新型電力系統(tǒng)下燃煤電廠靈活性改造與電網(wǎng)協(xié)調(diào)思考及展望

中國將嚴控煤電項目，大力發(fā)展可再生能源電力，根據(jù)我國電力發(fā)展規(guī)劃，2030年可再生的風電和太陽能發(fā)電總裝機容量將達到12億千瓦以上，將成為我國最主要電源。但可再生能源也有“不可控”的短板：裝機發(fā)電能力嚴重受限于晝夜日照、季節(jié)變化、天氣陰晴、風力大小等自然氣象條件。據(jù)報道，2019年在全國非化石能源發(fā)電量占比僅為32.6%的情況下，風電和光電普遍面臨并網(wǎng)難、消納難、調(diào)度難等問題。因此，未來幾十年，從煤電為主過渡到以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)期間，作為我國電力穩(wěn)定生產(chǎn)、供應和靈活性調(diào)節(jié)的“壓艙石”，燃煤火電不可能退出電力生產(chǎn)。因此，如何使煤電生產(chǎn)更高效、清潔、低碳、靈活，成為電力部門當前要研究和著手解決的迫切課題。

在此背景下，今年5月，南方電網(wǎng)公司在廣州發(fā)布《南方電網(wǎng)公司建設(shè)新型電力系統(tǒng)行動方案（2021-2030年）白皮書》，提出預計2030年前基本建成新型電力系統(tǒng)，在實現(xiàn)碳達峰、碳中和目標過程中，確保新能源高效消納和電力可靠供應。

火電是南方電網(wǎng)最經(jīng)濟可靠的調(diào)峰電源

隨著以風電、光伏為主的波動性可再生能源裝機容量的日益增長，電力系統(tǒng)靈活運行能力變得更加重要，而電力系統(tǒng)靈活性主要用于衡量電力系統(tǒng)在相關(guān)的時間尺度內(nèi)，以可靠且具有成本效益的方式管理供需波動性和不確定性的能力，這也就意味著電力系統(tǒng)的靈活運行能力是未來電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型的核心?？紤]到我國能源資源稟賦特點，國內(nèi)煤電機組必須繼續(xù)存在，發(fā)揮壓艙石的作用。即便到2060年，電網(wǎng)可能仍需要煤電作為調(diào)節(jié)電源，以滿足電網(wǎng)的安全需要。電化學儲能目前能量密度低、投資高，鋰在元素周期表中的位置決定了電池儲能技術(shù)短期內(nèi)很難突破，而核聚變儲能因難度大也不容易短期突破，所以在電池或可控核聚變儲能取得突破性進展之前，火電有長期作為壓艙石存在的必要。因此對于南方電網(wǎng)來講，要大力開展燃煤電廠靈活性改造，提供更多優(yōu)質(zhì)的靈活性調(diào)峰電源，當新能源大量接入時，可有效解決新能源間歇性強、波動大、預測難等隨機性和不穩(wěn)定性問題，在確保電量供應的同時可滿足出力可靠性的要求?；痣娙匀皇悄戏诫娋W(wǎng)最適宜的調(diào)峰電源，保障南方電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、高效運行。

火電靈活性改造與南方電網(wǎng)運行協(xié)調(diào)處理對策

我國各個煤電機組的設(shè)計制造存在很大的差別。各發(fā)電機組的鍋爐、汽機和發(fā)電機三大主機對原生產(chǎn)廠家的設(shè)計和制造要求是不相同的，三大主機所設(shè)計的安全運行的技術(shù)參數(shù)不同，負荷調(diào)節(jié)范圍也不一樣，當電網(wǎng)進行調(diào)峰時，均有各自不同的合理調(diào)峰深度。煤電機組深度調(diào)峰對發(fā)電企業(yè)經(jīng)濟效益有較大的影響，將導致發(fā)電煤耗上升。因此對不同類型機組深度調(diào)峰的下限要進行技術(shù)經(jīng)濟對比分析，選擇經(jīng)濟上能夠接受、合理的調(diào)峰下限，并不是鍋爐負荷越低越好。在進行深度調(diào)峰改造時，要因地制宜，針對每臺鍋爐特性、煤質(zhì)情況提出相應的技術(shù)路線，而不是千篇一律，追求統(tǒng)一的技術(shù)路線。鍋爐深度調(diào)峰技術(shù)改造，要進行安全性評估工作，尤其是不可預測的安全隱患，務(wù)必做好風險預控措施。要增加監(jiān)測點，保證靈活性改造后機組的安全穩(wěn)定運行，切不可盲目進行改造。因此火電廠靈活性改造要結(jié)合燃煤電廠實際，與電網(wǎng)公司進行充分溝通，根據(jù)電網(wǎng)負荷情況、當?shù)匦履茉慈萘康忍攸c，選擇深度調(diào)峰的具體幅度。

構(gòu)建新能源為主體的新型電力系統(tǒng)下電網(wǎng)安全性思考

隨著新能源大量接入，尤其是燃煤電廠將來大量進行深度調(diào)峰，從安全性角度考慮，電網(wǎng)企業(yè)和發(fā)電企業(yè)，要強化底線思維和紅線意識，要建立健全改造前評估優(yōu)化和風險預控、改造過程中管控、改造后安全運行與技術(shù)監(jiān)督的全過程保障機制?；痣姍C組深度調(diào)峰面臨很多看不見的風險，需要針對不同設(shè)備，進行大量艱苦的探索。煤電機組深度調(diào)峰需要頂層設(shè)計，制定相關(guān)標準，使整個電力行業(yè)健康發(fā)展，為國家的社會經(jīng)濟生活提供堅強可靠的保障。面對復雜的深度調(diào)峰運行環(huán)境，電網(wǎng)企業(yè)和發(fā)電企業(yè)要大力應用人工智能，特別是深度學習技術(shù)，在軟測量、故障診斷、自動控制等領(lǐng)域，要更多體現(xiàn)新技術(shù)的應用，保證電網(wǎng)安全運行。突出防范和化解改造后機組快速啟停、快速爬升、快速變負荷過程中和長期低負荷運行所帶來的安全風險，嚴防發(fā)生涉網(wǎng)的重大不安全事件。

思考與展望

在“雙碳”戰(zhàn)略目標下，我國電力的發(fā)展方向是“構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)”。燃煤電廠是最經(jīng)濟的調(diào)峰電源，對于保障電網(wǎng)安全、穩(wěn)定運行具有壓艙石的作用。電網(wǎng)企業(yè)與發(fā)電企業(yè)要深入溝通、密切合作，加強科技自立自強。相信在不久的將來，通過技術(shù)攻關(guān)，一定能夠?qū)崿F(xiàn)新能源為主體的新型電力系統(tǒng)下煤電企業(yè)與電網(wǎng)企業(yè)的協(xié)同高質(zhì)量發(fā)展，為國家的社會經(jīng)濟生活提供堅強可靠的保障，為雙碳目標實現(xiàn)提供電力科技工作者的智慧和力量。