新一代煤電建設(shè)如何適應(yīng)新形勢

       今年1月，中國電力企業(yè)聯(lián)合會發(fā)布數(shù)據(jù)顯示，截至2024年底，我國新能源發(fā)電裝機(jī)容量首次超過火電，新能源與火電的歷史角色更替和演變的趨勢在新型電力系統(tǒng)建設(shè)大背景下已然明顯加快。而在這之前的2024年7月，國家相關(guān)部委聯(lián)合下發(fā)了《加快構(gòu)建新型電力系統(tǒng)行動(dòng)方案》，其中首次提出實(shí)施“新一代煤電升級行動(dòng)”，明確了“清潔低碳、高效調(diào)節(jié)、快速變負(fù)荷、啟停調(diào)峰”和“靈活智能”等要求，正可謂是煤電未來發(fā)展在頂層設(shè)計(jì)上的前瞻布局和未雨綢繆。
       （來源：電聯(lián)新媒  作者：張振華）
       新一代煤電建設(shè)的研究正當(dāng)其時(shí)
       縱觀歷次工業(yè)革命，均是在技術(shù)進(jìn)步不斷突破和市場需求不斷演變條件下，雙重作用互為推動(dòng)形成的新質(zhì)生產(chǎn)力本質(zhì)性飛躍。當(dāng)前，新能源革命已步入加速快車道，不僅新能源裝機(jī)增速遠(yuǎn)超過煤電，而且隨著新能源技術(shù)的倍數(shù)迭代，其在二次能源生產(chǎn)中的增速潛力地位將不可撼動(dòng)。同時(shí)，快速規(guī)�；�發(fā)展下新能源成本持續(xù)走低，導(dǎo)致新能源全面入市后的煤電標(biāo)桿電價(jià)將逐步失去“尾燈”對標(biāo)地位，反而，煤電機(jī)組將被新的競爭市場倒逼進(jìn)入看齊機(jī)制電價(jià)的墻角。在當(dāng)下快速發(fā)展的電力市場中，首先新能源自身將全面面臨成本控制和競價(jià)管理的全新挑戰(zhàn)，而“適者生存”則將成為傳統(tǒng)煤電機(jī)組及企業(yè)在今后最為貼切的座右銘。
       相對而言，傳統(tǒng)煤電已經(jīng)相當(dāng)成熟，自從起步成為公共民生事業(yè)以來，已經(jīng)發(fā)展了一個(gè)半世紀(jì)之久�；�于經(jīng)典水蒸汽郎肯動(dòng)力循環(huán)的傳統(tǒng)煤電技術(shù)，當(dāng)前已逐步接近技術(shù)經(jīng)濟(jì)性的效率極限，即單純依靠增加容量、提高參數(shù)和大面積采用高等級材料的邊際收益漸小。加之在新能源替代沖擊之下，當(dāng)前最先進(jìn)的煤電機(jī)組以及一些過去投資收益較好的優(yōu)勢技術(shù)，也同樣面臨深度靈活調(diào)峰競爭、性價(jià)比失優(yōu)的嚴(yán)峻新形勢。顯然，傳統(tǒng)煤電的典型設(shè)備配置和技術(shù)科學(xué)基礎(chǔ)一直未有本質(zhì)性改變，但新型電力系統(tǒng)和新型電力市場之下，其邊界、對象、約束等已悄然發(fā)生全新變化，進(jìn)而深刻影響了其傳統(tǒng)的運(yùn)營基礎(chǔ)。因此，要確保新形勢下煤電機(jī)組的生存競爭力，其技術(shù)性能必須考慮主動(dòng)應(yīng)對這些轉(zhuǎn)變。
       新一代煤電承前啟后的三個(gè)方面
       新邊界方面，傳統(tǒng)煤電早已失去連續(xù)基荷、高負(fù)荷率的計(jì)劃運(yùn)行常態(tài)地位，取而代之的是深度調(diào)峰低負(fù)荷、頻繁爬坡變負(fù)荷和快速啟停等新工況，溫度多變化、載荷交變化、小流量常態(tài)化等新常態(tài)，以及熱電聯(lián)產(chǎn)解耦、機(jī)爐調(diào)峰解耦、多能源互補(bǔ)發(fā)電等跨設(shè)備、跨時(shí)間、跨能量、跨電源、跨空間尺度等新運(yùn)行方式，導(dǎo)致傳統(tǒng)煤電機(jī)組的安全、效率、效益等生產(chǎn)運(yùn)營以及檢修維護(hù)的傳統(tǒng)邊界發(fā)生巨大變化。新一代煤電建設(shè)無論是存量改造還是新建項(xiàng)目，必須重視新邊界條件下的統(tǒng)籌選型以及技術(shù)路線的系統(tǒng)整體來考慮，不能再簡單重復(fù)和復(fù)制過去的典型設(shè)計(jì)以及優(yōu)化思路。
       新對象方面，傳統(tǒng)煤電主輔機(jī)本體基于安全考慮原則，使得其技術(shù)進(jìn)步一向相對穩(wěn)健和謹(jǐn)慎，雖然已滯后于新邊界的更高要求，但通過附加的水側(cè)、蒸汽側(cè)、煙氣側(cè)、電氣側(cè)等旁路運(yùn)行方式對現(xiàn)有熱力、電氣系統(tǒng)再構(gòu)，出現(xiàn)了耦合儲熱罐、電鍋爐、切缸、熔鹽蓄熱、高低旁供熱、熱泵、化學(xué)電池等非典型設(shè)備系統(tǒng)、新工質(zhì)及其新運(yùn)行方式，實(shí)現(xiàn)了新的技術(shù)特性及機(jī)組功能，遠(yuǎn)超過現(xiàn)有經(jīng)典熱力系統(tǒng)、典型熱力計(jì)算書的設(shè)計(jì)范疇。由此可見，即便一些傳統(tǒng)設(shè)備對象、裝置系統(tǒng)未做硬件上的改變，但其設(shè)備特性、對象模型在新邊界條件下已發(fā)生重大變化，同時(shí)也要看到存在失配、失協(xié)甚至失效、加速劣化等新問題。因此，當(dāng)前階段新一代煤電優(yōu)化的對象重點(diǎn)，在主要技術(shù)突破之前，不能簡單考慮把重任和風(fēng)險(xiǎn)都放在主設(shè)備上，而應(yīng)更加重視對現(xiàn)有主設(shè)備影響較小且能最大程度確保主資產(chǎn)安全的系統(tǒng)改進(jìn)等技術(shù)上。
       新約束方面，電力系統(tǒng)大規(guī)模高比例消納新能源的重新功能定位，迫使傳統(tǒng)煤電疊加了靈活深調(diào)、快速調(diào)節(jié)等多重技術(shù)維度的新約束，既“靈活”又“高效”的清潔低碳要求，相比過去單維度煤耗標(biāo)準(zhǔn)，要求變得更高而且顯然是更難了。降碳技術(shù)不僅從單一的發(fā)電流程中間環(huán)節(jié)的事中控制，轉(zhuǎn)向探索全面兼顧燃燒前后的頭尾控制要求，而且傳統(tǒng)節(jié)能降耗基礎(chǔ)也發(fā)生變化，即從過去單純追求某一工況煤耗最低，轉(zhuǎn)變?yōu)槌�態(tài)、經(jīng)常工況下綜合收益最優(yōu)。此外，新形勢下各變工況運(yùn)行下設(shè)備的安全性能約束，也已成為被最為看重的降碳效益基數(shù)。顯而易見，傳統(tǒng)煤電新面臨的不僅是靈活問題、更包含安全問題，不僅是低碳問題、更包含效益問題，不僅是清潔問題、更包含生存問題。因此，新一代煤電絕不簡單是搞“豪華升級、豪華裝修”，必須實(shí)事求是、務(wù)實(shí)推進(jìn)。
       新一代煤電建設(shè)不僅是技術(shù)提升
       從全球范圍看，新一代煤電技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的競爭對標(biāo)對象，既是傳統(tǒng)煤電本身，也更是靈活性、清潔性相對更佳的燃?xì)鈾C(jī)組，從這個(gè)角度而言，必然是“燃機(jī)指標(biāo)含量”較多的標(biāo)準(zhǔn)。從更廣的經(jīng)驗(yàn)看，傳統(tǒng)煤電面臨的新邊界、新對象、新約束等新情況，是在電力競爭市場發(fā)展較早的國家和國內(nèi)外重點(diǎn)地區(qū)早已出現(xiàn)，其對靈活調(diào)峰、熱電解耦、快速啟停、低碳摻燒以及碳捕集等新一代煤電的特征技術(shù)，早已開展并完成階段性試驗(yàn)、示范探索或商業(yè)運(yùn)行。因此，至少國內(nèi)當(dāng)前階段新一代煤電的適用標(biāo)準(zhǔn)，已經(jīng)有部分較成熟的技術(shù)參考點(diǎn)，但重點(diǎn)并非要在技術(shù)指標(biāo)設(shè)置上不切實(shí)際地追求或全面“一刀切”，而是需要因地制宜和因場景制宜，而且從過往經(jīng)驗(yàn)看，新標(biāo)準(zhǔn)推廣普及的速度和難度也并非技術(shù)本身，其推行的階段和節(jié)點(diǎn)也都應(yīng)綜合考慮。
       而且，當(dāng)前新一代煤電建設(shè)討論的預(yù)期技術(shù)指標(biāo)，更可以是“過去時(shí)含量”較多的標(biāo)準(zhǔn)。如前所述，成型或發(fā)展較早的電力充分競爭市場，基本實(shí)現(xiàn)了更先進(jìn)的調(diào)峰深度、爬坡速率、快速啟停、熱電解耦等技術(shù)的試驗(yàn)示范或部分商用涵蓋。只不過在不同應(yīng)用場景下，尤其是電力市場發(fā)展相對滯后的區(qū)域，市場中缺少有效必要的各方博弈主體協(xié)調(diào)機(jī)制，或嚴(yán)重受制于單方面話語權(quán)的超大市場主體的各種約束，導(dǎo)致某種程度上阻礙了煤電相關(guān)新技術(shù)的進(jìn)一步升級開發(fā)和有效推廣應(yīng)用。因此，新一代煤電建設(shè)不應(yīng)再是簡單的技術(shù)提升或技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)推行問題，而是需要有其他配套管理?xiàng)l件和靈活市場機(jī)制作為堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。或者說，新機(jī)首先應(yīng)有新制，新一代的有效市場機(jī)制和管理的加強(qiáng)提升更為迫切，不應(yīng)滯后于新一代煤電的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。
       新一代煤電建設(shè)應(yīng)重視五新特點(diǎn)
       煤電已經(jīng)發(fā)展了一百多年，每一代的煤電，必然有其每一代的時(shí)代特征、歷史使命和功能定位。面向新型能源體系和新型電力系統(tǒng)建設(shè)要求，當(dāng)前新一代煤電也開始了其新的歷史征程。
       新一代煤電的新靈活性。與傳統(tǒng)煤電相比，新一代煤電自然要在靈活性和調(diào)節(jié)能力方面上新的臺階，同等條件下需能夠提供適應(yīng)新型電力系統(tǒng)需求的新靈活性。但對于要兼顧具備頂峰、深調(diào)、快爬速降、快速啟停等更加綜合調(diào)節(jié)能力的新一代煤電技術(shù)要求而言，高靈活性的設(shè)置已大不同于傳統(tǒng)煤電，必須重視以更少的改造改動(dòng)或新建工程量，來實(shí)現(xiàn)更為綜合的高調(diào)節(jié)性能，即新一代煤電機(jī)組的新靈活性應(yīng)充分體現(xiàn)“綜合”和“集成”特點(diǎn)，盡量論證考慮“單項(xiàng)投入、多項(xiàng)產(chǎn)出”的技術(shù)路線，以優(yōu)化減少系統(tǒng)的復(fù)雜性和降低投資成本。而且新靈活性需具備“區(qū)域”特點(diǎn)，應(yīng)充分兼顧區(qū)域條件要求和發(fā)展趨勢，避免“一刀切”而導(dǎo)致較大的投資沉沒成本。
       新一代煤電的新經(jīng)濟(jì)性。傳統(tǒng)煤電更多關(guān)注在多發(fā)前提下如何優(yōu)化降低煤耗成本，新一代煤電的經(jīng)濟(jì)性內(nèi)涵遠(yuǎn)不止如此。基于寬負(fù)荷高效的新一代煤電最佳高效設(shè)計(jì)點(diǎn)基準(zhǔn)，首先應(yīng)考慮允許突破基于額定工況效率最高的相關(guān)能耗準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)等立項(xiàng)約束，而且節(jié)能降耗設(shè)計(jì)需要考慮包括啟停在內(nèi)的全工況各階段運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。同時(shí)，新一代煤電的新功能任務(wù)更多更重，其整體項(xiàng)目和關(guān)鍵設(shè)備選型，不能再僅基于煤電本身，必須兼顧外部全部相關(guān)重要邊界資源和邊界條件進(jìn)行綜合測算考慮。此外，應(yīng)重點(diǎn)研究電鍋爐解耦、綠電供熱等需要市場機(jī)制配套調(diào)整的支持措施，突破無法低成本從電網(wǎng)下低谷電的關(guān)鍵制約，以優(yōu)化減少煤電機(jī)組本身的建設(shè)投入、調(diào)節(jié)負(fù)擔(dān)和調(diào)節(jié)成本，這方面新一代煤電不能再走過去由傳統(tǒng)煤電承擔(dān)一切之后反而更加舉步維艱的老路子。
       新一代煤電的新擴(kuò)展性。傳統(tǒng)煤電的發(fā)展史，同時(shí)也是飽含階段性反復(fù)改造的改建史。新一代煤電的技術(shù)指標(biāo)也不可能全部一蹴而就，理應(yīng)避免重回歷史局面，其選型應(yīng)著重體現(xiàn)于“一廠一策”的新可擴(kuò)展性，兼顧未來發(fā)展和實(shí)事求是的建設(shè)資源條件評估，保持合理適度的裕量、預(yù)留接口或場地等。同時(shí)，新一代煤電建設(shè)不應(yīng)做基于單項(xiàng)指標(biāo)的極端性過度優(yōu)化，不應(yīng)搞一刀切式或盲目跟隨式的、必要性不強(qiáng)的建設(shè)投資。需結(jié)合新一代煤電建設(shè)項(xiàng)目的具體定位和區(qū)域競爭需要，重點(diǎn)建設(shè)和打造可擴(kuò)展能力，把錢花在刀刃上。
       新一代煤電的新可靠性。傳統(tǒng)煤電技術(shù)，在我國用了近三十年時(shí)間完成了華麗轉(zhuǎn)變，即初始引進(jìn)階段的十年基本解決機(jī)組安全穩(wěn)定問題，消化吸收階段的十年基本解決機(jī)組連續(xù)滿發(fā)問題，然后在創(chuàng)新階段的十年基本解決自主性能提升問題，發(fā)展至今，我國已擁有世界上最先進(jìn)的超超臨界機(jī)組，各項(xiàng)指標(biāo)全面領(lǐng)先。新一代煤電建設(shè)不可能如此再蹚一遍才能確保必要的安全可靠，新型電力系統(tǒng)也不允許如此長時(shí)間的折騰。顯然，在新邊界、新對象、新約束等條件下，建設(shè)新一代煤電機(jī)組，其新可靠性必須滿足于全壽命周期的長期可持續(xù)性和較低非停率要求，不能以設(shè)備安全穩(wěn)定性為代價(jià)，相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)仍需加大攻關(guān)。
       新一代煤電的新智慧性。機(jī)組先進(jìn)性如果以人數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)，其發(fā)展規(guī)律是單位千瓦裝機(jī)的現(xiàn)場人員越來越少，國外已實(shí)現(xiàn)少人無人值守、“全自動(dòng)駕駛”的先進(jìn)機(jī)組早已有之�；赝麄鹘y(tǒng)煤電機(jī)組的運(yùn)行控制史，智能控制理論中典型的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊控制等理論研究實(shí)際起步很早，現(xiàn)代控制理論中的自適應(yīng)、狀態(tài)觀測、預(yù)測等典型方法也較為久遠(yuǎn)，而基于比例-積分-微分的經(jīng)典控制理論技術(shù)當(dāng)前依然在工程現(xiàn)場是最為廣泛的應(yīng)用。對于數(shù)據(jù)點(diǎn)動(dòng)輒上萬的現(xiàn)代化大型煤電機(jī)組而言，經(jīng)典控制技術(shù)同樣遠(yuǎn)未過時(shí)，實(shí)踐證明，設(shè)備本身及其治理的可靠性基礎(chǔ)非常關(guān)鍵，如果保證好了，大部分場景的經(jīng)典控制依然適用。換言之，不能指望完全用不依賴于傳統(tǒng)固定模型的智能算法，去解決或掩蓋最基本要求的設(shè)備治理不佳、維護(hù)欠賬等所有問題。對于新一代煤電而言，隨著近年信息化、智能化技術(shù)的飛速迭代升級，通過智慧技術(shù)和“科技興安”，聚焦解決新邊界、新對象、新約束等帶來的操作響應(yīng)不及時(shí)不精確、操作決策不科學(xué)不系統(tǒng)以及運(yùn)維作業(yè)不高效不安全等重點(diǎn)問題，加快提升新質(zhì)生產(chǎn)效率和效益，已處于新的攻堅(jiān)發(fā)展階段。