江蘇省煤電機(jī)組靈活性改造現(xiàn)狀與未來展望 郭鳳鳳 許相敏 摘要：雙碳背景下，在高比例新能源電力系統(tǒng)中，推動煤電機(jī)組向基礎(chǔ)保障性和系統(tǒng)調(diào)節(jié)性電源并重轉(zhuǎn)型，是煤電可持續(xù)發(fā)展的必然要求和選擇。江蘇省自2017年開始積極實施燃煤機(jī)組的靈活性改造，截至2022年8月底，全省燃煤機(jī)組平均調(diào)峰深度達(dá)到34%，總調(diào)峰能力達(dá)到1005萬千瓦。已完成改造的煤電機(jī)組在調(diào)峰能力、調(diào)峰調(diào)用及環(huán)保排放等方面取得顯著成效。然而，在改造的過程中也出現(xiàn)一些問題，包括電力市場、調(diào)峰激勵機(jī)制、服務(wù)補(bǔ)償機(jī)制等不健全，以及調(diào)峰運(yùn)行可能對機(jī)組的安全運(yùn)行、節(jié)能減排和運(yùn)行成本造成影響等，需要綜合考慮并制定更完善的政策和機(jī)制來應(yīng)對這些挑戰(zhàn)。 氣候變化是一項人類共同面對的重大而緊迫的全球性挑戰(zhàn)，中國作為全球最大的能源生產(chǎn)國和碳排放國，大力發(fā)展新能源，是經(jīng)濟(jì)與能源可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。根據(jù)我國電力發(fā)展相關(guān)規(guī)劃，2030年可再生的風(fēng)電和太陽能發(fā)電總裝機(jī)容量將達(dá)到12億千瓦以上，成為我國最主要的電源，高比例新能源將成為未來電力系統(tǒng)的發(fā)展趨勢和重要特征。2023年11月8日，國家發(fā)展改革委、國家能源局聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于建立煤電容量電價機(jī)制的通知》（發(fā)改價格〔2023〕1501號），規(guī)定從2024年1月1日起執(zhí)行煤電容量電價機(jī)制，自該日起現(xiàn)行的煤電單一電量電價機(jī)制將調(diào)整為“兩部制”電價。中央在電價改革領(lǐng)域的動作持續(xù)加碼，進(jìn)一步明確了對煤電的重新定位，穩(wěn)定了煤電行業(yè)預(yù)期，再次壓實了煤電在電力系統(tǒng)的“壓艙石”角色，煤電將繼續(xù)為電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型保駕護(hù)航，確保電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。一、江蘇省煤電機(jī)組靈活性改造現(xiàn)狀目前煤電依然是江蘇省的主力電源，為滿足和保障經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的用電需求，2022年江蘇省5個項目共1000萬千瓦煤電項目取得核準(zhǔn)。2023年初，合計總裝機(jī)規(guī)模1130萬千瓦的煤電項目納入江蘇省“先立后改”煤電支撐性電源項目(第二批)規(guī)劃建設(shè)實施方案。根據(jù)相關(guān)規(guī)劃，到2025年，江蘇省電源總裝機(jī)規(guī)模將達(dá)到1.46億千瓦，其中煤電裝機(jī)規(guī)模為8400萬千瓦。2016年江蘇電網(wǎng)啟動煤電機(jī)組深度調(diào)峰試點(diǎn)工作，2017年起開始組織實施燃煤機(jī)組靈活性改造。根據(jù)《關(guān)于進(jìn)一步提升江蘇電網(wǎng)火電機(jī)組靈活性的技術(shù)指導(dǎo)意見》(電調(diào)〔2020〕15號)要求，2022年底全部煤電機(jī)組需滿足30%調(diào)峰能力。截至2022年8月，全省共有105臺合計6402萬千瓦的燃煤機(jī)組完成了深度調(diào)峰試驗，在全省30萬千瓦及以上公用常規(guī)燃煤機(jī)組中占比達(dá)91%，平均調(diào)峰深度為34%。國信揚(yáng)州第二發(fā)電有限公司4號機(jī)組深度調(diào)峰改造完成后，江蘇電網(wǎng)燃煤發(fā)電機(jī)組深度調(diào)峰能力達(dá)到1005.15萬千瓦。江蘇省對煤電機(jī)組靈活性改造的主要技術(shù)要求包括，降低最低技術(shù)出力、一次調(diào)頻、AGC能力等。改造后一般純凝機(jī)組最小技術(shù)出力須達(dá)額定容量的30%～35%，熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組最小出力可達(dá)額定容量的40%～50%。目前，全省基本實現(xiàn)了煤電機(jī)組靈活性改造中降低最小技術(shù)出力的目標(biāo)，全省60萬千瓦以上機(jī)組全部完成深度調(diào)峰能力改造，其機(jī)組最小技術(shù)出力均達(dá)到30%Pe(額定功率)，部分機(jī)組已達(dá)20%Pe(未認(rèn)證)。目前江蘇省煤電機(jī)組靈活性改造采用的技術(shù)方案主要有鍋爐低負(fù)荷穩(wěn)燃技術(shù)、寬負(fù)荷脫硝技術(shù)和提高負(fù)荷響應(yīng)速率協(xié)調(diào)優(yōu)化控制技術(shù)。其中，鍋爐低負(fù)荷穩(wěn)燃技術(shù)主要對鍋爐原有燃燒器、微油助燃等進(jìn)行改造；寬負(fù)荷脫硝技術(shù)采用省煤器水側(cè)旁路改造方案較為廣泛；提高負(fù)荷響應(yīng)速率協(xié)調(diào)優(yōu)化控制技術(shù)主要采用自動發(fā)電控制(automatic generation control，AGC)協(xié)調(diào)系統(tǒng)優(yōu)化控制技術(shù)。根據(jù)現(xiàn)行的《江蘇電力并網(wǎng)運(yùn)行管理實施細(xì)則》和《江蘇電力輔助服務(wù)管理實施細(xì)則》，目前江蘇省電力輔助服務(wù)的補(bǔ)償費(fèi)按照機(jī)組調(diào)峰深度分為三檔(第一檔低于40%Pe，第二檔低于35%Pe，第三檔低于30%Pe)，并規(guī)定輔助服務(wù)費(fèi)第一檔最高600元/兆瓦時，第二檔及以上最高1000元/兆瓦時，采用市場競價模式確定實際執(zhí)行價格。在對煤電企業(yè)實際調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，由于參與深調(diào)輔助服務(wù)費(fèi)總體不多，競價中，大多企業(yè)一開始以選擇默認(rèn)報價、被動調(diào)用調(diào)峰負(fù)荷的策略參與深調(diào)服務(wù)。隨著電網(wǎng)中光伏、風(fēng)電等新能源企業(yè)增多，新能源發(fā)電容量增加，電網(wǎng)需要的輔助服務(wù)越來越多。據(jù)統(tǒng)計，2019年-2021年電網(wǎng)中煤電企業(yè)獲得的輔助服務(wù)補(bǔ)償費(fèi)占江蘇省統(tǒng)調(diào)發(fā)電企業(yè)得到的輔助服務(wù)補(bǔ)償費(fèi)的比重由82.7%增至87%，而分?jǐn)傎M(fèi)用的比重由69.1%逐漸下降至53.3%。2019年-2021年間，電網(wǎng)與煤電企業(yè)結(jié)算金額從是統(tǒng)調(diào)發(fā)電企業(yè)總結(jié)算金額的1.57倍增長至3.21倍，相應(yīng)的新能源企業(yè)這三年支付的分?jǐn)傎M(fèi)用分別為1094.59萬元、23176.57萬元和37274.46萬元，分?jǐn)傎M(fèi)用逐年提高?？梢娊K省現(xiàn)行的、向煤電企業(yè)傾斜的電力輔助補(bǔ)償機(jī)制確實使煤電企業(yè)參與電網(wǎng)調(diào)峰的收入逐步增加，也使煤電企業(yè)參與統(tǒng)調(diào)的積極性得到一定提高。1.在頂層規(guī)劃和政策引導(dǎo)下，通過先點(diǎn)后面、統(tǒng)一部署、協(xié)同推進(jìn)煤電靈活性改造，在相對較短的時間內(nèi)全面、迅速圓滿地完成了全省統(tǒng)調(diào)燃煤機(jī)組深度調(diào)峰的任務(wù)，根據(jù)《關(guān)于進(jìn)一步提升江蘇電網(wǎng)火電機(jī)組靈活性的技術(shù)指導(dǎo)意見》的要求，煤電機(jī)組已基本達(dá)到30%～40%的最小技術(shù)出力要求。2.根據(jù)調(diào)研來看，燃煤機(jī)組基本實現(xiàn)了無助燃措施下40%額定功率的深度調(diào)峰運(yùn)行。部分機(jī)組達(dá)到了20%的最小技術(shù)出力，如國家能源集團(tuán)江蘇泰州公司2號機(jī)組(1000兆瓦)。3.全省統(tǒng)調(diào)燃煤機(jī)組全部實現(xiàn)了AGC和一次調(diào)頻功能且試驗合格，為應(yīng)對電網(wǎng)發(fā)生嚴(yán)重故障而導(dǎo)致的負(fù)荷沖擊和電網(wǎng)超低頻率等狀況做好了充分的技術(shù)準(zhǔn)備。4.調(diào)研的機(jī)組全部實現(xiàn)了深度調(diào)峰下的環(huán)保達(dá)標(biāo)排放運(yùn)行。江蘇作為全國先進(jìn)省份，對當(dāng)?shù)孛弘娖髽I(yè)提出了更高的環(huán)保要求，調(diào)研的機(jī)組均可滿足環(huán)保達(dá)標(biāo)排放運(yùn)行。通過走訪煤電企業(yè)，我們了解到，煤電機(jī)組參與深度調(diào)峰的意愿受到經(jīng)濟(jì)效益的影響很大，機(jī)組深調(diào)使企業(yè)的安全生產(chǎn)、環(huán)保排放、節(jié)能減排等方面面臨一定的挑戰(zhàn)，在當(dāng)前行業(yè)發(fā)展政策、市場機(jī)制、生產(chǎn)技術(shù)和運(yùn)營成本等方面都存在難點(diǎn)，但核心是收益機(jī)制不健全，難以獲得相應(yīng)的調(diào)峰效益。電力交易市場不健全，市場定價尚未形成，體制約束有待破解。目前的補(bǔ)償機(jī)制尚不能完全彌補(bǔ)因技改投入的成本和調(diào)峰運(yùn)營成本，項目收益存在不確定性。由于改造成本與補(bǔ)償收益不匹配，靈活性改造的積極性未能得到激發(fā)。煤電靈活性改造單位千瓦調(diào)峰容量成本約在500～1500元，再加上改造后增加的運(yùn)維成本、煤耗成本、頻繁啟停成本等，煤電企業(yè)還承受煤價高位、電價讓利的雙面夾擊，現(xiàn)行的電力市場輔助服務(wù)機(jī)制和調(diào)峰調(diào)度方案尚不能保證電廠取得合理收益，因此煤電企業(yè)改造的積極性普遍不高。南北電網(wǎng)負(fù)荷差異導(dǎo)致調(diào)用補(bǔ)償費(fèi)用和分?jǐn)傎M(fèi)用不匹配，現(xiàn)行服務(wù)機(jī)制未建立容量機(jī)制。由于江蘇南北區(qū)域電網(wǎng)差異，蘇北電廠負(fù)荷率較低，深調(diào)次數(shù)遠(yuǎn)超蘇南電廠，也導(dǎo)致深調(diào)收益上存在長期的不對等。參與調(diào)峰對燃煤機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行和安全生產(chǎn)將帶來負(fù)面影響。一些靈活性改造后的燃煤機(jī)組存在不同程度的鍋爐低負(fù)荷穩(wěn)燃和水動力循環(huán)安全隱患增加、長期低負(fù)荷和快速變負(fù)荷時控制系統(tǒng)靈活性降低、設(shè)備運(yùn)行周期和壽命加速衰減等技術(shù)安全問題。部分發(fā)電廠在機(jī)組深度調(diào)峰運(yùn)行管理上還暴露出一些薄弱環(huán)節(jié)，如：機(jī)組負(fù)荷與煤質(zhì)匹配利用方面；部分供熱機(jī)組的供熱負(fù)荷不能與電負(fù)荷解耦；機(jī)組頻繁啟停調(diào)峰和深度調(diào)峰給機(jī)組運(yùn)行帶來安全風(fēng)險，主要是：鍋爐部分，受熱面泄漏、低負(fù)荷燃燒不穩(wěn)等；汽機(jī)部分，無輔汽啟動安全性差、輔汽壓力不足等。煤電機(jī)組深度調(diào)峰還面臨很多看不見的風(fēng)險，如目前對調(diào)峰導(dǎo)致的關(guān)鍵設(shè)備與部件壽命損耗缺乏有效的監(jiān)測手段。煤電機(jī)組參與調(diào)峰實際運(yùn)行工況偏離設(shè)計工況較大，將導(dǎo)致廠用電率升高、鍋爐效率較低、汽輪機(jī)熱耗增加，供電煤耗明顯增加，尤其是進(jìn)入深度調(diào)峰區(qū)間后，供電煤耗增速進(jìn)一步加快。“十四五”期間，江蘇省煤電機(jī)組將處于轉(zhuǎn)型階段，更深程度的靈活性改造是未來煤電改造的核心任務(wù)，本文重點(diǎn)從商業(yè)模式、時空分布和市場機(jī)制等方面探討煤電深改策略。目前江蘇省煤電機(jī)組靈活性改造主要集中于控制與輔機(jī)系統(tǒng)等投資較小的領(lǐng)域，以邊運(yùn)行邊調(diào)整的方式挖掘機(jī)組內(nèi)在潛力，典型的改造方式包括低負(fù)荷下的機(jī)爐協(xié)調(diào)控制、汽輪機(jī)旁路改造等，均為輕度改造模式。考慮到靈活性市場的不確定性和投資能力受限，通過較少量的投資，降低自身輔助服務(wù)費(fèi)用分?jǐn)?，一般由企業(yè)自籌自改。未來煤電機(jī)組將轉(zhuǎn)向更深負(fù)荷的靈活性改造，這往往是系統(tǒng)性的工程，涉及主機(jī)的多個部分，通過大規(guī)模的投資改造，顯著提高調(diào)節(jié)能力。典型的改造方式包括低壓缸切除、增加蓄熱儲能功能等。為降低企業(yè)投資風(fēng)險，取得合理收益，建議探索引進(jìn)第三方投資機(jī)構(gòu)的模式，如能源合同管理模式。在市場的激勵下，第三方投資機(jī)構(gòu)進(jìn)入煤電靈活性改造領(lǐng)域，以取得最高調(diào)峰補(bǔ)償為目標(biāo)，在足夠的調(diào)峰缺口下，通過儲能參與電網(wǎng)調(diào)峰，獲得顯著的收益，從而對沖高投資帶來的風(fēng)險。江蘇省南北區(qū)域經(jīng)濟(jì)、產(chǎn)業(yè)發(fā)展的差異導(dǎo)致了電力供應(yīng)和用電負(fù)荷不同，蘇北地區(qū)新能源發(fā)展條件較好，用電負(fù)荷低，而蘇南地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展快，電力需求負(fù)荷高。煤電作為電力保供的重要電源，建議下階段深度調(diào)峰、靈活性改造以60~100萬千瓦大型機(jī)組為主，重點(diǎn)集中在蘇州、無錫等蘇南地區(qū)，逐步拓展到蘇北地市。近期靈活性改造機(jī)制措施保障主要包括兩點(diǎn)，一是完善中長期合同市場，建立合同電量偏差調(diào)整及考核機(jī)制，做好發(fā)電出力預(yù)測或需求預(yù)測，引導(dǎo)發(fā)電廠和用戶簽訂雙邊交易合同；二是完善輔助服務(wù)補(bǔ)償機(jī)制，按照“補(bǔ)償成本、合理收益”的基本原則，對參與電力系統(tǒng)深度調(diào)峰的機(jī)組進(jìn)行有效補(bǔ)償，鼓勵需求側(cè)管理、儲能參與提供輔助服務(wù)，引導(dǎo)更多靈活性舉措?yún)⑴c其中。中遠(yuǎn)期靈活性改造機(jī)制措施保障主要包括三點(diǎn)，一是可考慮建立多級市場和結(jié)算體系，實現(xiàn)中長期實物合同約定交易曲線，建立分時段的現(xiàn)貨市場，以有效降低實時階段系統(tǒng)的調(diào)節(jié)偏差以及靈活性資源的需求；二是建立競爭性輔助服務(wù)市場，進(jìn)一步細(xì)化輔助服務(wù)類型，促進(jìn)靈活性資源依據(jù)自身的特性參與到不同類型的輔助服務(wù)中；三是進(jìn)一步放開零售市場，通過分時電價套餐等方式引導(dǎo)用戶用電，發(fā)揮零售市場中用戶在提高系統(tǒng)靈活性方面的潛力，在峰時段和谷時段釋放更多的靈活性資源。（一）因地制宜分類施策，有序推進(jìn)煤電超低負(fù)荷調(diào)峰改造隨著煤電機(jī)組向更深負(fù)荷的靈活性改造的需要，建議江蘇省應(yīng)全面統(tǒng)籌區(qū)域、行業(yè)、企業(yè)差異，根據(jù)當(dāng)?shù)啬茉唇Y(jié)構(gòu)、電力供需狀況、新能源發(fā)展與替代潛力等條件，與當(dāng)?shù)氐碾娏Πl(fā)展規(guī)劃相匹配，科學(xué)預(yù)測調(diào)峰需求的容量，有序引導(dǎo)煤電超低負(fù)荷調(diào)峰改造，保證電廠收益。（二）完善輔助服務(wù)市場，保障煤電企業(yè)合理收益“煤電機(jī)組的改造，永遠(yuǎn)是通過經(jīng)濟(jì)杠桿來撬動的”，現(xiàn)行的電力輔助服務(wù)市場難以確保煤電企業(yè)在參與調(diào)峰時獲得合理的收益，綜合考慮南北區(qū)域電網(wǎng)負(fù)荷差異，優(yōu)化和完善輔助服務(wù)補(bǔ)償機(jī)制，加快落實電力容量補(bǔ)償機(jī)制，提高容量投資或備用發(fā)電容量的經(jīng)濟(jì)性。（三）優(yōu)化調(diào)峰資源，保障電力系統(tǒng)安全平穩(wěn)運(yùn)行在現(xiàn)有調(diào)峰補(bǔ)償機(jī)制下，盡可能合理安排靈活性資源和調(diào)峰時長，優(yōu)化調(diào)峰資源，保障電力系統(tǒng)安全平穩(wěn)運(yùn)行。如安排具備深調(diào)能力的機(jī)組實行超低負(fù)荷(如30%Pe)運(yùn)行、部分機(jī)組正常負(fù)荷運(yùn)行、部分機(jī)組停機(jī)消缺或檢修，保證參與調(diào)峰電廠的合理收益和回報，也保證非停機(jī)組的及時處理，保證電網(wǎng)的安全平穩(wěn)運(yùn)行。注：原文載自《中國工程咨詢》2024年第5期，本次發(fā)表有改動。文中圖片來源于網(wǎng)絡(luò)，版權(quán)歸原作者所有。
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