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(jìn)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(jī)組600攝氏度升溫改造關(guān)鍵技術(shù)”研究與應(yīng)用成果進(jìn)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(dá)成一致意見:“亞臨界機(jī)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(jī)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(jì)社會效益和良好的推廣應(yīng)用前景。建議加強(qiáng)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(jī)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(dá)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(jī)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(jī)進(jìn)口壓力(16.7兆帕)不變的條件下,把汽機(jī)進(jìn)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(jī)組和熱力系統(tǒng)進(jìn)行改造,從而實現(xiàn)顯著提升機(jī)組熱效率,提高亞臨界機(jī)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(jī)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(jī)組采用600攝氏度升溫改造后,取得了明顯成效:改造后機(jī)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(jī)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(jī)組最低穩(wěn)定運行負(fù)荷能力達(dá)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(jìn)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(jī)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(jī)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(jī)組的效率和煤耗提升到超超臨界水平。徐州電廠3號機(jī)組于2012年實施汽輪機(jī)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(jìn)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(dá)到甚至超過一次再熱超超臨界機(jī)組的較先進(jìn)水平。
二是大大提升了亞臨界機(jī)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(jī)組排放達(dá)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(dá)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(jī)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(jī)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(jī)組煤耗達(dá)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(jī)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(jī)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(jī)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(jìn)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(jìn)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(jī)組在全球現(xiàn)役煤電機(jī)組中的占比最高,中國現(xiàn)有亞臨界機(jī)組的總裝機(jī)容量約3.5億千瓦、合940余臺,約占全國燃煤機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)組的供電效率仍可達(dá)到40.36%,供電煤耗可達(dá)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)組實施綜合節(jié)能改造:“因廠制宜采用汽輪機(jī)通流部分改造、鍋爐煙氣余熱回收利用、電機(jī)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(jī)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(dá)到同類型機(jī)組先進(jìn)水平。”“到2020年,現(xiàn)役燃煤發(fā)電機(jī)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(jī)組(除空冷機(jī)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(jī)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(jī)組技術(shù)改造:“十四五”全面推進(jìn)存量煤電亞臨界機(jī)組升級改造,可大幅提升機(jī)組效能,有效帶動全產(chǎn)業(yè)鏈投資,對促進(jìn)我國經(jīng)濟(jì)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)容量1/3的亞臨界機(jī)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(jī)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(jì)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(hù)、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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