摘要：电力发展“十三五”规划中明确要求充分挖掘现有系统调峰潜力，增强火电机组的灵活性，大幅度接纳新能源入网。对火电进行灵活性改造，增加火 电厂的深度调峰能力，正成为一种新常态。庄电公司的压谷调峰经验，可为相关 企业提供借鉴。文中阐述了我国火电机组缺乏灵活性的现状与潜在压力，主要从系统储热改造和调峰运行策略的角度介绍了国内外关于提升火电机组灵活性技术的发展状况，其中丹麦提升火电机组灵活性技术的实例有借鉴启示，并初步提出了我国火电机组灵活性改善的路径建议。
关键词：火电机组；灵活性改造；深度调峰
引言
2016年11月初，国家发改委和能源局发布的电力发展“十三五”规划（以下简称《规划》）中明确表示要充分挖掘现有系统调峰潜力，着力增强系统尤其是火电机组的灵活性。自 2006 年颁布实施《可再生能源法》之后，我国新能源产业发展迅速。但是，由于新能源的波动性以及管理利用水平和配套政策的不完善等因素，新能源的消纳成了一个能源电力领域亟待解决的新问题。与此同时，电力体制改革正通过有序缩减发用电计划，开展发电企业与用户直接交易，逐步扩大市场化电量的比例，为进一步完善电力市场提供空间。因此，从电网侧、用户侧和电源侧统筹规划，提升火电机组灵活性，加强机组调峰能力和消纳新能源入网是“十三五”能源战略的调整重点。
1.我国火电机组缺乏灵活性的潜在压力
1.1能源与环境压力
能源作为环境的组成部分，在能源开发和利用的整个生命周期中，从能源资源的开采、加工和运输到二次能源的生产发电以及电力的传输和分配直至能源的最终消费，各阶段都会对环境造成压力，引起局部的、区域性的、乃至全球性的环境问题。火电工业和能源紧密相关，仅化石能源的消耗使全世界每年排放二氧化碳320亿t，二氧化硫1.2亿t，氮氧化物1亿t，带来严重的环境污染和气候变化问题。在我国，2014年火电行业二氧化硫、氮氧化物和粉尘的工业排放量分别达到620万t、710万t 和270万t，造成了严重的雾霾和酸雨等污染现象；2015 年全国电力工业煤炭消费量约20亿t，造成的环境损失高达数千亿。环境的日益恶化，引起了公众的广泛关注。
1.2电源结构压力
我国的电源结构主要以火电为主随着我国电网机组装机容量的不断扩大，传统火电和新能源发展之间的矛盾也因此显现。电网中大容量火电机组普遍参与电网的调峰，为可再生能源消纳提供足够的容量空间，以满足电源结构中新能源比重提升的需要。我国大部分主力火电机组长期在 65% ～ 75% 的负荷下运行，不仅调峰深度普遍不够，而且机组运行能效和污染物控制能力明显下降；煤电自身结构也有待进一步优化转型以适应总体电源结构的改变。因此，火电机组缺乏灵活性面临着来自电源结构调整的压力。
1.3电力市场体制改革压力
我国电力市场体制改革正在有序推进，在发电侧引入了竞争机制，激励企业以最佳的节能减排效益来获得最大程度的竞争收益。传统火电与新能源作为电力市场的主体，一同参与竞争，但国家电网节能减排的调度原则使火电企业不仅承担了调峰任务，还面临着利润压缩的风险。2015年，全国火电机组平均运行小时数已经下降至4 329 h，并将长期保持在较低水平，部分火电基荷电源甚至将作为调峰电源运行。在新的电力供需环境下，可再生能源处于优先地位，火电机组则担负电网的稳定电源。随着电力市场体制改革进程的不断深入，政府需要通
过政策激励等手段，提升火电企业辅助服务积极性，其中完善辅助服务市场体制是关键。火电企业作为市场化环境下生产运营的决策者，必须结合已有的市场规则和自身技术特点，合理评估自身在市场竞争中的地位，在电力市场交易中合理调整竞价策略，实现利益最大化。
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2.国内外关于提升火电机组灵活性技术的发展状况
2.1火电机组灵活性改造的研究方向与成果
火电机组分为热电机组和凝汽机组两大类，欧美多数广泛使用热电联产机组，但其中较大比重为大容量抽凝式机组；国内两类机组都普遍存在，热电机组装机容量大约为火电总装机容量的32%。调峰运行方式的优化和锅炉燃烧系统的优化改造是火电机组灵活性改造的主要手段。除此之外，国内外也兴起了分布式小型化热电机组以及火电机组蓄热储能改造方案的研究。
2.2储能系统与联合调峰运行策略
火电机组灵活性的改善需要大容量储能技术相配合，除了上述利用储热装置的方法以外，主要的储能系统是以抽水蓄能电站、燃气轮机电站和常规水电机组等为主的调峰电源。由于相关技术相对较成熟，抽水蓄能电站是国内外建设调峰电源的首选。最佳抽水蓄能容量需综合考虑操作和投资成本来确定，且必须与已有电站配合建设。我国抽水蓄能电站在电源结构的比例还很低，根据电网的资源优化配置，至2020年，抽水蓄能电站装机达到 4 000 万左右比较符合我国的国情。此外，利用以燃料电池为核心的储能系统辅助调峰提高火电灵活性的技术也在持续研究中。燃料电池技术整体还不成熟，相关研究主要集中于材料、结构和催化剂的改良。近日，美国橡树岭国家实验室能源部使用纳米尖峰催化剂将温室气体二氧化碳转化为乙醇，研究人员认为可利用二氧化碳可以制造和存储为乙醇的特性，研制新型电池储能系统平衡间歇电源对电网稳定性的影响。我国电源数量多、分布广，联合调峰方案实施的可操作性很大。大连理工大学静铁岩根据实时数据的更新，以决策时间尺度的选择、保守型策略和滚动决策结合的运行模式，提出了常规水电机组和火电机组的联合调峰运行框架，从而保持火电机组所承担的日尖峰负荷。武汉大学赵洁则提出了核电机组参与电网调峰及与抽水蓄能电站联合运行的策略，其运行模型分为完全跟踪模式、三段制跟踪模式和完全跟踪模式，在满足电网调峰需求的前提下，核蓄联合运行能够充分发挥抽水蓄能电站的调峰性能。
2.3火电机组的调峰优化措施
九十年代以来，为了在火电机组变工况调峰的过程中来提高调峰能力和经济性，研究人员从火电机组燃烧系统改造和变工况运行策略的角度对锅炉设备的燃烧稳定性、水循环安全性和锅炉辅机的限制等影响火电机组调峰能力的因素进行了深入研究。机组调峰改造和节能改造一般结合进行，常见的低负荷燃烧与排放控制技术有：锅炉的燃烧优化，包括对燃烧器、尾部烟道和磨煤机等辅助设备进行稳燃改造和燃料混燃技术等；系统加装前置汽轮机来提高效率，厂用电错峰转移配合调整汽轮机出力大小；通过系统旁路改造和控制烟气温度，降低最小负荷出力，拓宽出力区间；尾部烟道净化处理和相关污染物脱除技术等。从变工况调峰运行的角度来考虑，经过经济性、安全性、机动性和调峰幅度比较评价之后，国内大多数火电机组使用低负荷运行方式，并且随着负荷的降低，采用定压 － 滑压 － 定压的运行方式；实际运行时除了考虑电网负荷特性、机组安全性和经济性之外，还必须提高运行人员管理工况频繁变化机组的操作水平等。
结束语
未来，新能源有望成为我国能源发展的主流，加快能源技术创新，挖掘燃煤机组调峰潜力，全面提高系统调峰和新能源消纳能力势必在行，而火电开展灵活性改造亦是延展其生命周期的有效选择。基于我国的能源形势，为了建设清洁低碳、安全高效的现代能源体系，我国将大力发展新能源发电。电力行业开展火电机组灵活性技术路径的研究，挖掘燃煤机组调峰潜力，是破解当前新能源消纳困境与减少弃风和弃光现象亟待推进的战略举措。
参考文献：
[1]肖创英，汪宁渤，丁坤，等．甘肃酒泉风电功率调节方式的研究［J］．中国电机工程学报，2010，30（10）：1－7．
[2]康重庆，杜尔顺，张宁，等．可再生能源参与电力市场：综述与展望［J］．南方电网技术，2016，10（3）：16 －23．
[3]范鑫，秦建明，刘静宇，等.超临界 600MW 汽轮机低负荷运行优化技术研究 [J].中国电力，2012，45（11）：18-21.
[4]严家騄.工程热力学 [M].北京：高等教育出版社，2007.
[5]叶涛.热力发电厂 [M].北京：中国电力出版社，2006.
[6]鄢宇鹏，孙弼，蔡颐年.汽轮机动叶片水蚀问题的研究 [J].汽轮机技术，1994，36（5）：305-315.
论文作者:闫龙
论文发表刊物:《基层建设》2017年第34期
论文发表时间:2018/3/20
标签：火电论文; 机组论文; 灵活性论文; 能源论文; 新能源论文; 电源论文; 电网论文; 《基层建设》2017年第34期论文;