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)劃設計總院原副院長孫銳等技術大拿齊聚一堂，對“亞臨界機組600攝氏度升溫改造關鍵技術”研究與應用成果進行評審。經過認真的質詢、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”為世界首創(chuàng)，具有自主知識產權。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路徑，具有顯著的經濟社會效益和良好的推廣應用前景。建議加強與國內研發(fā)和裝備制造企業(yè)的合作，盡快推廣應用。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)向高質量低碳方向轉型提供可行的技術解決方案。
自主創(chuàng)新成果令人矚目
“由于該項技術極具突破性，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荷性能，打破了業(yè)界的‘常識’，改造后其獲得的運行結果更是令人驚嘆，因此評審會上專家們的質詢和討論非常認真和激烈。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所具有創(chuàng)新性與突破性。
據了解，亞臨界燃煤機組600攝氏度升溫改造技術是由上海申能電力科技有限公司開發(fā)的專利技術，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。在此基礎上，再結合一系列申能科技的配套專用創(chuàng)新技術，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峰調頻靈活性能力。
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。經第三方測試，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)定運行負荷能力達到19%，可實現(xiàn)20%~100%的大范圍調峰。
“對該技術的第三方測試由國內外三個單位承擔，分別按照國內標準和國際標準進行，這也表明各項運行數據經得住檢驗。”上海申能電力科技有限公司總經理馮偉忠透露，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%。改造前實測額定負荷下的供電煤耗是318克/千瓦時，改造后這一數據為282克/千瓦時。改造后的兩項數據已經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荷穩(wěn)燃和調峰調頻性能。徐州電廠3號亞臨界機組排放達標的穩(wěn)燃負荷調節(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荷調節(jié)能力達到100%~20%的目標，實現(xiàn)了在超低負荷下穩(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，加上電網對調峰調頻的獎勵，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問世，折射出更深層的意義在于——為煤電的低碳高質量發(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，煤電面臨向高質量低碳轉型發(fā)展的挑戰(zhàn)，包括：應對氣候變化的“低碳發(fā)展”;應對更高質量環(huán)境要求的“清潔發(fā)展”;應對可再生能源電力的需求，可安全、穩(wěn)定、高效、低排放地適應負荷和電網頻率的“靈活性發(fā)展”。
煤電向高質量低碳發(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計開發(fā)和系統(tǒng)集成設計研究。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。煤電高質量發(fā)展的重點應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果顯示，即使在50%負荷時，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)定新能源電力并網消納，所引發(fā)的電網區(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)新技術所具有的高效、低排放、靈活調節(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，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，有效帶動全產業(yè)鏈投資，對促進我國經濟社會高質量發(fā)展具有重要意義。建議有關部門將亞臨界機組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列為國家重大技術，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濟為前提的高創(chuàng)新性技術推廣應用的激勵和扶持政策，這里還涉及技術專利保護、產業(yè)鏈上下游打通等廣泛內容，值得決策者深入思考。”
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