(xué)習(xí)過程，加上火電靈活性改造涉及的專業(yè)多，包括鍋爐及輔助系統(tǒng)如磨煤機(jī)、汽機(jī)、控制系統(tǒng)、環(huán)保等專業(yè)，而我知識(shí)有限，所以，只敢說是“淺談”，算是拋磚引玉。不過我所在的通用電氣公司發(fā)電集團(tuán)，有電廠各種主要設(shè)備，有整體改造技術(shù)、能力和業(yè)績。我一時(shí)回答不了的問題，我可以找到資源稍后回復(fù)；或者比較敏感不便立即回答的問題，可以線下單獨(dú)聊。我的郵箱(allen.zhan@ge.com; 2306261154@qq.com)，歡迎聯(lián)系。本文引用可公開獲得和可公開的資料，包括網(wǎng)上電規(guī)總院的資料。不一一羅列，在此致謝。

1 火電靈活性改造的背景和意義

1.1   低碳社會(huì)和碳減排壓力

中國的碳排放約占全球的20.09%，是個(gè)排放大國。2016年9月3日，中國向聯(lián)合國遞交《巴黎協(xié)定》批準(zhǔn)文書，向全球做出其作為世界大國的低碳承諾。

（1）二氧化碳排放于2030年達(dá)到峰值并爭取盡早達(dá)峰值。這是總量控制。

（2）單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放2030比2005年下降60-65%。2020年比2015年下降18%。這要靠調(diào)整經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)和技術(shù)進(jìn)步。

（3）2020年非化石能源占一次能源消費(fèi)比例達(dá)到15%，2030年達(dá)到20%。

這一方面使得煤和煤電的發(fā)展受到限制，另一方面可再生能源，特別是非水可再生能源近幾年呈爆發(fā)式增長。

1.2   全國的裝機(jī)和發(fā)電量構(gòu)成

2015年全國規(guī)模發(fā)電裝機(jī)和發(fā)電量構(gòu)成。

(1）煤電裝機(jī)盡管低于60%了，但發(fā)電量仍超過三分之二，是第一大主力。2016年上半年，盡管年初出臺(tái)了“限煤令”，但在存量的慣性下，煤電裝機(jī)還增加了2711萬千瓦。

(2）風(fēng)電裝機(jī)8.5%，但發(fā)電只占3.3%，這是除了風(fēng)電的間歇性之外，棄風(fēng)率高達(dá)15%。而2016年上半年棄風(fēng)率更高達(dá)21%。其中以三北地區(qū)棄風(fēng)尤為嚴(yán)重。

(3）2015年火電的運(yùn)行小時(shí)數(shù)為4329小時(shí)，今年上半年不到2000小時(shí)，今年全年有可能低于4000小時(shí)?；痣姡ㄒ悦弘姙橹鳎?shí)際上是在調(diào)峰狀態(tài)下運(yùn)行。

1.3 非水可再生能源的發(fā)展

據(jù)估計(jì)，到2020年，風(fēng)電裝機(jī)裝機(jī)將達(dá)到2.3億千瓦左右（每年增長2千萬千萬），太陽能發(fā)電裝機(jī)將達(dá)到1.4億千瓦左右，兩者加起來有4億千瓦以上。消納非水可再生能源，成為緊迫的任務(wù)。

1.4為什么是煤電廠改靈活性

先看燃機(jī)，其啟停快，但2015年裝機(jī)只有4.4%，發(fā)電量比例3.0%倒是與風(fēng)電3.3%差不多。但燃?xì)獬杀靖吆腿細(xì)赓Y源分布問題，燃機(jī)難以擔(dān)當(dāng)消納風(fēng)電/太陽能的重任。

其次看抽水蓄能，調(diào)節(jié)快。2015年裝機(jī)2271萬千瓦，占總裝機(jī)1.5%，發(fā)電量0.3%，與風(fēng)電不在一個(gè)數(shù)量級(jí)。而且抽水蓄能通常與核電匹配（裝機(jī)2717萬千瓦，占1.8%），需要比較好的上庫、下庫條件，建設(shè)周期長。

化學(xué)蓄能還沒到到大型商業(yè)化階段。

最后唯有靠煤電。我們看看煤電的具體構(gòu)成。

按2014年底的統(tǒng)計(jì)，30萬千瓦級(jí)的機(jī)煤組有880臺(tái)，60萬千瓦級(jí)有481臺(tái)，兩者裝機(jī)大約為7億千瓦，是煤電靈活性改造的主力機(jī)組。

1.5靈活性與供電煤耗

在低負(fù)荷下，煤電的供電煤耗必然是很差的。以我們改造德國800MW電廠為例，在額定工況下，供電煤耗為299.6克/千瓦時(shí)；在15%負(fù)荷時(shí)為472.4克/千瓦時(shí)。按照其權(quán)重，相當(dāng)于15%x472.4=70.9克/千瓦時(shí)?；蛘哒f，把85%電量讓給風(fēng)電后，相當(dāng)于減少了供電煤耗299.6-70.9=228.7克/千瓦時(shí)?？傮w的環(huán)境效益還是很高的。

總之，低碳的承諾使得非水可再生能源快速發(fā)展，煤電成為消納的主要手段。

2 火電靈活性改造的范圍

2.1 什么是火電靈活性

火電主要包括煤電和燃機(jī)電廠，這里基本上特指煤電。

靈活性包括兩個(gè)方面：

（1）運(yùn)行靈活性：深度調(diào)峰（低負(fù)荷運(yùn)行），快速啟停，爬坡能力強(qiáng)；對(duì)于熱電機(jī)組實(shí)現(xiàn)熱電解耦。

（2）燃料靈活性：煤種適應(yīng)力強(qiáng)，摻燒生物質(zhì)例如秸稈、木屑等。

下兩圖引自電規(guī)總院《中國火電靈活性提升總體構(gòu)想》

2.2火電靈活性方面的政策

近期，發(fā)改委、能源局密集下發(fā)了有關(guān)文件，例如：

6月14日，國家能源局正式啟動(dòng)提升火電靈活性改造示范試點(diǎn)工作；

6月21日，國家能源局下發(fā)關(guān)于推動(dòng)?xùn)|北地區(qū)電力協(xié)調(diào)發(fā)展的實(shí)施意見；

6月28日，國家能源局綜合司關(guān)于下達(dá)火電靈活性改造試點(diǎn)項(xiàng)目的通知（第一批）；

7月22日，國家發(fā)改委、能源局印發(fā)可再生能源調(diào)峰機(jī)組優(yōu)先發(fā)電試行辦法；

8月5日，國家能源局綜合司關(guān)于下達(dá)第二批火電靈活性改造試點(diǎn)項(xiàng)目的通知。

政策驅(qū)動(dòng)催生了火電靈活性改造市場(chǎng)。

3我國火電靈活性改造試點(diǎn)項(xiàng)目

3.1試點(diǎn)項(xiàng)目概況

目前兩批試點(diǎn)項(xiàng)目共22個(gè)，46臺(tái)機(jī)組，約1818萬千瓦。以30/60萬千瓦機(jī)組為主，以熱電機(jī)組為主，以東北地區(qū)為主。

技術(shù)要求：（1）使熱電機(jī)組增加20%額定容量的調(diào)峰能力，最小技術(shù)出力達(dá)到40%～50%額定容量；（2）純凝機(jī)組增加15%～20%額定容量的調(diào)峰能力，最小技術(shù)出力達(dá)到30%～35%額定容量。這是最低要求。（3）部分具備改造條件的電廠預(yù)期達(dá)到國際先進(jìn)水平，機(jī)組不投油穩(wěn)燃時(shí)純凝工況最小技術(shù)出力達(dá)到20%～25%。

3.2 火電靈活性改造的市場(chǎng)規(guī)模

那么，大家感興趣的是，未來靈活性改造市場(chǎng)規(guī)模有多大？

基本上取決于四個(gè)因素：

風(fēng)電、太陽能的發(fā)展；預(yù)期的棄風(fēng)率；現(xiàn)有煤電廠的條件；政策的力度。如果按2020年風(fēng)電、太陽能裝機(jī)達(dá)到4億千瓦，并按照一定的風(fēng)電/煤電匹配系數(shù)，大致的改造規(guī)模在2億千瓦（系數(shù)0.5）和2.4億千瓦（系數(shù)0.6）之間。這是宏觀的估算?？磥硎袌?chǎng)規(guī)模不小。

3.3 東北電力調(diào)峰輔助服務(wù)市場(chǎng)機(jī)制

火電靈活性調(diào)峰能盈利嗎？市場(chǎng)如何運(yùn)作？這也是人們關(guān)心的問題。

至今，22個(gè)火電靈活性試點(diǎn)項(xiàng)目如何補(bǔ)帖未見報(bào)道。試點(diǎn)項(xiàng)目大都在東北。我們看看東北電力調(diào)峰輔助服務(wù)市場(chǎng)如何運(yùn)作。

東北電力調(diào)峰輔助服務(wù)市場(chǎng)于2014年10月開始運(yùn)作。《東北電力調(diào)峰輔助服務(wù)市場(chǎng)監(jiān)管辦法》編制說明詳細(xì)地介紹了市場(chǎng)的運(yùn)作辦法。目前，有如下政策：

（1）《東北區(qū)域發(fā)電廠并網(wǎng)運(yùn)行管理實(shí)施細(xì)則（試行）》；

（2）《東北區(qū)域并網(wǎng)發(fā)電廠輔助服務(wù)管理實(shí)施細(xì)則（試行）》；

（3）東北能源監(jiān)管局關(guān)于印發(fā)《<東北電力調(diào)峰輔助服務(wù)市場(chǎng)監(jiān)管辦法（試行）>補(bǔ)充規(guī)定》的通知。

3.3.1哪些機(jī)組參與市場(chǎng)化管理

（1）火電機(jī)組、生物質(zhì)發(fā)電機(jī)組(100MW及以上容量)能夠提供基本及有償調(diào)峰輔助服務(wù)，參與市場(chǎng)化管理；

（2）水電機(jī)組暫認(rèn)為能夠提供100%的基本調(diào)峰能力，不參與市場(chǎng)化管理；

（3）風(fēng)電場(chǎng)、光伏電站作為間歇性電源不具備提供調(diào)峰輔助服務(wù)能力，參與市場(chǎng)化管理；

（4）核電目前暫按不提供日內(nèi)調(diào)峰輔助服務(wù)考慮，參與市場(chǎng)化管理。

3.3.2有償調(diào)峰輔助服務(wù)區(qū)間

目前按52%負(fù)荷即調(diào)峰率48%作為有償調(diào)峰輔助服務(wù)的起點(diǎn)。

深度調(diào)峰有償調(diào)峰輔助服務(wù)的補(bǔ)償費(fèi)用分配比例依據(jù):(1)負(fù)荷率大于52%的火電廠的全電量；（2）核電廠負(fù)荷率超過52%以上的電量；（3）風(fēng)電場(chǎng)的全電量。

3.3.3調(diào)峰有償輔助服務(wù)報(bào)價(jià)區(qū)間

3.3.4啟停調(diào)峰有償輔助服務(wù)

啟停調(diào)峰有償輔助服務(wù)的界定暫按“24小時(shí)內(nèi)啟停一次考慮”，實(shí)行一次性定額補(bǔ)償，按月進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和結(jié)算。

4火電靈活性改造的技術(shù)

這里關(guān)系的是要改什么，如何改，有什么成熟、經(jīng)濟(jì)的技術(shù)？

安全可靠當(dāng)然是第一位的。牽一發(fā)而動(dòng)全身，靈活性改造可能要涉及到鍋爐、汽機(jī)、控制系統(tǒng)的改造，需要先做全廠評(píng)估，再制定具體方案。

通用電氣整合了阿爾斯通的發(fā)電技術(shù)，具有針對(duì)火電靈活性改造的技術(shù)、服務(wù)和業(yè)績。比如，阿爾斯通開發(fā)的FlexSuite注冊(cè)商標(biāo)，意思是靈活性整套方案，對(duì)于靈活性的四個(gè)方面即快速啟動(dòng)、提高性能、提高爬坡速率、低負(fù)荷運(yùn)行等制定了相應(yīng)的解決方案。

以下是一個(gè)成功案例，低負(fù)荷達(dá)14%（鍋爐側(cè)）。

4.1低負(fù)荷穩(wěn)燃

可能涉及到等離子燃燒器，火焰監(jiān)視器，磨煤機(jī)改造如動(dòng)態(tài)分離器的應(yīng)用。按照最低不投油穩(wěn)燃負(fù)荷的定義，額外輸入能量的辦法如加氧氣、天然氣、液化天然氣，不在這里討論。

4.2低負(fù)荷脫硝

基本上有水側(cè)的熱水再循序（亞臨界）、流量置換（超臨界），煙氣旁路，分割省煤器等方案。具備條件的大機(jī)組也有采用零號(hào)高加方案的。各有特點(diǎn)。值得注意的是，在負(fù)荷比較低比如<30%時(shí)，省煤器煙氣旁路方案則可能煙氣量不夠了。

水側(cè)方案則是比較可行的，熱水再循環(huán)至省煤器入口，提高進(jìn)口水溫，降低省煤器吸熱量，提溫可達(dá)40度以上，控制比較精準(zhǔn)。廣東粵電沙角C廠 3x660MW亞臨界機(jī)組為成功案例。

4.3 熱電解耦

東北部分機(jī)組為熱供機(jī)組，需實(shí)現(xiàn)熱電解耦。供熱量大的通常會(huì)采用蓄熱罐方案。簡單粗暴的辦法還有電熱鍋爐，抽汽減溫減壓等，不在這里討論。

對(duì)于水溫小于100度的集中供熱，采用常壓大水罐。蓄熱罐整合到供熱回路。

水罐的大小與蓄熱時(shí)間有關(guān)。國外有的罐高達(dá)50米。

4.4 NeuCo鍋爐性能優(yōu)化系統(tǒng)
這是一款自學(xué)習(xí)軟件，通過鍋爐燃燒優(yōu)化和吹灰優(yōu)化，可以提高機(jī)組效率0.75-1.5%，相當(dāng)于改善供電煤耗3克/千瓦時(shí)左；NOx減排5%-15%；減少非計(jì)劃停機(jī)。

4.5 汽機(jī)改造

需要關(guān)注低負(fù)荷下低壓缸末級(jí)葉片的安全如水蝕和鼓風(fēng)。也可以結(jié)合靈活性，改造汽機(jī)通流。

波蘭Rybnik 210MW亞臨界煙煤機(jī)組，改造后，低負(fù)荷到25%，低負(fù)荷下效率提高2%，全負(fù)荷范圍提高1%。

5總結(jié)

（1）   低碳社會(huì)是全球共同的需求，對(duì)火電機(jī)組靈活性提出了挑戰(zhàn)；

（2）   我國可再生能源發(fā)展迅猛，火電靈活性市場(chǎng)開始出現(xiàn)，22個(gè)試點(diǎn)項(xiàng)目開始著手實(shí)施。估計(jì)未來市場(chǎng)規(guī)模達(dá)2億千瓦以上；

（3）   靈活性改造在歐洲有成熟的應(yīng)用。整體評(píng)估、整體方案有利于安全、高效、靈活的改造。通用電氣具有成熟的技術(shù)、服務(wù)和業(yè)績。

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瞻前顧后的含義：詹之目光為瞻。

1）瞻前：前瞻未來，關(guān)注環(huán)境、健康，尤其節(jié)能減排；關(guān)注前輩；

2）顧后：不忘歷史，關(guān)注傳統(tǒng)文化的學(xué)習(xí)與力行；關(guān)注后輩的成長。