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看“碳电”如何变革升级

   2022-04-26 来源:浙电e家茅建波 蔡文方 江航810
核心提示:为高质量实现“双碳”目标,国家电网积极构建清洁低碳、安全可控、灵活高效、智能友好、开放互动的新型电力系统。“绿电”的建设

为高质量实现“双碳”目标,国家电网积极构建清洁低碳、安全可控、灵活高效、智能友好、开放互动的新型电力系统。“绿电”的建设并非一蹴而就,新型电力系统中除了“绿电”外,还有一部分“碳电”(即生产过程中产生二氧化碳的电力,主要包含燃用煤、油、天然气等化石燃料生产的电能)。“碳电”因其稳定可靠、灵活可控的特性,能平抑新能源大规模接入产生的波动性和随机性,保障新能源消纳和电网稳定,对整个电力系统起着“压舱石”作用。

(来源:浙电e家 ID:sgcc-zdej)

截至目前,“碳电”仍扮演主力电源的角色。至2021年底,浙江电网“碳电”装机6330万千瓦,占全口径装机容量的57.8%,全年消费“碳电”3035亿千瓦时(不含省外送入),占全社会用电量的55.1%。

建设新型电力系统,如何实现电力系统的脱碳很关键。一方面,需要大力推进“绿电”对“碳电”的替代;另一方面,要积极寻求“碳电”的革新升级,持续降低其生产单位度电的二氧化碳排放量,提高灵活调节能力,促进电网安全保供。

增容挖潜,当好保供“压舱石”

2021年7月,浙江电网全社会最高用电负荷突破1亿千瓦,最高达到10022万千瓦,全社会用电需求保持高位增长态势。随着“双碳”目标的提出,省外清洁能源逐渐“惜售”,而新增的风电、光伏等新能源受天气影响,具有不确定性,电力系统转型面临着保供与低碳的双重压力。

针对上述问题,“碳电”需要充分发挥其稳定可控的优势,深入挖掘供电潜力。“碳电”机组基于安全考虑,设计的最大出力相比核定的额定发电容量有一定的裕度。因此可对“碳电”机组进行增容改造,通过提高汽轮机通流能力和蒸汽参数,挖掘辅机的富余容量,突破“碳电”机组的最大供电能力。

为保证机组的运行安全,还需对增容后机组开展一系列试验,例如出力能力验证试验、发电机温升试验、发电机进相试验、电力系统稳定器参数整定试验等,全面检测“碳电”机组增容后的出力能力、设备运行健康状况以及适应电网的调节性能。截至2022年3月底,浙江电网燃煤机组已完成增容提效改造47台,总计为电网增加1975兆瓦容量。

除增容改造外,还可通过优化燃烧、检修和消缺等策略提升“碳电”机组的供电潜力。在燃烧策略上,加强机组的运行管理和燃料调配,在负荷需求高峰时,通过调配、燃用高热值的煤种使机组“吃得好”、“产得高”。在检修和消缺策略上,根据机组的检修周期和故障缺陷等级,结合电网负荷预测,合理安排机组检修消缺计划,在保证电力供应的同时,做到“应修尽修、修必修好”,深入挖掘发电潜力,提升发用电平衡水平。

以浙江为例,浙江省能监办、国网浙江电力建立了“碳电”机组保供工作机制,开展提升全省电力保供能力的护网保供专项行动,通过现场专项检查,助力“碳电”机组进行燃烧、检修等策略优化。2021年9月至11月,该项行动的实施有效挖掘了相关机组供电潜力,增加供电负荷150万千瓦以上,保障了浙江电网供电安全。

降碳提效,减碳进行时

“碳电”在保供的同时需兼顾低碳,这就需要通过对相关机组的碳排放量进行监测和分析,采取针对性的减碳措施。

国网浙江电力联合各发电企业开发了“火电机组节能减碳分析平台”“火电机组节能减排与烟气排放数据平台”,开展煤电机组能效和碳排放监测,推进碳排放分析数字化与智能化升级,实现浙江煤电碳排放因子分析。

提高能源利用率是针对“碳电”机组提效减碳的常见措施之一。“碳电”机组变频改造、供热改造等可提高能源的利用率。

变频改造是指在机组辅机上加装变频器调速控制出力,使辅机始终运行在最高效率点,节约用能。供热改造可通过抽汽供热方式向周边的热用户提供热能,既可避免多余的蒸汽在机组内发生能耗损失,又可替代周边效率低下的燃煤小锅炉进行供热,提升工业企业的经济性,降低工业园区二氧化碳及污染物的排放。

据相关数据统计,从2012年至2021年,经过改造,浙江省“碳电”机组每度电的碳排放量累计下降37.10克。以2021年全省“碳电”发电量3035亿千瓦时计算,一年减排二氧化碳1126万吨,节能减碳效果显著。

参与深度调峰,灵活新业态

随着新能源的大规模接入,能源供求格局和结构发生变化,用电峰谷差不断拉大。2016年,浙江电网年最大峰谷差为2257万千瓦,2021年最大峰谷差达到3450.3万千瓦,年均增长率达8.9%,电网调峰面临挑战。

由于新能源发电的强波动性、间歇性和随机性,电力系统源荷特性呈现高度概率化、运行场景多样化特征。在需全额消纳清洁能源及储能容量有限的背景下,针对电网调峰问题,需要大容量出力稳定且实时可控的电力能源深度参与,“碳电”成为首选。

“碳电”主要是通过开展灵活性改造,挖掘深度调峰和快速响应能力,做到“随时上得去,随时下得来”。实现在“绿电”大容量并网时,“碳电”降低出力,为“绿电”让路;在“绿电”出力不足时,“碳电”全面发力,保证电力供应。

增容改造提高了“碳电”“上得去”的上限,但在“下得来”方面,“碳电”机组仍有一定的限制。

由于“碳电”是通过燃烧化石燃料生产电力,若要减少出力需减少燃料的投入。为了保证燃烧的稳定性,燃料的投入减少有一定下限,如同煤气灶台关火,若关得太小,火苗容易熄灭。

为兼顾燃烧稳定性及电网调节需求,国网浙江电科院创新性地提出了采用加稳态试验,全面验证机组深度调峰能力的方法,确定机组不助燃最低稳燃出力。

截至目前,浙江电网63台300兆瓦及以上的“碳电”机组已完成深度调峰至40%额定容量的改造。经验证,各项技术指标均满足电网运行和相关标准的要求。改造在未对机组进行大规模技改投资的情况下,为浙江电网增加了近4000兆瓦调峰容量,相当于天荒坪和长龙山两座抽水蓄能电站的总容量,大幅提高了浙江电网运行的灵活性和适应性。

此外,浙江也在对不同容量、不同类型的机组深度调峰至30%额定容量进行研究探索,未来有望做到挖掘更大的调峰容量。

随着能源替代战略逐步调整、辅助服务市场机制逐渐完善以及二次再热、掺烧生物质、耦合储能及二氧化碳捕集、利用与封存等清洁低碳、灵活高效“碳电”技术不断涌现,“碳电”将进一步挖掘自身电力价值。在获得新发展机遇的同时,“碳电”的变革与升级也为新型电力系统建设提供助力。


 
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