关注 | 新型电力系统下燃煤电厂灵活性改造与电网协调思考及展望

中国将严控煤电项目，大力发展可再生能源电力，根据我国电力发展规划，2030年可再生的风电和太阳能发电总装机容量将达到12亿千瓦以上，将成为我国最主要电源。但可再生能源也有“不可控”的短板：装机发电能力严重受限于昼夜日照、季节变化、天气阴晴、风力大小等自然气象条件。据报道，2019年在全国非化石能源发电量占比仅为32.6%的情况下，风电和光电普遍面临并网难、消纳难、调度难等问题。因此，未来几十年，从煤电为主过渡到以新能源为主体的新型电力系统期间，作为我国电力稳定生产、供应和灵活性调节的“压舱石”，燃煤火电不可能退出电力生产。因此，如何使煤电生产更高效、清洁、低碳、灵活，成为电力部门当前要研究和着手解决的迫切课题。

在此背景下，今年5月，南方电网公司在广州发布《南方电网公司建设新型电力系统行动方案(2021-2030年)白皮书》，提出预计2030年前基本建成新型电力系统，在实现碳达峰、碳中和目标过程中，确保新能源高效消纳和电力可靠供应。

火电是南方电网最经济可靠的调峰电源

随着以风电、光伏为主的波动性可再生能源装机容量的日益增长，电力系统灵活运行能力变得更加重要，而电力系统灵活性主要用于衡量电力系统在相关的时间尺度内，以可靠且具有成本效益的方式管理供需波动性和不确定性的能力，这也就意味着电力系统的灵活运行能力是未来电力系统转型的核心。考虑到我国能源资源禀赋特点，国内煤电机组必须继续存在，发挥压舱石的作用。即便到2060年，电网可能仍需要煤电作为调节电源，以满足电网的安全需要。电化学储能目前能量密度低、投资高，锂在元素周期表中的位置决定了电池储能技术短期内很难突破，而核聚变储能因难度大也不容易短期突破，所以在电池或可控核聚变储能取得突破性进展之前，火电有长期作为压舱石存在的必要。因此对于南方电网来讲，要大力开展燃煤电厂灵活性改造，提供更多优质的灵活性调峰电源，当新能源大量接入时，可有效解决新能源间歇性强、波动大、预测难等随机性和不稳定性问题，在确保电量供应的同时可满足出力可靠性的要求。火电仍然是南方电网最适宜的调峰电源，保障南方电网安全、稳定、高效运行。

火电灵活性改造与南方电网运行协调处理对策

我国各个煤电机组的设计制造存在很大的差别。各发电机组的锅炉、汽机和发电机三大主机对原生产厂家的设计和制造要求是不相同的，三大主机所设计的安全运行的技术参数不同，负荷调节范围也不一样，当电网进行调峰时，均有各自不同的合理调峰深度。煤电机组深度调峰对发电企业经济效益有较大的影响，将导致发电煤耗上升。因此对不同类型机组深度调峰的下限要进行技术经济对比分析，选择经济上能够接受、合理的调峰下限，并不是锅炉负荷越低越好。在进行深度调峰改造时，要因地制宜，针对每台锅炉特性、煤质情况提出相应的技术路线，而不是千篇一律，追求统一的技术路线。锅炉深度调峰技术改造，要进行安全性评估工作，尤其是不可预测的安全隐患，务必做好风险预控措施。要增加监测点，保证灵活性改造后机组的安全稳定运行，切不可盲目进行改造。因此火电厂灵活性改造要结合燃煤电厂实际，与电网公司进行充分沟通，根据电网负荷情况、当地新能源容量等特点，选择深度调峰的具体幅度。

构建新能源为主体的新型电力系统下电网安全性思考

随着新能源大量接入，尤其是燃煤电厂将来大量进行深度调峰，从安全性角度考虑，电网企业和发电企业，要强化底线思维和红线意识，要建立健全改造前评估优化和风险预控、改造过程中管控、改造后安全运行与技术监督的全过程保障机制。火电机组深度调峰面临很多看不见的风险，需要针对不同设备，进行大量艰苦的探索。煤电机组深度调峰需要顶层设计，制定相关标准，使整个电力行业健康发展，为国家的社会经济生活提供坚强可靠的保障。面对复杂的深度调峰运行环境，电网企业和发电企业要大力应用人工智能，特别是深度学习技术，在软测量、故障诊断、自动控制等领域，要更多体现新技术的应用，保证电网安全运行。突出防范和化解改造后机组快速启停、快速爬升、快速变负荷过程中和长期低负荷运行所带来的安全风险，严防发生涉网的重大不安全事件。

思考与展望

在“双碳”战略目标下，我国电力的发展方向是“构建以新能源为主体的新型电力系统”。燃煤电厂是最经济的调峰电源，对于保障电网安全、稳定运行具有压舱石的作用。电网企业与发电企业要深入沟通、密切合作，加强科技自立自强。相信在不久的将来，通过技术攻关，一定能够实现新能源为主体的新型电力系统下煤电企业与电网企业的协同高质量发展，为国家的社会经济生活提供坚强可靠的保障，为双碳目标实现提供电力科技工作者的智慧和力量。

(作者李德波 为南网科技公司资深工程师)