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當前(qian)，我國(guo)300 MW及以上等級煤(mei)電(dian)(dian)機組平(ping)均供電(dian)(dian)煤(mei)耗(hao)約(yue)為(wei)305 g/(kW?h)。按照2020年(nian)燃煤(mei)機組發(fa)電(dian)(dian)量為(wei)4.8萬億(yi)(yi)kW?h，則(ze)全年(nian)消耗(hao)標(biao)準煤(mei)約(yue)14.6億(yi)(yi)t，CO2排(pai)(pai)放(fang)約(yue)為(wei)42億(yi)(yi)t。根據(ju)相關預測，到(dao)2030年(nian)，煤(mei)電(dian)(dian)CO2排(pai)(pai)放(fang)約(yue)為(wei)40億(yi)(yi)t，與目前(qian)水平(ping)接近，基本可實(shi)現行(xing)(xing)業碳(tan)達峰。但(dan)是(shi)(shi)，發(fa)電(dian)(dian)本質上是(shi)(shi)一個碳(tan)排(pai)(pai)放(fang)行(xing)(xing)業，而且排(pai)(pai)放(fang)量占比很(hen)大。發(fa)電(dian)(dian)行(xing)(xing)業的(de)技術進步，尤(you)其是(shi)(shi)低碳(tan)化技術的(de)突破是(shi)(shi)實(shi)現我國(guo)“30?60碳(tan)達峰碳(tan)中和”目標(biao)的(de)關鍵支撐。

火(huo)力(li)發(fa)電(dian)，尤(you)其是燃煤發(fa)電(dian)，是目前綜合經濟性最好(hao)、技術(shu)成熟度最高的發(fa)電(dian)形式(shi)。理論上講，相對于核電(dian)、水電(dian)、風(feng)電(dian)等，火(huo)力(li)發(fa)電(dian)受資(zi)源制約較(jiao)小(xiao)，布局(ju)更加靈活，裝機(ji)容(rong)量(liang)可以根(gen)據實際需(xu)求決定(ding)。

煤(mei)電(dian)(dian)(dian)的(de)(de)發(fa)(fa)展(zhan)(zhan)，一方面(mian)取決于我國經(jing)濟(ji)發(fa)(fa)展(zhan)(zhan)水平(ping)、資源稟賦、環境保護、碳(tan)(tan)減排等(deng)對電(dian)(dian)(dian)力行業的(de)(de)整(zheng)體需(xu)求，另一方面(mian)取決于煤(mei)電(dian)(dian)(dian)的(de)(de)技術(shu)(shu)特點(dian)(dian)、技術(shu)(shu)成熟度、經(jing)濟(ji)性等(deng)。因此，要深入研究煤(mei)電(dian)(dian)(dian)的(de)(de)發(fa)(fa)展(zhan)(zhan)趨(qu)勢，獲得“碳(tan)(tan)達峰(feng)、碳(tan)(tan)中和(he)(he)”背景下的(de)(de)煤(mei)電(dian)(dian)(dian)合(he)理(li)占比和(he)(he)結(jie)構(gou)，就必須從電(dian)(dian)(dian)力需(xu)求和(he)(he)發(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)技術(shu)(shu)發(fa)(fa)展(zhan)(zhan)兩方面(mian)綜合(he)考(kao)量，需(xu)要考(kao)慮存(cun)量機組(zu)的(de)(de)節(jie)能降(jiang)耗和(he)(he)新(xin)建機組(zu)的(de)(de)高效(xiao)率。同時，煤(mei)電(dian)(dian)(dian)機組(zu)需(xu)要智能靈(ling)活，滿足新(xin)能源電(dian)(dian)(dian)力的(de)(de)大(da)規模接入。因此，應(ying)重(zhong)點(dian)(dian)研究高效(xiao)煤(mei)電(dian)(dian)(dian)技術(shu)(shu)、煤(mei)電(dian)(dian)(dian)機組(zu)靈(ling)活調峰(feng)技術(shu)(shu)和(he)(he)碳(tan)(tan)捕集及利用技術(shu)(shu)。

1煤電的發展研究

1.1煤(mei)電的特點和定位

經過近幾(ji)十(shi)年(nian)的(de)(de)發展，燃煤發電(dian)(dian)污染物排(pai)(pai)放(fang)得到有效控制。截至(zhi)2020年(nian)底，我國(guo)煤電(dian)(dian)機(ji)組(zu)幾(ji)乎全部(bu)達(da)(da)到超(chao)低(di)排(pai)(pai)放(fang)水平。但(dan)是(shi)，火(huo)力發電(dian)(dian)機(ji)組(zu)在碳(tan)排(pai)(pai)放(fang)方面劣勢明顯。目前，我國(guo)燃煤機(ji)組(zu)單位發電(dian)(dian)量(liang)碳(tan)排(pai)(pai)放(fang)（CO2）高(gao)達(da)(da)879 g/(kW?h)，即使最先(xian)進的(de)(de)煤電(dian)(dian)機(ji)組(zu)單位發電(dian)(dian)量(liang)碳(tan)排(pai)(pai)放(fang)也達(da)(da)到756 g/(kW?h)，遠(yuan)高(gao)于實現碳(tan)中和所(suo)(suo)需的(de)(de)近零排(pai)(pai)放(fang)標準（單位發電(dian)(dian)量(liang)碳(tan)排(pai)(pai)放(fang)量(liang)低(di)于100 g/(kW?h)），所(suo)(suo)以燃煤發電(dian)(dian)是(shi)我國(guo)電(dian)(dian)力行業減(jian)碳(tan)的(de)(de)主要領域。

新中(zhong)國(guo)成立70年(nian)以來(lai)(lai)，我國(guo)電力(li)工業快速發(fa)展，實現了(le)從小到(dao)(dao)(dao)大(da)、從弱到(dao)(dao)(dao)強(qiang)、從追趕到(dao)(dao)(dao)引領的巨(ju)大(da)飛(fei)躍，為我國(guo)經濟社會發(fa)展作出了(le)突出貢獻。在此背景下，煤電快速發(fa)展，在國(guo)家(jia)持續(xu)投(tou)入(ru)和(he)支持下，煤電技術取(qu)得(de)了(le)長足(zu)進步，單機(ji)容量(liang)、機(ji)組(zu)參(can)數、機(ji)組(zu)數量(liang)、能效指(zhi)標均躍居世界前列。長期(qi)以來(lai)(lai)，燃(ran)煤發(fa)電呈現出占比高、體量(liang)大(da)的特點(dian)，實際(ji)承擔我國(guo)主力(li)電源和(he)基(ji)礎電源的角色。

近(jin)年(nian)來我國對(dui)能源利用多(duo)元化(hua)(hua)、清潔(jie)化(hua)(hua)、低碳(tan)(tan)化(hua)(hua)的(de)需求(qiu)日益迫切，尤其是(shi)習近(jin)平總(zong)書記提(ti)出“30?60碳(tan)(tan)達峰碳(tan)(tan)中和(he)”的(de)目標后(hou)，能源行(xing)業尤其是(shi)電力(li)行(xing)業的(de)轉型勢(shi)在(zai)必行(xing)。未來燃煤發(fa)電必將擔負新(xin)的(de)歷史使命(ming)。

首先，新(xin)能(neng)源電(dian)(dian)力(li)波動(dong)大(da)、間歇性強，在大(da)規模、低成本儲(chu)能(neng)技術成熟應用之前，適當比(bi)例的(de)燃煤(mei)發(fa)電(dian)(dian)可(ke)為電(dian)(dian)力(li)系統(tong)的(de)穩定(ding)運(yun)行提供足夠的(de)轉動(dong)慣量，平抑大(da)比(bi)例新(xin)能(neng)源發(fa)電(dian)(dian)并網帶來的(de)波動(dong)，保障電(dian)(dian)網系統(tong)的(de)安全。電(dian)(dian)力(li)系統(tong)需要火(huo)力(li)發(fa)電(dian)(dian)尤其是燃煤(mei)發(fa)電(dian)(dian)充分(fen)發(fa)揮“兜(dou)底保障”的(de)重要作用。

其次(ci)，煤電(dian)要(yao)積極轉變(bian)角(jiao)色(se)，由傳統(tong)(tong)提(ti)供電(dian)力(li)(li)(li)、電(dian)量的(de)(de)主體性電(dian)源(yuan)(yuan)，向提(ti)供可靠電(dian)力(li)(li)(li)、調(diao)(diao)峰調(diao)(diao)頻能力(li)(li)(li)的(de)(de)基礎性電(dian)源(yuan)(yuan)轉變(bian)，積極參與調(diao)(diao)峰、調(diao)(diao)頻、調(diao)(diao)壓(ya)、備(bei)用等輔助服務，提(ti)升電(dian)力(li)(li)(li)系(xi)統(tong)(tong)對(dui)新能源(yuan)(yuan)發電(dian)的(de)(de)消納能力(li)(li)(li)，將更多的(de)(de)電(dian)量市場(chang)讓給低碳電(dian)力(li)(li)(li)。

最后，熱(re)(re)電(dian)(dian)(dian)聯產的(de)燃煤發電(dian)(dian)(dian)機(ji)組是(shi)滿足我國居民(min)采暖需求的(de)重(zhong)要保障。盡管(guan)目前熱(re)(re)電(dian)(dian)(dian)聯產機(ji)組已占火電(dian)(dian)(dian)機(ji)組比重(zhong)的(de)41%，仍不(bu)能滿足我國日(ri)益增長的(de)熱(re)(re)力(li)需求。低成本的(de)燃煤發電(dian)(dian)(dian)是(shi)全社(she)(she)會低成本用(yong)電(dian)(dian)(dian)、用(yong)熱(re)(re)的(de)基礎，是(shi)我國保障民(min)生和社(she)(she)會經(jing)濟活動用(yong)能的(de)重(zhong)要支撐，對促進經(jing)濟社(she)(she)會發展、提升人民(min)幸福感具有重(zhong)要意義。

1.2煤(mei)電在(zai)總裝機中的合理占比

我國煤電(dian)投資規模逐年(nian)下降(jiang)，“十(shi)一五(wu)”時期(qi)的平均(jun)煤電(dian)年(nian)新(xin)(xin)增裝機規模是(shi)6 862萬kW，到“十(shi)三五(wu)”期(qi)間已降(jiang)至3 538萬kW。煤電(dian)新(xin)(xin)增裝機容(rong)量(liang)規模在2016年(nian)被新(xin)(xin)能源(yuan)超(chao)越，2020年(nian)新(xin)(xin)能源(yuan)發電(dian)年(nian)新(xin)(xin)增裝機是(shi)煤電(dian)的近3倍，煤電(dian)裝機容(rong)量(liang)比重歷(li)史(shi)性降(jiang)至50%以下。隨著“雙碳”目標的提出(chu)，煤電(dian)裝機比例進一步(bu)降(jiang)低(di)的趨(qu)勢不可逆轉。

但是(shi)合理的(de)電源結構和發電量(liang)組成，要取決于各(ge)類發電機組的(de)技術發展水(shui)(shui)平和經濟(ji)性，同時也要與(yu)經濟(ji)發展水(shui)(shui)平、資源稟賦、環保要求等整體需求相適應。

根據我(wo)國經(jing)濟(ji)發展(zhan)和(he)全社會用電需(xu)求(qiu)的預測，2030年(nian)(nian)全國電源(yuan)總裝機約28.74億(yi)kW，全年(nian)(nian)發電總量約8.94萬億(yi)kW?h。根據碳(tan)達(da)峰的需(xu)求(qiu)，發電行(xing)業需(xu)在2025年(nian)(nian)前(qian)后(hou)率(lv)先達(da)峰。發電行(xing)業2030年(nian)(nian)全年(nian)(nian)碳(tan)排放總量控制(zhi)在38億(yi)t左右，單位發電量碳(tan)排放降至(zhi)425 g/(kW?h)。

在此條件下進行測算，2030年，燃(ran)(ran)(ran)煤(mei)發(fa)電裝機(ji)12.13億(yi)(yi)kW，占總裝機(ji)的42.20%。燃(ran)(ran)(ran)煤(mei)發(fa)電的發(fa)電量(liang)4.85萬億(yi)(yi)kW?h，占總發(fa)電量(liang)的54.27%。燃(ran)(ran)(ran)煤(mei)發(fa)電的單(dan)位發(fa)電量(liang)碳(tan)排放(fang)降至750 g/(kW?h)左右。全年燃(ran)(ran)(ran)煤(mei)發(fa)電碳(tan)排放(fang)量(liang)約為(wei)36.3億(yi)(yi)t，發(fa)電行業碳(tan)排放(fang)總量(liang)約為(wei)38億(yi)(yi)t。

2060年，根據(ju)我(wo)(wo)國(guo)經濟發(fa)(fa)(fa)展和全(quan)社(she)會用電(dian)需求(qiu)的(de)預測，全(quan)國(guo)電(dian)源(yuan)(yuan)總(zong)裝(zhuang)機約(yue)70.92億(yi)kW，全(quan)年發(fa)(fa)(fa)電(dian)總(zong)量(liang)(liang)約(yue)16.5萬億(yi)kW?h。單(dan)純考慮碳(tan)中和的(de)需求(qiu)，發(fa)(fa)(fa)電(dian)行業(ye)需在2060年將單(dan)位發(fa)(fa)(fa)電(dian)量(liang)(liang)碳(tan)排放降至低于50 g/(kW?h)的(de)水平(ping)，發(fa)(fa)(fa)電(dian)行業(ye)2060年全(quan)年碳(tan)排放總(zong)量(liang)(liang)控制(zhi)在8億(yi)~9億(yi)t。但是(shi)，到(dao)2060年我(wo)(wo)國(guo)仍需維持7億(yi)kW左右的(de)燃(ran)煤(mei)發(fa)(fa)(fa)電(dian)機組，以保障我(wo)(wo)國(guo)能源(yuan)(yuan)電(dian)力供應安全(quan)和調峰、供暖需求(qiu)，發(fa)(fa)(fa)電(dian)行業(ye)2060年實際碳(tan)排放總(zong)量(liang)(liang)存(cun)在很(hen)大的(de)不(bu)確定性。

可(ke)以預(yu)見，未來煤(mei)(mei)電(dian)(dian)(dian)(dian)的(de)(de)(de)裝機占比及(ji)發(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)量(liang)將主要(yao)受到碳(tan)減排(pai)(pai)目標(biao)、電(dian)(dian)(dian)(dian)力供(gong)應(ying)(ying)安(an)全(quan)的(de)(de)(de)雙(shuang)重約束。從碳(tan)減排(pai)(pai)目標(biao)出發(fa)，煤(mei)(mei)電(dian)(dian)(dian)(dian)應(ying)(ying)不(bu)斷(duan)(duan)縮減規模；但從電(dian)(dian)(dian)(dian)力供(gong)應(ying)(ying)安(an)全(quan)角度出發(fa)，則需要(yao)煤(mei)(mei)電(dian)(dian)(dian)(dian)在(zai)(zai)較長時期內繼續承擔(dan)兜(dou)底保障、應(ying)(ying)急備用、調(diao)(diao)峰調(diao)(diao)頻、消(xiao)納(na)新能源(yuan)、乃至工業(ye)供(gong)熱與采暖供(gong)熱等(deng)作用。因此，煤(mei)(mei)電(dian)(dian)(dian)(dian)將在(zai)(zai)滿(man)足電(dian)(dian)(dian)(dian)力供(gong)應(ying)(ying)安(an)全(quan)的(de)(de)(de)前提下不(bu)斷(duan)(duan)降低發(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)量(liang)，以實現更(geng)少的(de)(de)(de)碳(tan)排(pai)(pai)放。而(er)其(qi)裝機和(he)發(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)量(liang)下調(diao)(diao)的(de)(de)(de)進度安(an)排(pai)(pai)除(chu)應(ying)(ying)滿(man)足“30?60”目標(biao)要(yao)求外，還受到供(gong)電(dian)(dian)(dian)(dian)經濟性、環保要(yao)求等(deng)影(ying)響，并(bing)與靈(ling)活性提升水平、高效(xiao)技術發(fa)展(zhan)成熟度、碳(tan)捕(bu)集(ji)成本、碳(tan)運輸(shu)及(ji)封存(cun)的(de)(de)(de)經濟性和(he)安(an)全(quan)性等(deng)因素密切相(xiang)關。

2煤電的低碳化技術

2.1存量機組節(jie)能提效(xiao)

2.1.1煤電低碳化(hua)節能提(ti)效綜合技術

影響我(wo)國大型煤電機(ji)組能耗(hao)特性(xing)的(de)因素，既有(you)運行(xing)負荷、燃(ran)料特性(xing)及環(huan)境(jing)溫度(du)等(deng)外部條件，也有(you)機(ji)組本身的(de)性(xing)能缺陷及運行(xing)管理水平等(deng)內部因素。為(wei)實(shi)現煤電機(ji)組全(quan)(quan)工況運行(xing)優化，需(xu)要對系統(tong)(tong)進行(xing)節能診(zhen)斷，查(cha)清(qing)全(quan)(quan)工況下各熱力設備的(de)性(xing)能，獲得熱力系統(tong)(tong)的(de)能耗(hao)特性(xing)。

節(jie)能(neng)診斷(duan)基(ji)于(yu)全面系統的能(neng)耗(hao)(hao)分析(xi)和(he)診斷(duan)，針對(dui)(dui)機(ji)組(zu)所(suo)有的主、輔機(ji)系統，從設備(bei)選型、運(yun)行方(fang)(fang)式、存在(zai)問題(ti)等各個方(fang)(fang)面入手；結合煤質(zhi)、環(huan)境(jing)邊界(jie)條件、運(yun)行方(fang)(fang)式、運(yun)行參數(shu)等，對(dui)(dui)機(ji)組(zu)各項能(neng)耗(hao)(hao)指標(biao)進(jin)行詳(xiang)細的分析(xi)、核(he)算，得(de)出機(ji)組(zu)的能(neng)耗(hao)(hao)水平及節(jie)能(neng)潛(qian)力；并在(zai)此基(ji)礎上，為發電(dian)企業指明節(jie)能(neng)改(gai)造方(fang)(fang)向，采用針對(dui)(dui)性強(qiang)的綜合節(jie)能(neng)提效技術降低機(ji)組(zu)煤耗(hao)(hao)。

煤(mei)電(dian)低碳(tan)化(hua)節(jie)能提效綜合改造(zao)技(ji)術(shu)是將煤(mei)電(dian)機(ji)組(zu)看做一個整體，在燃煤(mei)發電(dian)系(xi)統中采取技(ji)術(shu)上可行、經濟(ji)上合理以(yi)及環境和(he)社會可以(yi)承受的技(ji)術(shu)措施(shi)，以(yi)強化(hua)傳熱傳質(zhi)、熱量(liang)梯(ti)級(ji)利(li)用、能量(liang)合理利(li)用、輔(fu)機(ji)提效及調速改造(zao)以(yi)及其他優化(hua)運(yun)行手(shou)段為技(ji)術(shu)導向對煤(mei)電(dian)機(ji)組(zu)進行整體節(jie)能提效改造(zao)。

目前，成熟的(de)(de)(de)節能技術如圖1所示(shi)。可以針(zhen)對具體的(de)(de)(de)電廠，因(yin)地(di)制宜，一廠一策，采用(yong)不(bu)同的(de)(de)(de)技術組合，達到技術經濟性最(zui)好的(de)(de)(de)效果。

圖1火電機組一(yi)體化節能技術體系

2.1.2機(ji)組延壽綜(zong)合提效(xiao)技(ji)術

煤(mei)電(dian)機(ji)(ji)組提(ti)升參數(shu)延壽技術是提(ti)高(gao)煤(mei)電(dian)機(ji)(ji)組整(zheng)體(ti)能(neng)耗水平、節能(neng)減碳的重要手(shou)段(duan)。

我國“十四五”期間達設(she)計期限(xian)的20萬kW及(ji)以(yi)上煤電機(ji)組有87臺(tai)，合計容量約0.26億(yi)kW。未來10年（2021—2030）我國有252臺(tai)容量20萬kW及(ji)以(yi)上煤電機(ji)組陸續達到設(she)計期限(xian)，總容量約為0.82億(yi)kW，約占(zhan)目前(qian)煤電總容量（按(an)2020年底10.8億(yi)kW計）的7.6%。其中亞(ya)臨界300 MW及(ji)以(yi)上機(ji)組205臺(tai)，占(zhan)10年內設(she)計期滿機(ji)組容量的88%。

根據國(guo)外煤電(dian)(dian)(dian)(dian)機組(zu)(zu)的運行經驗，全球范圍(wei)內煤電(dian)(dian)(dian)(dian)機組(zu)(zu)平均服役(yi)(yi)30年(nian)(nian)(nian)以上的超過24%。日(ri)本近50%的煤電(dian)(dian)(dian)(dian)機組(zu)(zu)服役(yi)(yi)年(nian)(nian)(nian)限(xian)為30~39年(nian)(nian)(nian)，25%的煤電(dian)(dian)(dian)(dian)機組(zu)(zu)服役(yi)(yi)年(nian)(nian)(nian)限(xian)超過40年(nian)(nian)(nian)。美(mei)國(guo)煤電(dian)(dian)(dian)(dian)機組(zu)(zu)的平均使用年(nian)(nian)(nian)限(xian)為42年(nian)(nian)(nian)，有11%的機組(zu)(zu)運行年(nian)(nian)(nian)限(xian)超過60年(nian)(nian)(nian)。我國(guo)煤電(dian)(dian)(dian)(dian)機組(zu)(zu)構成中，300 MW等級亞(ya)臨界機組(zu)(zu)服役(yi)(yi)年(nian)(nian)(nian)限(xian)在20年(nian)(nian)(nian)以內的占比達到82.8%。

對于達到(dao)設計使用壽命的機(ji)組，通過機(ji)組延壽改造(zao)并(bing)同步實(shi)施提升參數改造(zao)可大幅提升機(ji)組的經濟性。

針對亞臨(lin)界(jie)機(ji)組(zu)，僅提升蒸汽(qi)(qi)溫度(du)，而主蒸汽(qi)(qi)壓力(li)基本保持不變，既可以降低(di)機(ji)組(zu)煤耗水平、又可以有效減少改造工程量。蒸汽(qi)(qi)參數提升的幅度(du)與方案的難易程度(du)和投資(zi)規模成比例。

2.2高效燃(ran)煤發(fa)電技術

2.2.1超(chao)高(gao)參數超(chao)超(chao)臨界(jie)燃煤(mei)發電技(ji)術

超高參(can)數超超臨界燃煤發電(dian)(dian)是指(zhi)將燃煤發電(dian)(dian)機組參(can)數從現在的600℃等級(ji)進(jin)一步提升至(zhi)(zhi)650℃等級(ji)乃至(zhi)(zhi)700℃等級(ji)，從而達(da)到提升發電(dian)(dian)效率的目的。

過去的(de)幾十年里，煤(mei)(mei)電機(ji)組(zu)一(yi)直(zhi)都在向大容量(liang)、高參(can)數(shu)發(fa)展。目前，全世界(jie)煤(mei)(mei)電機(ji)組(zu)的(de)蒸汽參(can)數(shu)穩定在600℃等(deng)級，部(bu)分機(ji)組(zu)提(ti)高到620℃。機(ji)組(zu)容量(liang)基本上以600 MW和1 000 MW為(wei)主。目前，中(zhong)國已投(tou)產600 MW等(deng)級超(chao)臨界(jie)和超(chao)超(chao)臨界(jie)機(ji)組(zu)已超(chao)過600臺，已投(tou)產超(chao)超(chao)臨界(jie)1 000 MW機(ji)組(zu)達到137臺。2016年，成(cheng)功投(tou)運(yun)了最先進的(de)1 000 MW等(deng)級600℃/620℃/620℃超(chao)超(chao)臨界(jie)二次再熱機(ji)組(zu)，凈效率已達47%。在國家(jia)持續投(tou)入和支持下，煤(mei)(mei)炭的(de)先進清潔高效發(fa)電技術取得了顯著進步，機(ji)組(zu)參(can)數(shu)、數(shu)量(liang)、能(neng)效指(zhi)標均躍居世界(jie)首位。

在(zai)700℃發(fa)電技術領域(yu)，尤其(qi)是高(gao)溫鎳(nie)基合(he)金(jin)(jin)材(cai)料方(fang)面，國外(wai)已經開發(fa)出了(le)(le)(le)幾(ji)種(zhong)適(shi)用(yong)于700℃機組(zu)的(de)鎳(nie)基合(he)金(jin)(jin)材(cai)料，完(wan)成了(le)(le)(le)700℃電廠的(de)概(gai)念設(she)計，基本為700℃機組(zu)的(de)建設(she)做好了(le)(le)(le)技術儲備。我國700℃發(fa)電技術的(de)研究也緊跟世界步伐。相關科研單位篩選和開發(fa)了(le)(le)(le)一批高(gao)溫合(he)金(jin)(jin)材(cai)料，在(zai)華能(neng)(neng)南京電廠建成了(le)(le)(le)700℃部件(jian)(jian)驗證(zheng)平臺，完(wan)成了(le)(le)(le)25 000 h關鍵高(gao)溫部件(jian)(jian)的(de)驗證(zheng)，運(yun)行情況(kuang)良好。同時(shi)也正在(zai)瑞(rui)金(jin)(jin)電廠二期(qi)開展試驗性應用(yong)。另外(wai)，已開發(fa)了(le)(le)(le)主蒸汽大管道、高(gao)中壓(ya)轉(zhuan)子合(he)金(jin)(jin)，目前正在(zai)進行產業化(hua)試制和部件(jian)(jian)性能(neng)(neng)驗證(zheng)。

初(chu)步預計：2025年，實(shi)現(xian)650℃等(deng)級(ji)超超臨(lin)界燃煤發(fa)(fa)(fa)電(dian)機(ji)組的工程(cheng)示(shi)范(fan)，凈(jing)效率不低(di)于(yu)47%；2035年實(shi)現(xian)650℃等(deng)級(ji)超超臨(lin)界燃煤發(fa)(fa)(fa)電(dian)機(ji)組的大規(gui)模商用(yong)；2035年實(shi)現(xian)700℃等(deng)級(ji)超超臨(lin)界燃煤發(fa)(fa)(fa)電(dian)機(ji)組的工程(cheng)示(shi)范(fan)，凈(jing)效率不低(di)于(yu)50%；2045年實(shi)現(xian)700℃等(deng)級(ji)超超臨(lin)界燃煤發(fa)(fa)(fa)電(dian)機(ji)組的大規(gui)模商用(yong)。

在700℃超(chao)超(chao)臨界蒸汽(qi)發(fa)(fa)電(dian)技(ji)術的基礎(chu)上進一步(bu)提(ti)升溫(wen)度(du)參數(shu)，發(fa)(fa)電(dian)系統效(xiao)率提(ti)升有限，即便(bian)溫(wen)度(du)到達800℃，凈效(xiao)率也很難突(tu)破55%，且隨著溫(wen)度(du)的提(ti)升，高溫(wen)合(he)金材(cai)料(liao)的開發(fa)(fa)成本(ben)和(he)制造成本(ben)均成倍增加，材(cai)料(liao)瓶頸問題突(tu)顯。因此在實(shi)現700℃等級(ji)超(chao)超(chao)臨界燃煤發(fa)(fa)電(dian)機組(zu)商(shang)用后，不建議(yi)向更高參數(shu)發(fa)(fa)展(zhan)。

2.2.2超臨界CO2循(xun)環高效燃煤發電(dian)

超(chao)(chao)臨(lin)界(jie)CO2循(xun)(xun)(xun)(xun)環(huan)(huan)高效(xiao)(xiao)燃煤發電(dian)(dian)技術(shu)是通過采(cai)用超(chao)(chao)臨(lin)界(jie)CO2代替水作為(wei)循(xun)(xun)(xun)(xun)環(huan)(huan)工質，采(cai)用布雷頓循(xun)(xun)(xun)(xun)環(huan)(huan)代替朗(lang)肯(ken)循(xun)(xun)(xun)(xun)環(huan)(huan)作為(wei)動力(li)循(xun)(xun)(xun)(xun)環(huan)(huan)的一(yi)種(zhong)新型燃煤發電(dian)(dian)技術(shu)。在600℃等級，超(chao)(chao)臨(lin)界(jie)CO2循(xun)(xun)(xun)(xun)環(huan)(huan)燃煤發電(dian)(dian)機(ji)組供電(dian)(dian)效(xiao)(xiao)率可(ke)比傳統水循(xun)(xun)(xun)(xun)環(huan)(huan)發電(dian)(dian)機(ji)組提高3百(bai)分(fen)(fen)點~5百(bai)分(fen)(fen)點；700℃等級，超(chao)(chao)臨(lin)界(jie)CO2循(xun)(xun)(xun)(xun)環(huan)(huan)燃煤發電(dian)(dian)機(ji)組供電(dian)(dian)效(xiao)(xiao)率可(ke)比傳統水循(xun)(xun)(xun)(xun)環(huan)(huan)發電(dian)(dian)機(ji)組提高5百(bai)分(fen)(fen)點~8百(bai)分(fen)(fen)點。

2004年(nian)(nian)，美(mei)(mei)(mei)國(guo)能源(yuan)部(bu)（DOE）開始超臨(lin)(lin)界(jie)CO2循環發(fa)電(dian)(dian)技術的(de)研(yan)發(fa)，目標(biao)是為核電(dian)(dian)站(zhan)、太(tai)陽(yang)能光(guang)熱發(fa)電(dian)(dian)、余(yu)熱利(li)用等研(yan)發(fa)下一代(dai)動力設備。2011年(nian)(nian)美(mei)(mei)(mei)國(guo)能源(yuan)部(bu)開始實施“Sunshot”計劃(hua)，旨在(zai)將超臨(lin)(lin)界(jie)CO2布雷頓(dun)循環系統(tong)付諸(zhu)商業(ye)化。該(gai)研(yan)發(fa)項(xiang)目主要進行10 MW超臨(lin)(lin)界(jie)CO2發(fa)電(dian)(dian)機組研(yan)發(fa)和(he)測(ce)試(shi)，實驗測(ce)試(shi)在(zai)美(mei)(mei)(mei)國(guo)Sandia國(guo)家實驗室(shi)下屬的(de)核能系統(tong)實驗室(shi)（NESL）進行。2014年(nian)(nian)起美(mei)(mei)(mei)國(guo)能源(yuan)部(bu)實施了化石燃料超臨(lin)(lin)界(jie)CO2循環發(fa)電(dian)(dian)研(yan)究計劃(hua)，其目標(biao)是使超臨(lin)(lin)界(jie)CO2閉式循環比高(gao)參數水工質朗肯循環效率高(gao)5百分點以上。

2005—2011年，美國Sandia國家實驗(yan)室在(zai)美國能源部的資(zi)助(zhu)下，首先搭建了熱(re)功(gong)率(lv)1.0 MW的超臨界CO2布雷頓循環實驗(yan)回路裝置，設計(ji)壓力為15.2 MPa，溫(wen)度(du)為538℃，電功(gong)率(lv)為125 kW。

歐洲和日(ri)本也在加(jia)緊(jin)研(yan)(yan)究(jiu)(jiu)超(chao)臨(lin)(lin)(lin)界(jie)CO2循環(huan)(huan)。法國電力公司(si)（EDF）開(kai)展了(le)燃(ran)煤(mei)閉式超(chao)臨(lin)(lin)(lin)界(jie)CO2循環(huan)(huan)研(yan)(yan)究(jiu)(jiu)，東京工業大(da)學(xue)(xue)、俄羅斯(si)科學(xue)(xue)院、比利時列日(ri)大(da)學(xue)(xue)開(kai)展了(le)半閉式超(chao)臨(lin)(lin)(lin)界(jie)CO2循環(huan)(huan)研(yan)(yan)究(jiu)(jiu)等。總體上看，對于(yu)煤(mei)基超(chao)臨(lin)(lin)(lin)界(jie)CO2循環(huan)(huan)的研(yan)(yan)究(jiu)(jiu)，國外(wai)仍處(chu)于(yu)起步階段。

我(wo)國(guo)在該領域的(de)研(yan)究(jiu)(jiu)與國(guo)外的(de)研(yan)究(jiu)(jiu)基本同步。西(xi)安(an)熱工研(yan)究(jiu)(jiu)院(yuan)有限公司（西(xi)安(an)熱工院(yuan)）、中(zhong)國(guo)科學院(yuan)、中(zhong)國(guo)核(he)動(dong)力(li)研(yan)究(jiu)(jiu)院(yuan)、清華(hua)大(da)(da)學、西(xi)安(an)交通大(da)(da)學等單(dan)位相(xiang)繼開展了(le)超(chao)臨(lin)界CO2循環(huan)(huan)的(de)相(xiang)關(guan)研(yan)究(jiu)(jiu)。國(guo)家(jia)科技部(bu)相(xiang)繼支(zhi)持了(le)“超(chao)臨(lin)界CO2太陽(yang)能熱發電關(guan)鍵(jian)(jian)基礎問(wen)題研(yan)究(jiu)(jiu)”“超(chao)高參數高效CO2燃(ran)煤發電基礎理(li)(li)論(lun)研(yan)究(jiu)(jiu)與關(guan)鍵(jian)(jian)技術研(yan)究(jiu)(jiu)”“兆瓦級高效緊湊新型(xing)海洋核(he)動(dong)力(li)裝置(zhi)基礎理(li)(li)論(lun)及關(guan)鍵(jian)(jian)技術研(yan)究(jiu)(jiu)”等重點研(yan)發計劃項目。經過不懈的(de)努力(li)，國(guo)內在超(chao)臨(lin)界CO2循環(huan)(huan)構建、超(chao)臨(lin)界CO2流動(dong)傳熱機(ji)理(li)(li)等方向上的(de)部(bu)分成果(guo)達到(dao)了(le)國(guo)際先(xian)進水平。

西安熱工(gong)院的(de)(de)5 MW超臨(lin)(lin)界CO2循環發(fa)電驗證平(ping)臺（圖(tu)2），已(yi)于2020年12月建設(she)完成。該平(ping)臺最高(gao)壓力(li)為(wei)21.5 MPa，最高(gao)溫度為(wei)600℃，最大(da)(da)流量(liang)為(wei)306 t/h，是目(mu)前世(shi)界上容量(liang)最大(da)(da)、參數最高(gao)的(de)(de)超臨(lin)(lin)界CO2循環驗證平(ping)臺。該平(ping)臺的(de)(de)建成投運(yun)將(jiang)極大(da)(da)地(di)推動新型高(gao)效發(fa)電技術的(de)(de)發(fa)展和(he)工(gong)程應用。

圖2 5 MW超臨(lin)界(jie)CO2循(xun)環發電(dian)驗證(zheng)平臺

目前，隨著5 MW超臨界(jie)CO2發電(dian)(dian)平臺的(de)投(tou)運(yun)，關(guan)鍵(jian)技術和(he)關(guan)鍵(jian)設備(bei)逐步(bu)(bu)得到驗證和(he)完善，該技術工(gong)程(cheng)應用研(yan)究(jiu)已經全面展開。西安熱工(gong)院(yuan)和(he)相關(guan)單位正在進行(xing)50 MW超臨界(jie)CO2光熱發電(dian)(dian)可行(xing)性研(yan)究(jiu)和(he)初步(bu)(bu)設計，預計在2030年左右實現(xian)(xian)300 MW超臨界(jie)CO2煤電(dian)(dian)機組工(gong)程(cheng)示范，凈效率(lv)不低于(yu)50%；2040年實現(xian)(xian)700℃等級(ji)大型(xing)超臨界(jie)CO2燃煤發電(dian)(dian)機組的(de)工(gong)程(cheng)示范，凈效率(lv)不低于(yu)55%。

2.3煤電機組(zu)靈活性技(ji)術

為了解決(jue)新能源消納的(de)問題，煤(mei)電(dian)(dian)運行需要更(geng)加靈(ling)活(huo)，調峰(feng)能力(li)更(geng)加突(tu)出(chu)可靠。煤(mei)電(dian)(dian)機組調峰(feng)技(ji)術需要重點(dian)研究或(huo)突(tu)破的(de)地方主要包(bao)括2方面：一是調峰(feng)的(de)深(shen)度(du)，二是調峰(feng)的(de)速度(du)。火電(dian)(dian)正由傳統(tong)的(de)提供電(dian)(dian)力(li)、電(dian)(dian)量的(de)主體(ti)電(dian)(dian)源，逐步轉變為提供電(dian)(dian)力(li)、電(dian)(dian)量的(de)同時，向電(dian)(dian)力(li)系統(tong)提供可靠容量、調峰(feng)調頻等輔助服務(wu)的(de)基礎性(xing)、調節性(xing)電(dian)(dian)源。

隨(sui)著新能源比(bi)例(li)的增加(jia)，電網對(dui)于瞬(shun)間大幅甩負(fu)荷的響應能力要大幅提(ti)(ti)升(sheng)，迫切需要從技術(shu)上提(ti)(ti)高煤(mei)電負(fu)荷快速升(sheng)降(jiang)的能力。

2.3.1鍋爐深(shen)度(du)調峰技術

根據爐型(xing)、煤(mei)質(zhi)、燃(ran)燒(shao)設備(bei)的不同，目前國內大部分燃(ran)煤(mei)鍋爐低負荷(he)穩(wen)燃(ran)能力在40%~50%額(e)定(ding)負荷(he)，通過改造下探至20%~30%額(e)定(ding)負荷(he)。

鍋爐深(shen)度調峰主要面臨低(di)負(fu)荷(he)穩燃和環保達標2個問題。

提高鍋(guo)(guo)(guo)爐(lu)低(di)負荷穩(wen)燃(ran)能力的(de)主要技(ji)術措施有：鍋(guo)(guo)(guo)爐(lu)精細化運行(xing)調整，基于強化燃(ran)燒(shao)的(de)鍋(guo)(guo)(guo)爐(lu)燃(ran)燒(shao)器(qi)改造，鍋(guo)(guo)(guo)爐(lu)制粉系統改造，摻燒(shao)高揮發分煤質改造，以(yi)及(ji)等(deng)離子體、微油、富氧等(deng)助(zhu)燃(ran)改造等(deng)。

目前，絕大部分煤(mei)(mei)(mei)電機(ji)組脫(tuo)(tuo)(tuo)硝(xiao)裝置的工作溫(wen)度為300~420℃。當機(ji)組深度調峰(feng)時(shi)，隨著鍋爐負荷的降低(di)(di)，脫(tuo)(tuo)(tuo)硝(xiao)裝置入口(kou)(kou)煙(yan)溫(wen)將(jiang)降至(zhi)300℃以(yi)下。為避免脫(tuo)(tuo)(tuo)硝(xiao)催(cui)化(hua)(hua)劑失去活(huo)性，脫(tuo)(tuo)(tuo)硝(xiao)裝置需要退出運行(xing)，導致氮氧化(hua)(hua)物排放超(chao)標，機(ji)組調峰(feng)中止(zhi)。因此，針對(dui)深度調峰(feng)期間(jian)，脫(tuo)(tuo)(tuo)硝(xiao)裝置無法(fa)投入的機(ji)組，需要進行(xing)提高脫(tuo)(tuo)(tuo)硝(xiao)裝置入口(kou)(kou)煙(yan)溫(wen)改造。主要的低(di)(di)負荷選(xuan)擇(ze)性催(cui)化(hua)(hua)還原（SCR）脫(tuo)(tuo)(tuo)硝(xiao)入口(kou)(kou)煙(yan)溫(wen)提升技(ji)(ji)術有省(sheng)煤(mei)(mei)(mei)器煙(yan)氣旁(pang)路、省(sheng)煤(mei)(mei)(mei)器水側旁(pang)路、省(sheng)煤(mei)(mei)(mei)器分級布置、回(hui)熱抽汽補充給水、熱水再循(xun)環等(deng)技(ji)(ji)術。

上述技(ji)術措(cuo)施都是常規手段，需要針對不(bu)同的(de)機組采用不(bu)同的(de)組合。

2.3.2控(kong)制(zhi)系統(tong)調峰適應性技術

我國火(huo)電機組(zu)在50%額(e)定負荷以(yi)(yi)下普遍以(yi)(yi)啟停機過(guo)程控制為主，分散控制系(xi)統（DCS）控制邏輯(ji)未能(neng)在50%額(e)定負荷以(yi)(yi)下進行連續運(yun)行甚至(zhi)響應調峰調頻的調試。

火電機組(zu)深(shen)度調(diao)(diao)峰運行負(fu)荷范(fan)圍一般目標為30%~100%額定負(fu)荷。這(zhe)不僅是(shi)簡單的運行負(fu)荷范(fan)圍變(bian)(bian)寬，從自動調(diao)(diao)節和控制角度，汽(qi)動給(gei)(gei)水泵、變(bian)(bian)頻泵、調(diao)(diao)節閥等(deng)大(da)量對象的非線性特性隨工(gong)(gong)況范(fan)圍的變(bian)(bian)寬而變(bian)(bian)得不可忽視(shi)。很多控制回(hui)路匹配30%~100%額定負(fu)荷范(fan)圍工(gong)(gong)況變(bian)(bian)得異常(chang)(chang)困難，導致機組(zu)常(chang)(chang)常(chang)(chang)表現在某些工(gong)(gong)況下自動控制運行的異常(chang)(chang)，給(gei)(gei)進(jin)一步提高(gao)變(bian)(bian)負(fu)荷速率指標給(gei)(gei)機組(zu)的安全穩定運行帶來(lai)極大(da)的挑戰(zhan)。

機組深(shen)度調峰運行(xing)時(shi)，大量設備接(jie)近極限工(gong)況運行(xing)，輔機跳(tiao)(tiao)閘、主燃(ran)料跳(tiao)(tiao)閘等保護和切除自動(dong)等功能回路如有誤動(dong)或切手動(dong)都極易威脅整個系統的安(an)全(quan)穩(wen)定運行(xing)。若要實現(xian)更進一步深(shen)度調峰，需要針對鍋爐(lu)燃(ran)燒進行(xing)控(kong)制優化，修改邏(luo)輯（圖3）。

圖3燃(ran)煤鍋爐智能(neng)協調(diao)優化控制

2.3.3熱電(dian)解耦技(ji)術(shu)

1）汽(qi)輪(lun)機(ji)(ji)高低旁(pang)路(lu)熱(re)電(dian)解耦技術汽(qi)輪(lun)機(ji)(ji)旁(pang)路(lu)的(de)設(she)計目(mu)的(de)在于(yu)協調鍋爐(lu)產汽(qi)量(liang)與汽(qi)輪(lun)機(ji)(ji)耗汽(qi)量(liang)之間的(de)不平衡，實現(xian)一定程度(du)的(de)熱(re)電(dian)解耦，提高機(ji)(ji)組對(dui)負荷、供熱(re)的(de)適應(ying)性(xing)以(yi)及運行靈活性(xing)。利用機(ji)(ji)組已有的(de)旁(pang)路(lu)或者新建(jian)的(de)旁(pang)路(lu)可以(yi)實現(xian)對(dui)外供熱(re)。汽(qi)輪(lun)機(ji)(ji)旁(pang)路(lu)供熱(re)系(xi)統(tong)如(ru)圖4所示。

圖4汽輪機(ji)旁路供(gong)熱系統

汽輪機高(gao)低旁路供熱按其供熱形式可(ke)以分為(wei)：

1）低壓旁路單獨對外供熱(re)；

2）高壓旁路部分主(zhu)蒸汽對外供(gong)熱；

3）汽輪機高低旁路聯合(he)供熱。

目前應用較多的(de)是低(di)壓旁路單獨對(dui)外供熱和汽輪(lun)機高低(di)旁路聯合(he)供熱2種方式。

2）低(di)(di)(di)(di)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)缸(gang)(gang)零(ling)(ling)(ling)出(chu)(chu)力(li)(li)熱(re)(re)電(dian)(dian)解耦技(ji)術(shu)(shu)供(gong)熱(re)(re)機組一(yi)般受(shou)低(di)(di)(di)(di)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)缸(gang)(gang)冷(leng)卻蒸汽(qi)(qi)流量(liang)限值和以(yi)熱(re)(re)定電(dian)(dian)運(yun)行(xing)方(fang)(fang)式(shi)(shi)(shi)的影響，電(dian)(dian)調(diao)峰(feng)(feng)能(neng)(neng)(neng)力(li)(li)有(you)限，很難(nan)(nan)適應電(dian)(dian)網(wang)深度調(diao)峰(feng)(feng)需求，供(gong)熱(re)(re)能(neng)(neng)(neng)力(li)(li)也受(shou)限制。低(di)(di)(di)(di)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)缸(gang)(gang)零(ling)(ling)(ling)出(chu)(chu)力(li)(li)技(ji)術(shu)(shu)是突破這一(yi)難(nan)(nan)題有(you)效手段。圖(tu)5為低(di)(di)(di)(di)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)缸(gang)(gang)零(ling)(ling)(ling)出(chu)(chu)力(li)(li)供(gong)熱(re)(re)技(ji)術(shu)(shu)系統示意(yi)。該技(ji)術(shu)(shu)是在低(di)(di)(di)(di)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)缸(gang)(gang)高(gao)真空運(yun)行(xing)條件下，關(guan)閉低(di)(di)(di)(di)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)缸(gang)(gang)入口閥(fa)門，將原進入低(di)(di)(di)(di)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)缸(gang)(gang)的蒸汽(qi)(qi)用于供(gong)熱(re)(re)，實(shi)現汽(qi)(qi)輪(lun)機低(di)(di)(di)(di)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)缸(gang)(gang)零(ling)(ling)(ling)出(chu)(chu)力(li)(li)運(yun)行(xing)。以(yi)某機組為例，經低(di)(di)(di)(di)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)缸(gang)(gang)零(ling)(ling)(ling)出(chu)(chu)力(li)(li)改造(zao)后(hou)其(qi)低(di)(di)(di)(di)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)缸(gang)(gang)進汽(qi)(qi)量(liang)減(jian)(jian)少(shao)，大(da)量(liang)蒸汽(qi)(qi)用于供(gong)熱(re)(re)，相應冷(leng)源(yuan)損失減(jian)(jian)少(shao)，供(gong)熱(re)(re)季平均發電(dian)(dian)煤耗(hao)下降(jiang)約40 g/(kW?h)。低(di)(di)(di)(di)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)缸(gang)(gang)零(ling)(ling)(ling)出(chu)(chu)力(li)(li)改造(zao)技(ji)術(shu)(shu)突破傳統供(gong)熱(re)(re)機組運(yun)行(xing)理(li)論，實(shi)現了機組低(di)(di)(di)(di)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)缸(gang)(gang)零(ling)(ling)(ling)出(chu)(chu)力(li)(li)運(yun)行(xing)，從而大(da)幅降(jiang)低(di)(di)(di)(di)低(di)(di)(di)(di)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)缸(gang)(gang)的冷(leng)卻蒸汽(qi)(qi)消(xiao)耗(hao)量(liang)，提高(gao)汽(qi)(qi)輪(lun)機電(dian)(dian)調(diao)峰(feng)(feng)能(neng)(neng)(neng)力(li)(li)和供(gong)熱(re)(re)抽汽(qi)(qi)能(neng)(neng)(neng)力(li)(li)，并能(neng)(neng)(neng)夠實(shi)現抽汽(qi)(qi)凝(ning)汽(qi)(qi)式(shi)(shi)(shi)運(yun)行(xing)方(fang)(fang)式(shi)(shi)(shi)與零(ling)(ling)(ling)出(chu)(chu)力(li)(li)運(yun)行(xing)方(fang)(fang)式(shi)(shi)(shi)的在線(xian)靈活(huo)切換，使機組同時(shi)具備(bei)高(gao)背壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)機組供(gong)熱(re)(re)能(neng)(neng)(neng)力(li)(li)大(da)、抽汽(qi)(qi)凝(ning)汽(qi)(qi)式(shi)(shi)(shi)供(gong)熱(re)(re)機組運(yun)行(xing)方(fang)(fang)式(shi)(shi)(shi)靈活(huo)的特點，顯著(zhu)提升運(yun)行(xing)靈活(huo)性。

圖5低(di)壓缸(gang)零出(chu)力供熱技術(shu)系統

2.3.4儲熱耦合調(diao)峰(feng)技術(shu)

目前(qian)的火(huo)電機(ji)(ji)(ji)組(zu)靈活性(xing)較(jiao)差，主(zhu)要是(shi)因為機(ji)(ji)(ji)組(zu)的鍋(guo)爐(lu)和汽輪(lun)(lun)機(ji)(ji)(ji)間(jian)具有很強的耦合(he)關系，當(dang)需要寬負(fu)荷(he)運行(xing)時，汽輪(lun)(lun)機(ji)(ji)(ji)具有較(jiao)好的負(fu)荷(he)調(diao)節能(neng)力，但鍋(guo)爐(lu)受最低(di)穩燃負(fu)荷(he)的限(xian)制，不能(neng)進一(yi)步(bu)降低(di)負(fu)荷(he)率，限(xian)制了機(ji)(ji)(ji)組(zu)的調(diao)峰能(neng)力。為提高火(huo)電機(ji)(ji)(ji)組(zu)的靈活性(xing)，適用于深(shen)度調(diao)峰，需要采(cai)取措施將機(ji)(ji)(ji)組(zu)的鍋(guo)爐(lu)和汽輪(lun)(lun)機(ji)(ji)(ji)進行(xing)解耦。

采用(yong)(yong)儲能可以在用(yong)(yong)電負荷(he)低谷時(shi)充電，在用(yong)(yong)電尖(jian)峰(feng)時(shi)放電，以降低負荷(he)尖(jian)峰(feng)。利(li)(li)用(yong)(yong)儲能系(xi)統的替代效應可以將煤電的容量釋放出來，從而提高火電機組(zu)的利(li)(li)用(yong)(yong)率，增加(jia)其經濟性。

目前，已經可(ke)以(yi)實現工程應用的是高溫熔鹽儲熱(re)耦合火電(dian)機組調峰技術，其系(xi)統結構如圖6所示。

在機(ji)組(zu)(zu)(zu)(zu)參與電網調峰需要降低出(chu)(chu)(chu)力時，保(bao)持鍋爐(lu)負荷不變(bian)，通過抽取部分主蒸(zheng)(zheng)汽和再熱(re)蒸(zheng)(zheng)汽進入(ru)(ru)儲熱(re)模塊(kuai)，換熱(re)后(hou)(hou)根(gen)據參數匹配返(fan)回機(ji)組(zu)(zu)(zu)(zu)的(de)相(xiang)應(ying)熱(re)力系(xi)統接(jie)口，實(shi)現機(ji)組(zu)(zu)(zu)(zu)出(chu)(chu)(chu)力降低的(de)同(tong)時將部分熱(re)量存儲于儲熱(re)模塊(kuai)；在機(ji)組(zu)(zu)(zu)(zu)參與電網調峰需要增加出(chu)(chu)(chu)力時，仍(reng)然保(bao)持鍋爐(lu)負荷不變(bian)，根(gen)據參數匹配從機(ji)組(zu)(zu)(zu)(zu)的(de)相(xiang)應(ying)熱(re)力系(xi)統接(jie)口抽出(chu)(chu)(chu)部分蒸(zheng)(zheng)汽或給(gei)水進入(ru)(ru)儲熱(re)模塊(kuai)，換熱(re)后(hou)(hou)根(gen)據參數與相(xiang)應(ying)的(de)熱(re)力系(xi)統接(jie)口蒸(zheng)(zheng)汽或給(gei)水混合，返(fan)回機(ji)組(zu)(zu)(zu)(zu)，實(shi)現機(ji)組(zu)(zu)(zu)(zu)出(chu)(chu)(chu)力的(de)升高(gao)。

在(zai)機(ji)組(zu)(zu)要求低(di)(di)負荷(he)(he)運行時，鍋(guo)(guo)爐(lu)燃(ran)燒量(liang)(liang)不變，汽輪機(ji)負荷(he)(he)降低(di)(di)，利用(yong)儲(chu)熱(re)介質將(jiang)高(gao)品(pin)位能量(liang)(liang)儲(chu)存，負荷(he)(he)變化不受鍋(guo)(guo)爐(lu)最低(di)(di)穩燃(ran)負荷(he)(he)影響，增加機(ji)組(zu)(zu)調峰負荷(he)(he)范圍和靈活性，可以實現深(shen)度調峰的需求，調峰深(shen)度降低(di)(di)至(zhi)18%額定負荷(he)(he)。

圖6高溫(wen)熔鹽儲(chu)熱耦合火電機組調峰技(ji)術

在(zai)機組(zu)要求高負荷運行(xing)時，鍋爐燃燒量(liang)不變，利用儲熱介質放(fang)熱提(ti)升汽輪機負荷，提(ti)高能(neng)量(liang)利用效(xiao)率。汽輪機組(zu)不做(zuo)其他(ta)改造情況下可實現機組(zu)峰(feng)值(zhi)時間段內持(chi)續擴容(rong)5%。

2.4煤電機組調峰政策建議

2020年(nian)(nian)煤電(dian)發電(dian)量(liang)約4.8萬億kW?h，占全社會總發電(dian)量(liang)的(de)65%，年(nian)(nian)利用(yong)(yong)小時為4 400 h，負荷率(lv)約為50%。若(ruo)負荷率(lv)降至(zhi)30%，年(nian)(nian)利用(yong)(yong)小時將(jiang)為2 600 h，年(nian)(nian)發電(dian)量(liang)將(jiang)減少至(zhi)2.8萬億kW?h，可為新能源上網騰出(chu)空間，且保持煤電(dian)的(de)調峰備用(yong)(yong)功能。

煤(mei)電調峰備用后，整(zheng)個(ge)行業(ye)的(de)燃煤(mei)量(liang)減(jian)少約為53 400萬t/a，合(he)計減(jian)排CO215.3億t/a。建議用減(jian)排量(liang)彌補費用缺口，對騰出(chu)上網(wang)空間的(de)調峰備用煤(mei)電機(ji)組(zu)，進行碳交易補償(chang)。對于在極(ji)端情況下，能及時滿(man)足電力系(xi)(xi)統特殊要求的(de)機(ji)組(zu)，給(gei)予特殊的(de)資金獎勵(li)，以保(bao)證(zheng)煤(mei)電機(ji)組(zu)調峰備用功能不被(bei)荒廢，確保(bao)整(zheng)個(ge)電力系(xi)(xi)統的(de)穩定。

3碳捕集及應用技術

碳(tan)捕集、利用(yong)與封存(cun)（CCUS）是指將CO2從工業或其他排放源(yuan)中分(fen)離出來，并(bing)運輸到(dao)特定地點加以(yi)利用(yong)或封存(cun)，以(yi)實現(xian)被(bei)捕集CO2與大氣(qi)的長期隔離（圖7）。CCUS技術是我國實現(xian)2030碳(tan)達峰(feng)和2060碳(tan)中和目標(biao)的重要技術組(zu)成部分(fen)。

圖7 CCUS系統

CO2地(di)質(zhi)封(feng)存(cun)(cun)(cun)是指通過(guo)(guo)工(gong)(gong)(gong)程技(ji)(ji)術手段將捕集的(de)CO2儲(chu)存(cun)(cun)(cun)于地(di)質(zhi)構造中(zhong)(zhong)(zhong)，實現(xian)與(yu)(yu)(yu)大(da)氣長(chang)期隔絕的(de)過(guo)(guo)程。按照不(bu)同的(de)封(feng)存(cun)(cun)(cun)地(di)質(zhi)體劃分，主(zhu)要(yao)包(bao)括陸上咸(xian)水(shui)(shui)(shui)層封(feng)存(cun)(cun)(cun)、海(hai)底(di)咸(xian)水(shui)(shui)(shui)層封(feng)存(cun)(cun)(cun)、枯竭油(you)氣田封(feng)存(cun)(cun)(cun)等(deng)技(ji)(ji)術。陸上咸(xian)水(shui)(shui)(shui)層封(feng)存(cun)(cun)(cun)所需(xu)技(ji)(ji)術要(yao)素幾乎(hu)都存(cun)(cun)(cun)在(zai)于油(you)氣開采行(xing)業，油(you)氣行(xing)業已(yi)(yi)有技(ji)(ji)術要(yao)素能夠部分滿足示(shi)范工(gong)(gong)(gong)程的(de)需(xu)求。對中(zhong)(zhong)(zhong)國(guo)而言，陸上咸(xian)水(shui)(shui)(shui)層封(feng)存(cun)(cun)(cun)各技(ji)(ji)術要(yao)素的(de)發(fa)展程度很不(bu)一致，其(qi)中(zhong)(zhong)(zhong)監測與(yu)(yu)(yu)預警、補救技(ji)(ji)術等(deng)還僅處于研(yan)發(fa)水(shui)(shui)(shui)平。海(hai)底(di)咸(xian)水(shui)(shui)(shui)層封(feng)存(cun)(cun)(cun)與(yu)(yu)(yu)陸上咸(xian)水(shui)(shui)(shui)層封(feng)存(cun)(cun)(cun)有一定相似性，但工(gong)(gong)(gong)程難度更大(da)。國(guo)外(wai)已(yi)(yi)有多年工(gong)(gong)(gong)程實踐(jian)經驗，但在(zai)中(zhong)(zhong)(zhong)國(guo)尚無示(shi)范先例(li)。

3.1碳捕集技術(shu)政策建議

火電(dian)加裝CCUS可(ke)以推(tui)動電(dian)力(li)系統(tong)近(jin)零(ling)碳(tan)排(pai)放，提(ti)供穩定清潔電(dian)力(li)，平(ping)衡可(ke)再生能源發電(dian)的波動性(xing)(xing)，在避免(mian)季節性(xing)(xing)或長期(qi)性(xing)(xing)的電(dian)力(li)短(duan)缺方面發揮慣性(xing)(xing)支(zhi)撐和頻率控制等重(zhong)要作用。因此，在充分考慮(lv)電(dian)力(li)系統(tong)靈活性(xing)(xing)、可(ke)靠性(xing)(xing)和碳(tan)排(pai)放的情(qing)況下(xia)，CCUS技術在電(dian)力(li)系統(tong)中(zhong)的競爭力(li)將(jiang)持續增(zeng)強。

火電加裝(zhuang)CCUS可以(yi)避免已經投(tou)產(chan)的機組(zu)提前退役，降低實現“碳(tan)(tan)達峰(feng)、碳(tan)(tan)中和(he)”目標的經濟成本。碳(tan)(tan)捕(bu)集改造對于(yu)一些附近可封存CO2或利用(yong)CO2的火電廠(chang)最具吸引力，利用(yong)捕(bu)集的CO2進行驅油可以(yi)大幅提高CCUS技術的經濟效益。同時，考慮(lv)碳(tan)(tan)市場和(he)碳(tan)(tan)稅等激勵政(zheng)策，CCUS在未(wei)來(lai)有望實現商業化推廣。

3.2碳捕集(ji)技術經(jing)濟性分(fen)析(xi)

電(dian)力行(xing)業CO2排放(fang)(fang)屬于低濃度排放(fang)(fang)源(yuan)，捕集(ji)成(cheng)(cheng)本相對(dui)較(jiao)高。安裝(zhuang)碳捕集(ji)裝(zhuang)置將(jiang)產生額(e)外(wai)(wai)的(de)(de)(de)資本投入和(he)運(yun)(yun)行(xing)維護成(cheng)(cheng)本等。以(yi)火電(dian)廠安裝(zhuang)為(wei)例，第一代(dai)燃(ran)燒后捕集(ji)技術的(de)(de)(de)成(cheng)(cheng)本（以(yi)CO2計，下(xia)同）約為(wei)300~450元/t，能耗(hao)（以(yi)CO2計，下(xia)同）約為(wei)3.0 GJ/t，發電(dian)效率(lv)損失(shi)10百分點~13百分點；第二代(dai)燃(ran)燒后捕集(ji)技術的(de)(de)(de)能耗(hao)約為(wei)2.0~2.5 GJ/t，發電(dian)效率(lv)損失(shi)5百分點~8百分點。此外(wai)(wai)，在(zai)大部分項目(mu)仍以(yi)罐車為(wei)主要運(yun)(yun)輸方(fang)式的(de)(de)(de)現(xian)實條(tiao)件(jian)下(xia)，引入CO2運(yun)(yun)輸也將(jiang)額(e)外(wai)(wai)增加(jia)約1元/(t?km)的(de)(de)(de)運(yun)(yun)行(xing)成(cheng)(cheng)本，在(zai)運(yun)(yun)輸距(ju)離達100 km時，每噸也將(jiang)增加(jia)上(shang)百元的(de)(de)(de)運(yun)(yun)行(xing)成(cheng)(cheng)本。

碳(tan)(tan)市(shi)場(chang)(chang)交(jiao)(jiao)(jiao)易可以(yi)一(yi)定程(cheng)度上彌補(bu)CCUS技術的(de)(de)部署(shu)成本。中國(guo)正在(zai)推進全國(guo)碳(tan)(tan)交(jiao)(jiao)(jiao)易市(shi)場(chang)(chang)的(de)(de)建立，發電(dian)行業是首先被納入交(jiao)(jiao)(jiao)易的(de)(de)主體。總體來(lai)看，目前(qian)碳(tan)(tan)配額(e)成交(jiao)(jiao)(jiao)量和(he)成交(jiao)(jiao)(jiao)額(e)呈上升趨勢，截至2020年8月，試(shi)點省市(shi)碳(tan)(tan)市(shi)場(chang)(chang)累計(ji)成交(jiao)(jiao)(jiao)量超過(guo)4億t，累計(ji)成交(jiao)(jiao)(jiao)額(e)超過(guo)90億元。據預測，到(dao)2030年，中國(guo)的(de)(de)平均碳(tan)(tan)價（以(yi)CO2計(ji)，下同）將(jiang)(jiang)上升到(dao)93元/t，到(dao)2050年將(jiang)(jiang)超過(guo)167元/t。未來(lai)碳(tan)(tan)交(jiao)(jiao)(jiao)易市(shi)場(chang)(chang)的(de)(de)發展和(he)逐步(bu)完善(shan)以(yi)及碳(tan)(tan)價的(de)(de)提(ti)升將(jiang)(jiang)抵消一(yi)部分CCUS成本。總體來(lai)說，短期內還(huan)需依靠補(bu)貼政(zheng)策，才能(neng)局部獲得應用。

3.3碳捕集技術(shu)應用前景

由于技(ji)(ji)術(shu)成(cheng)熟度(du)和(he)成(cheng)本(ben)原因，我國CCUS技(ji)(ji)術(shu)在2030年(nian)前應(ying)該還是以(yi)研發(fa)示范為主，尚不(bu)會(hui)得到大(da)規模發(fa)展。因此(ci)，2030年(nian)前，我國碳(tan)減(jian)排主要(yao)依靠大(da)力發(fa)展節能(neng)(neng)增效和(he)可再(zai)生能(neng)(neng)源(yuan)技(ji)(ji)術(shu)，CCUS技(ji)(ji)術(shu)是我國未來減(jian)少溫(wen)室氣(qi)體排放(fang)的(de)(de)重(zhong)要(yao)戰略(lve)儲備技(ji)(ji)術(shu)。2030年(nian)后隨(sui)著(zhu)技(ji)(ji)術(shu)的(de)(de)進步、碳(tan)價的(de)(de)提高以(yi)及CO2驅(qu)油與利用技(ji)(ji)術(shu)的(de)(de)發(fa)展，CCUS應(ying)用價值的(de)(de)潛力將會(hui)大(da)幅度(du)釋放(fang)，成(cheng)為我國化石能(neng)(neng)源(yuan)為主的(de)(de)能(neng)(neng)源(yuan)結構(gou)向低碳(tan)多元供能(neng)(neng)體系(xi)轉變的(de)(de)重(zhong)要(yao)技(ji)(ji)術(shu)保障。

4結論

1）煤(mei)電(dian)是(shi)我國(guo)電(dian)力安全的(de)戰略力量(liang)，我國(guo)建設社會主義(yi)現(xian)代化國(guo)家和滿(man)足(zu)人民對美好生活的(de)向往都(dou)需(xu)要保(bao)留一定比例的(de)煤(mei)電(dian)份額。而煤(mei)燃燒(shao)是(shi)CO2排(pai)(pai)放的(de)主要來源(yuan)(yuan)。因此，煤(mei)電(dian)將(jiang)在滿(man)足(zu)電(dian)力供應(ying)安全的(de)前提下不斷降低發(fa)(fa)電(dian)量(liang)，以實現(xian)更少的(de)碳排(pai)(pai)放。據預(yu)測(ce)：到2030年，我國(guo)需(xu)要保(bao)留燃煤(mei)發(fa)(fa)電(dian)裝機12.13億kW；到2060年仍需(xu)維持7億kW左(zuo)右，以保(bao)障我國(guo)能源(yuan)(yuan)電(dian)力供應(ying)安全和調峰(feng)、供暖(nuan)需(xu)求(qiu)。

2）煤(mei)(mei)電的(de)(de)低碳(tan)化發(fa)展對(dui)我(wo)國(guo)“雙(shuang)碳(tan)”目標(biao)的(de)(de)實(shi)現至關重(zhong)要(yao)(yao)。對(dui)于(yu)存量的(de)(de)煤(mei)(mei)電機(ji)組(zu)，需要(yao)(yao)大(da)力進行節能(neng)提(ti)(ti)效改(gai)造(zao)，把煤(mei)(mei)耗降到(dao)300 g/(kW?h)以下(xia)。對(dui)于(yu)達到(dao)設(she)計使(shi)用壽命的(de)(de)機(ji)組(zu)，通過機(ji)組(zu)延壽改(gai)造(zao)并同(tong)步(bu)實(shi)施提(ti)(ti)升(sheng)參數(shu)改(gai)造(zao)以大(da)幅提(ti)(ti)升(sheng)機(ji)組(zu)的(de)(de)經濟(ji)性。另(ling)外，需要(yao)(yao)推進科技創新，大(da)力發(fa)展高參數(shu)超(chao)超(chao)臨界技術和超(chao)臨界CO2循(xun)環等新型高效動力系統，把新建煤(mei)(mei)電機(ji)組(zu)的(de)(de)煤(mei)(mei)耗降到(dao)250 g/(kW?h)以下(xia)。

3）同時，全(quan)面提(ti)(ti)升(sheng)煤電機組(zu)的自身靈活性(xing)，大力(li)發(fa)展鍋爐深度(du)調峰、熱電解耦(ou)以及儲能耦(ou)合調峰等(deng)技術(shu)和提(ti)(ti)高控(kong)制(zhi)系統調峰適應(ying)性(xing)，制(zhi)定調峰鼓(gu)勵(li)政策，為(wei)可再(zai)生電力(li)大規模接入提(ti)(ti)供(gong)支撐。

4）另(ling)外，需(xu)要(yao)儲備(bei)碳(tan)捕集(ji)與封存技術(shu)，開發低(di)成本CCUS技術(shu)，加強(qiang)政(zheng)策引導，為2060年碳(tan)中和目標的實(shi)現提供保障。