灵活性改造：燃煤电厂低碳转型的关键路径

　　在全球积极应对气候平均状态随时间的变化、全力推进 “双碳” 目标的大背景下，能源领域的变革势在必行，而燃煤电厂的低碳转型成为其中的关键任务。灵活性改造作为一项核心举措，正引领着燃煤电厂在降低碳排放、提升能源利用效率方面取得显著成效

　　随着全球能源结构加速向低碳化转型，新能源发电在电力供应中的占比持续攀升。在此背景下，火电灵活性改造成为提升电力系统稳定性与可靠性的关键，在国内外均受到广泛关注并取得一定进展。

　　在国外，部分欧美国家凭借成熟的电力市场机制和先进的技术，较早开启了火电灵活性改造之路，成果显著。丹麦作为能源转型的先锋，其火电机组灵活性改造历经多个阶段，通过市场驱动和技术创新，目前硬煤火电机组最小出力可达 25% - 30%，褐煤机组最小出力为 40% - 50%，爬坡速率大幅度的提高，能高效响应新能源电力波动，充分参与电力现货市场调节。德国同样重视火电灵活性改造，在政策引导和市场激励下，火电机组灵活性慢慢地加强，有效支撑了本国高比例可再次生产的能源并网的电力系统稳定运行。

　　我国在火电灵活性改造方面虽起步相对较晚，但近年来随着新能源装机规模的爆发式增长，改造进程明显加快。“十三五” 期间，我国启动了火电灵活性改造示范工程，在东北、西北等新能源富集地区开展试点。“十四五” 期间，政策层面进一步发力，国家发改委、国家能源局明白准确地提出煤电灵活性改造应改尽改，目标完成 2 亿千瓦改造任务，增加系统调节能力 3000 - 4000 万千瓦，以促进清洁能源消纳。2024 年 1 月，国家发展改革委、国家能源局《关于加强电网调峰储能和智能化调度能力建设的指导意见》进一步强调，到 2027 年存量煤电机组实现 “应改尽改”，在新能源占比较高、调峰能力不够的地区，探索煤电机组深度调峰，最小发电出力达到 30% 额定负荷以下。

　　在技术创新层面，研发投入将持续加大。一方面，致力于逐步降低机组最小技术负荷，有望让纯凝亚临界机组最低运行负荷达到 20% 额定负荷，纯凝超临界机组最低运行负荷达到 30% 额定负荷 。另一方面，提高机组的爬坡速度和快速启停能力，尤其是针对高温度高压力的高参数机组，将成为技术突破的重点方向。燃烧技术也会朝着更精准、高效、低污染的方向发展，研发能适应多种煤质的智能燃烧系统，实现燃烧过程的全方位优化。此外，储能技术与燃煤电厂的融合将不断深化，借助新型储能材料和技术，如固态电池、液流电池等，与燃煤机组协同运作，增强机组的调峰能力和电力存储能力，更好地应对新能源发电的波动性。

　　政策支持与市场机制也将逐渐完备。国家会持续出台鼓励煤电机组进行灵活性改造、参与深度调峰和快速启停的有关政策，为改造提供坚实的政策保障。调节性能优异、可调范围大的煤电机组，将在辅助服务市场中获得更合理的经济回报，进一步激发电厂改造的积极性。同时，各地也会因地制宜，制定符合本地真实的情况的政策措施，推动灵活性改造工作的顺利开展。

　　在智能化、数字化转型方面，大数据、人工智能、物联网等先进的技术将深度融入灵活性改造。通过智能化的监测和控制管理系统，实现对机组运作时的状态的实时、精准监测，及时有效地发现并解决潜在问题。利用大数据分析技术，深度挖掘电网负荷变化、新能源发电情况、煤质等数据背后的规律，为机组的运行决策提供科学依据。借助物联网技术，实现设备之间的互联互通和协同工作，提高电厂的整体运行效率和管理上的水准，打造智能电厂新生态。

　　从整体发展的新趋势来看，随着电力系统中煤电机组占比的逐渐降低，煤电机组的功能定位将逐步从以发电为主转变为以调节为主，运行目标也将从单纯追求高效节能，转变为更看重提升机组的灵活性，并兼顾高效节能。这一转变将促使燃煤电厂在灵活性改造的道路上不断前行，为构建稳定、高效、绿色的新型电力系统贡献重要力量。

　　近期，哈密市各电厂积极地推进煤电机组灵活性改造，运用先进的技术提升清洁高效发展水平，为煤电低碳转型注入强大动力。

　　国家能源集团国神哈密煤电公司花园电厂便是其中的典型代表。该厂拥有 4 台 66 万千瓦超临界燃煤空冷发电机组，在改造过程中创新不断。在锅炉系统改造上，研发出全新的自适应燃烧器，搭载智能感应芯片，能实时监测燃料成分和空气流量，自动调整混合比例，实现精准燃烧，燃烧效率大幅度提高，氮氧化物等污染物生成量降低 30% 以上。受热面改造引入纳米涂层技术，增强传热性能，热能传递效率提高 20%，降低了煤耗。

　　汽轮机改造方面，花园电厂与科研机构合作开发全新的柔性通流技术，采用可调节叶片和智能控制级间间隙，使蒸汽流动更智能、高效，不同工况下自动调整，减少能量损失，经测试，机组煤耗每千瓦降低 15 克左右，每台机组年可节约用煤约 3.5 万吨，碳排放显著减少。

　　此外，电厂还引入自主研发的智能孪生控制管理系统，运用数字孪生技术构建虚拟模型，实时模拟机组运作时的状态，提前察觉缺陷并调整参数。同时，建成投运分布式新能源项目，实现太阳能、风能与燃煤发电的无缝对接，提升能源利用效率。花园电厂 4 台机组逐步完成 20% 深度调峰实验，1、2、3 号机组已完成改造及相关实验，深度调峰能力可达 20%，4 号机组也计划在近期完成改造，更好地适应了新能源发电的波动性。

　　中煤哈密发电有限公司同样成果斐然。确定了包括锅炉分隔屏、受热屏升级改造以及基于 DCS 宽负荷自动控制优化、INFIT 辅助调频及深度调峰优化等 9 项改造工作。锅炉分隔屏和受热屏升级改造采用新型复合材料，具有耐高温、耐腐蚀和自我修复功能，还对屏结构可以进行仿生学设计，增强了对复杂工况的适应性。

　　基于 DCS 宽负荷自动控制优化技术，对分散控制管理系统 (DCS) 做全面升级，使用先进AI算法，使 DCS 系统能根据多种因素自动生成最优控制策略，实现机组在宽负荷范围内的快速、稳定运行。INFIT 辅助调频及深度调峰优化技术，利用量子计算原理开发新型调频算法和深度调峰策略，使机组能在毫秒级响应电网调频需求，在深度调峰时保持卓越运行性能。通过这一些改造，成功解决了机组低负荷工况下的疑难问题，改造后的机组最低负荷单机深调功率增加 15 万千瓦以上，参与调峰能力大幅度的提高，推动了传统煤电厂向新型绿色电厂转型。

　　在新疆阿克苏地区，徐矿集团新疆阿克苏热电有限公司 1 号煤电机组列入自治区 2024 年煤电机组灵活性改造项目计划，标志着地区在运 6 台煤电机组灵活性改造实现全覆盖。此次改造为地区电网再释放 3.5 万千瓦调峰空间，机组供电煤耗水平降低 1.5 克 / 千瓦时以上。此前，浙能阿克苏热电公司、华电库车发电公司等 5 台煤电机组已完成灵活性改造工程，共为地区电网释放 25 万千瓦调峰空间。

　　在这些改造中，普遍采用了创新的汽轮机旁路系统优化技术，对旁路系统阀门进行磁悬浮设计，减少摩擦阻力和能耗，采用智能控制技术，实现阀门的快速、精准调节，提高机组在启动、停机和变负荷过程中的灵活性和安全性。对凝结水系统来进行优化时，采用新型的相变储能凝结水泵和高效能的冷凝换热器。相变储能凝结水泵能在机组负荷变化时自动调节出力，降低凝结水能耗。高效能的冷凝换热器采用特殊换热结构和材料，使凝结水换热效率提高 30%，进一步提升了机组的整体效率。

　　从技术原理来看，灵活性改造中的协调控制管理系统升级、汽轮机通流部分优化等措施，使机组能够更精准地响应电网负荷变化指令。当新能源发电过剩时，机组能够迅速降低负荷，吸纳多余电力;而在新能源发电不足时，又能迅速提升负荷，保障电力供应稳定，减少了因电力供需不平衡导致的能源浪费和碳排放。

　　业内专家这样认为，燃煤电厂的灵活性改造是实现低碳转型的重要路径，不仅有助于提升新能源消纳能力，还能提高能源利用效率，降低碳排放。未来，随技术的慢慢的提升和更多电厂加入改造行列，燃煤电厂将在低碳转型道路上迈出更坚实的步伐，为实现 “双碳” 目标贡献更大力量。

　　这种路存说很艰难，但是我们一定要要这样做，抛弃过去的单元方案和n形锅炉设计可采用几个燃烧室串联的燃烧方式！

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