灵活性改造

6月29日，内蒙古自治区人民政府发布2022年坚持稳中求进推动产业高质量发展政策清单的通知。通知中提出支持新增源网荷储一体化项目增配新能源规模,支持工业园区燃煤自备电厂可再生能源替代,鼓励燃煤机组灵活性改造,鼓励自建、购买储能或调峰能力配建新能源项目。

8月1日，内蒙古能源局印发《内蒙古自治区工业园区绿色供电项目实施细则（2022年版）》《内蒙古自治区关于全额自发自用新能源项目实施细则（2022年版）》《内蒙古自治区火电灵活性改造消纳新能源实施细则（2022年版）》。

现阶段我国灵活性电源发展远未达到预期。2020 年我国煤电灵活性改造机组、气电、抽水蓄能分别为8000 万千瓦、9972 万千瓦和 3149 万千瓦，全都未能完成“十三五”规划提出的 2.2亿千瓦、1.1 亿千瓦和 4000 万千瓦的发展目标。 即便长期以来我国电力系统发展规划中保留较高的电力电量裕度，能够对近中期吸纳风、光等波动性电源的新增装机提供重要支撑，但在中远期，如果仍采用旧有发展模式，我国随机性电源过高、灵活性电源不足，电力系统安全稳定运行风险增大的问题会逐渐显现。 随着“双碳”目标提上日程，以光伏、风电为主的新能源实现爆发式增长，预计到2060 年风光等波动性可再生能源发电占总发电量的比重将超过 55%。在某些时刻，波动性可再生能源发电量足以满足系统全部用电需求，甚至超过总电力需求。同时也面对数周乃至数月风光出力不足或遇到极端天气的情况下，如何满足电力需求的挑战，构建新型电力系统迫在眉睫。

本项目属于火电技术领域。“三北地区”新能源消纳难题已发展成制约其规模化开发利用的重大瓶颈。热电联产机组其“以热定电”的运行方式激化了供热与电网之间的矛盾。本项目解决了多家发电企业在深度调峰改造过程中遇到的热电解耦问题，为国内 200MW～600MW 煤电机组起到引领和示范作用；通过对常压储热罐解耦技术的研究，在国内率先掌握了大容量常压储热系统的成套设计方法及工艺，为该技术在行业内的推广起到示范作用。

为掌握超临界循环流化床机组的深度调峰能力，科学参与辅助服务市场，有必要对存量机组深度调峰性能深入研究。 方法 从安全性、经济性及环保性3个维度分别开展了40%和30%额定负荷连续试运行、锅炉燃烧优化调整、锅炉效率和汽机热耗率性能测试，实施了给水泵单泵运行、压力曲线优化、锅炉氧量、床压调整等10余项优化措施。 结果 实现了连续12天30%额定负荷连续运行，40%和30%额定负荷深度调峰对煤耗的影响分别约为52、72 g/(kW·h)。 结论 350 MW等级超临界循环流化床机组具有良好的深度调峰能力，不需改造30%额定负荷工况，不需投油稳燃且锅炉保持较高效率，汽轮发电机组本体、热力系统、辅机设备等监视参数正常，主要烟气污染物实现超低排放。

电站流体机械（水轮机过流部件、汽轮机通流部件等）运行工况恶劣，多泥沙流域水电站普遍存在磨蚀损伤，汽轮机叶片易在水蚀作用下导致叶片型线缺损，传统处理方法为被动防护与修复，存在修复量大、防护效果差、防护范围小等问题，尤其无法满足窄间隙部位及狭窄空间等现场抗磨蚀防护要求。针对上述问题，本项目开展对不同水力条件、不同结构形式水轮机过流部件磨蚀损伤状况进行调研及失效机理分析。通过 CFD 计算研究水力条件对水轮机损伤影响，提出降低水轮机磨蚀损伤的主动预防措施，研究开发水轮机过流部件损伤小型化 HVOF 抗磨蚀涂层防护技术。通过汽轮机叶片用钢焊接和喷涂工艺试验、模拟试验等，开发出一整套适合于现场的汽轮机叶片小型化 HVOF 抗磨蚀涂层防护技术。 该技术已应用于华能澜沧江水电公司、华能四川水电公司等全国 50 余台水电机组及华能平凉、丹东电厂等全国 10 余台火电机组的流体机械抗磨蚀防护，运行至今各项技术指标良好，取得满意工程应用效果，经济和社会效益显著，尤其适用于我国高泥沙、高水头水电机组以及灵活性改造火电机组，具有广阔的市场推广应用前景。掌握具有自主知识产权的电站流体机械抗磨蚀小型化 HVOF 涂层防护关键技术，延长部件使用寿命。该技术具有防护后不破坏原有的振动特性、转动特性和强度特性等优点，达到国际先进技术水平，提升了我国电站流体机械表面防护技术水平。

火电灵活性改造是电力系统调节能力提升的关键手段，然而长期以来因缺乏合理的市场化补偿机制，导致火电机组的灵活性“价值”难以充分发挥，从而极大制约了灵活性改造的积极性，成为电力系统调节能力提升的最大掣肘。

随着风电等可再生能源的大规模发展，带来了消纳难等新挑战，通过火电灵活性改造可以增强电力系统灵活调节能力、提升可再生能源消纳空间，同时需要考虑火电灵活性改造的经济性和对可再生能源消纳的影响。因此，综合考虑火电机组常规运行成本及灵活性改造后增加的各项成本，结合碳排放成本和弃风成本，建立以总成本最小为目标的火电灵活性改造前后优化调度模型，采用对比差值法计算基于火电灵活性改造的可再生能源消纳系统成本。通过算例，将所建模型应用于对比改造前后、不同碳排放强度、是否考虑弃风等不同方案下的机组运行状况及消纳系统成本大小，并拟合得到可再生能源渗透率和消纳系统成本的关系曲线，验证了模型的有效性。