為高質(zhì)量實現(xiàn)“雙碳”目標，國家電網(wǎng)積極構(gòu)建清潔低碳、安全可控、靈活高效、智能友好、開放互動的新型電力系統(tǒng)。“綠電”的建設(shè)并非一蹴而就，新型電力系統(tǒng)中除了“綠電”外，還有一部分“碳電”（即生產(chǎn)過程中產(chǎn)生二氧化碳的電力，主要包含燃用煤、油、天然氣等化石燃料生產(chǎn)的電能）。“碳電”因其穩(wěn)定可靠、靈活可控的特性，能平抑新能源大規(guī)模接入產(chǎn)生的波動性和隨機性，保障新能源消納和電網(wǎng)穩(wěn)定，對整個電力系統(tǒng)起著“壓艙石”作用。
截至目前，“碳電”仍扮演主力電源的角色。至2021年底，浙江電網(wǎng)“碳電”裝機6330萬千瓦，占全口徑裝機容量的57.8%，全年消費“碳電”3035億千瓦時（不含省外送入），占全社會用電量的55.1%。
建設(shè)新型電力系統(tǒng)，如何實現(xiàn)電力系統(tǒng)的脫碳很關(guān)鍵。一方面，需要大力推進“綠電”對“碳電”的替代；另一方面，要積極尋求“碳電”的革新升級，持續(xù)降低其生產(chǎn)單位度電的二氧化碳排放量，提高靈活調(diào)節(jié)能力，促進電網(wǎng)安全保供。
增容挖潛，當好保供“壓艙石”
2021年7月，浙江電網(wǎng)全社會最高用電負荷突破1億千瓦，最高達到10022萬千瓦，全社會用電需求保持高位增長態(tài)勢。隨著“雙碳”目標的提出，省外清潔能源逐漸“惜售”，而新增的風電、光伏等新能源受天氣影響，具有不確定性，電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型面臨著保供與低碳的雙重壓力。
針對上述問題，“碳電”需要充分發(fā)揮其穩(wěn)定可控的優(yōu)勢，深入挖掘供電潛力。“碳電”機組基于安全考慮，設(shè)計的最大出力相比核定的額定發(fā)電容量有一定的裕度。因此可對“碳電”機組進行增容改造，通過提高汽輪機通流能力和蒸汽參數(shù)，挖掘輔機的富余容量，突破“碳電”機組的最大供電能力。
為保證機組的運行安全，還需對增容后機組開展一系列試驗，例如出力能力驗證試驗、發(fā)電機溫升試驗、發(fā)電機進相試驗、電力系統(tǒng)穩(wěn)定器參數(shù)整定試驗等，全面檢測“碳電”機組增容后的出力能力、設(shè)備運行健康狀況以及適應(yīng)電網(wǎng)的調(diào)節(jié)性能。截至2022年3月底，浙江電網(wǎng)燃煤機組已完成增容提效改造47臺，總計為電網(wǎng)增加1975兆瓦容量。
除增容改造外，還可通過優(yōu)化燃燒、檢修和消缺等策略提升“碳電”機組的供電潛力。在燃燒策略上，加強機組的運行管理和燃料調(diào)配，在負荷需求高峰時，通過調(diào)配、燃用高熱值的煤種使機組“吃得好”、“產(chǎn)得高”。在檢修和消缺策略上，根據(jù)機組的檢修周期和故障缺陷等級，結(jié)合電網(wǎng)負荷預(yù)測，合理安排機組檢修消缺計劃，在保證電力供應(yīng)的同時，做到“應(yīng)修盡修、修必修好”，深入挖掘發(fā)電潛力，提升發(fā)用電平衡水平。
以浙江為例，浙江省能監(jiān)辦、國網(wǎng)浙江電力建立了“碳電”機組保供工作機制，開展提升全省電力保供能力的護網(wǎng)保供專項行動，通過現(xiàn)場專項檢查，助力“碳電”機組進行燃燒、檢修等策略優(yōu)化。2021年9月至11月，該項行動的實施有效挖掘了相關(guān)機組供電潛力，增加供電負荷150萬千瓦以上，保障了浙江電網(wǎng)供電安全。
降碳提效，減碳進行時
“碳電”在保供的同時需兼顧低碳，這就需要通過對相關(guān)機組的碳排放量進行監(jiān)測和分析，采取針對性的減碳措施。
國網(wǎng)浙江電力聯(lián)合各發(fā)電企業(yè)開發(fā)了“火電機組節(jié)能減碳分析平臺”“火電機組節(jié)能減排與煙氣排放數(shù)據(jù)平臺”，開展煤電機組能效和碳排放動態(tài)監(jiān)測，推進碳排放分析數(shù)字化與智能化升級，實現(xiàn)浙江煤電碳排放因子動態(tài)分析。
提高能源利用率是針對“碳電”機組提效減碳的常見措施之一。“碳電”機組變頻改造、供熱改造等可提高能源的利用率。
變頻改造是指在機組輔機上加裝變頻器調(diào)速控制出力，使輔機始終運行在最高效率點，節(jié)約用能。供熱改造可通過抽汽供熱方式向周邊的熱用戶提供熱能，既可避免多余的蒸汽在機組內(nèi)發(fā)生能耗損失，又可替代周邊效率低下的燃煤小鍋爐進行供熱，提升工業(yè)企業(yè)的經(jīng)濟性，降低工業(yè)園區(qū)二氧化碳及污染物的排放。
據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，從2012年至2021年，經(jīng)過改造，浙江省“碳電”機組每度電的碳排放量累計下降37.10克。以2021年全省“碳電”發(fā)電量3035億千瓦時計算，一年減排二氧化碳1126萬噸，節(jié)能減碳效果顯著。
參與深度調(diào)峰，靈活新業(yè)態(tài)
隨著新能源的大規(guī)模接入，能源供求格局和結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，用電峰谷差不斷拉大。2016年，浙江電網(wǎng)年最大峰谷差為2257萬千瓦，2021年最大峰谷差達到3450.3萬千瓦，年均增長率達8.9%，電網(wǎng)調(diào)峰面臨挑戰(zhàn)。
由于新能源發(fā)電的強波動性、間歇性和隨機性，電力系統(tǒng)源荷特性呈現(xiàn)高度概率化、運行場景多樣化特征。在需全額消納清潔能源及儲能容量有限的背景下，針對電網(wǎng)調(diào)峰問題，需要大容量出力穩(wěn)定且實時可控的電力能源深度參與，“碳電”成為首選。
“碳電”主要是通過開展靈活性改造，挖掘深度調(diào)峰和快速響應(yīng)能力，做到“隨時上得去，隨時下得來”。實現(xiàn)在“綠電”大容量并網(wǎng)時，“碳電”降低出力，為“綠電”讓路；在“綠電”出力不足時，“碳電”全面發(fā)力，保證電力供應(yīng)。
增容改造提高了“碳電”“上得去”的上限，但在“下得來”方面，“碳電”機組仍有一定的限制。
由于“碳電”是通過燃燒化石燃料生產(chǎn)電力，若要減少出力需減少燃料的投入。為了保證燃燒的穩(wěn)定性，燃料的投入減少有一定下限，如同煤氣灶臺關(guān)火，若關(guān)得太小，火苗容易熄滅。
為兼顧燃燒穩(wěn)定性及電網(wǎng)調(diào)節(jié)需求，國網(wǎng)浙江電科院創(chuàng)新性地提出了采用動態(tài)加穩(wěn)態(tài)試驗，全面驗證機組深度調(diào)峰能力的方法，確定機組不助燃最低穩(wěn)燃出力。
截至目前，浙江電網(wǎng)63臺300兆瓦及以上的“碳電”機組已完成深度調(diào)峰至40%額定容量的改造。經(jīng)驗證，各項技術(shù)指標均滿足電網(wǎng)運行和相關(guān)標準的要求。改造在未對機組進行大規(guī)模技改投資的情況下，為浙江電網(wǎng)增加了近4000兆瓦調(diào)峰容量，相當于天荒坪和長龍山兩座抽水蓄能電站的總?cè)萘浚蠓岣吡苏憬娋W(wǎng)運行的靈活性和適應(yīng)性。
此外，浙江也在對不同容量、不同類型的機組深度調(diào)峰至30%額定容量進行研究探索，未來有望做到挖掘更大的調(diào)峰容量。
隨著能源替代戰(zhàn)略逐步調(diào)整、輔助服務(wù)市場機制逐漸完善以及二次再熱、摻燒生物質(zhì)、耦合儲能及二氧化碳捕集、利用與封存等清潔低碳、靈活高效“碳電”技術(shù)不斷涌現(xiàn)，“碳電”將進一步挖掘自身電力價值。在獲得新發(fā)展機遇的同時，“碳電”的變革與升級也為新型電力系統(tǒng)建設(shè)提供助力。
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