深挖節能減排技術創新力 促煤電高質量低碳發展
煤電發展將迎新一輪“蛻變”
中國電力報 鄒春蕾 馮義軍
“‘誠信、守法、益眾、爭先’，岱電發電歷時4年，攻克多項技術難題，成功實現2、1號機組“跨代”升級改造，并順利完成性能考核試驗。‘俯身、善思、創新、進取’，以此為契機，適時召開技術改造交流會，分享成果，為挖掘我國大量亞臨界機組節能減排潛力提供借鑒，保護綠水青山，實現經濟發展與環境保護共贏，意義重大。”日前，一場行業大佬云集的亞臨界機組“跨代”升級暨節能減排改造經驗交流會在內蒙古岱海順利召開，會議主辦方中國電力科技網主任魏毓璞以京能電力岱海發電機組綜合升級改造為案例，對“后煤電時代”背景下煤電行業的優化升級之路展開論述。
近日，中電聯發布《中國電力行業年度發展報告2020》顯示：截至2019年底，全國達到超低排放限值的煤電機組約8.9億千瓦，約占全國煤電總裝機容量86%。今年是“十三五”收官之年，“十四五”即將起航，如何繼續穩妥推進煤電環保升級改造深度攻堅？“后煤電時代”來臨，煤電行業如何實現低碳高質量發展？面對這些問題，煤電行業正在尋找屬于自己的答案。
煤電機組改造升級闖出新路
6月15日，京能電力岱海發電公司四號機組綜改后首次并網一次成功，標志著岱海發電四號機組綜改取得初步勝利。至此，京能電力岱海發電公司投資歷時4年的機組綜合升級改造工程畫上圓滿句號。
該煤電機組綜合升級改造被業內譽為“創新巨作”——投資近30億元，歷時4年，攻克多項技術難題，在國內首次成功實施將亞臨界濕冷機組“跨代”改造為高溫亞臨界空冷機組。
據悉，岱海發電位于素有“塞外天池”美譽的內蒙古烏蘭察布市涼城縣岱海湖畔。近年來，由于降水量減少、地方水資源過度開發，岱海湖流域生態退化嚴重，黨和國家領導人先后就岱海湖保護工作做出重要批示。為深入踐行“綠水青山就是金山銀山”發展理念，岱海發電毅然決然做出4臺機組不再使用岱海湖水的莊嚴承諾，并自我加壓按照國家最新節能減排要求進行進一步改造升級。為解決“工業節水”與“機組節能”這一天然矛盾體，岱海發電經過仔細研究、反復論證，最終確定了亞臨界機組“跨代”升級改造這一路線，將亞臨界濕冷機組“跨代”改造為高溫亞臨界空冷機組。
“這次改造，是國內首例濕冷改空冷機組改造，也是國內首次實施亞臨界汽輪機‘跨代’升級改造，還是全國第一次將亞臨界西屋機型汽輪機改造為西門子機型的生動實踐，涉及鍋爐、汽機、熱控、環保等多個系統，改造工作范圍大、工序工藝復雜，工程難度不亞于新建一座電廠。”岱海發電總經理王六虎在上述技術交流會上介紹道。
“岱海升級改造項目的成功實施，為傳統亞臨界火電機組改造升級闖出了一條新路。”京能電力安全生產部部長李前宇表示，面對競爭日益激烈的電力供應市場，以及日趨嚴格的環保排放要求，當前存量巨大的亞臨界機組不同程度地面臨燃料、環保成本高企，社會用電量增長緩慢的雙重壓力。“增強節能減排創新力，突破傳統亞臨界機組煤耗瓶頸，釋放企業更大發展活力，將讓煤電在持續健康高質量發展之路上走得更穩、更快、更高效。”
煤電發展重點在“低碳”
聚焦亞臨界火電機組提效改造，是煤電行業面臨高質量發展需求，在處理存量和增量、處理技術和經濟等多重挑戰時做出的必然選擇。
自2014年三部委印發《煤電節能減排升級與改造行動計劃（2014-2020年）》，要求打造高效清潔可持續發展的煤電產業“升級版”以來，經過五年的時間，我國煤電產業進入清潔高效“快車道”，已建成世界上規模最大的清潔煤電體系。但目前，在約10.44億千瓦的全國煤炭裝機總量中，仍有14%的煤電機組未達到超低排放。
“‘十四五’期間，除了對部分落后機組進行淘汰關停外，對其余約1.3億千瓦煤電機組開展超低排放深度攻堅將是重中之重。”清華大學教授毛健雄認為，“十四五”期間，為應對氣候變化的挑戰，煤電將向低碳、高質量方向轉型升級，主要包括：繼續關閉淘汰約1億千瓦的落后低效機組；進一步大幅度提高現有超臨界機組的效率，示范更先進的超超臨界技術；對約3.5億千瓦的亞臨界機組升級改造，使之達到超/超超臨界的煤耗水平；生物質與煤混燒直至燃煤電廠的生物質轉換等。
“根據《煤電節能減排升級與改造行動計劃（2014~2020 年）要求，全國新建燃煤發電機組平均供電煤耗低于300克/千瓦時，到2020年，現役燃煤發電機組改造后平均供電煤耗低于310克/千瓦時。這意味著火電機組面臨著緊迫的節能壓力。” 北京巴布科爾·威爾科克斯有限公司電站技術服務分公司技術總監侯丙軍表示，“對現有機組進行節能提效改造，提高機組效率，是降低供電煤耗、降低燃煤大氣污染物排放總量、實現環境和經濟雙贏的有效途徑和根本出路，也必將是中國火電機組的發展方向。”
“下一步煤電主要工作是降碳，以高參數大容量機組代替亞臨界機組、大型燃煤鍋爐生物質耦合燃燒、100萬千瓦超超臨界機組區域供熱、節能改造與火電靈活性改造將是‘十四五’的主線。”魏毓璞進一步表示，要推動創新發展，在現有超超臨界技術的基礎上進一步提高質量，發展更高效率、更低煤耗、更低排放、更加低碳、更加靈活、更加智慧的超超臨界技術。
以科技創新提升“內功”
“世界能源領域正呈現多元化、清潔化、低碳化轉型發展趨勢。我國以煤為主的能源資源稟賦決定了未來一定時期煤電仍是我國電力安全可靠供應的基石，煤電要積極‘轉變角色’，由傳統提供電力、電量的主體性電源，向提供可靠電力、調峰調頻能力的基礎性電源轉變。”電力規劃設計總院原院長、全國工程勘察設計大師謝秋野表示，“十四五”期間，煤電應以科技創新和技術進步為動力，進一步提升“內功”，推動煤電技術向高效、清潔、靈活、低碳和智能方向發展。
在未來技術“菜單”中，包括610~620攝氏度二次再熱先進高效超超臨界煤電技術、清潔高效熱電聯產技術、IGFC等前瞻性融合創新技術在內的高效發電技術，滿足系統對寬負荷運行需求的靈活發電技術，清潔燃煤發電技術及燃煤耦合發電、碳捕集等低碳發電技術有望得到突破，推動煤電行業迎來新一輪“蛻變”。
“隨著環保排放標準進一步發展，我國燃煤火電機組污染物控制將由面控制向點控制發展。”華電電力科學研究院有限公司副總工程師兼鍋爐及環化技術部主任朱躍，在對國內主要電力集團的超低排放技術與工程應用情況進行分析后如此預測。他認為，我國煤炭資源中高硫煤占比約達30%，還有大量的高堿煤，下一步應進一步研發低熱值煤、高堿煤、高硫無煙煤等特殊煤種的綜合利用技術，并在常規大氣污染物控制的基礎上，進一步推動煤電廢氣、廢液、固廢、重金屬等非常規污染物的全面深度控制。
“大數據與人工智能將為煤電機組節能減排提供新‘引擎’。”東南大學能源與環境學院副院長司風琪則指出，當前人工智能、大數據分析等技術已深度參與煤電機組節能減排。如，通過大數據處理技術利用實時運行數據，建立技改策略特性模型，評估技改效果，對機組進行預警診斷，為機組靈活性改造和調度提供豐富的運行經驗和優化指導等。
未來，大數據、人工智能、5G、物聯網、“互聯網＋”等現代信息技術將與電力工業深度融合，將引發傳統電力行業形態、生產模式、經營模式的重大變革。在此背景下，人工智能等新興技術的快速發展將推動火電機組節能減排技術不斷落地應用，而火電行業技術的復雜性和需求的多樣性也反過來持續推進智能化技術的發展。
技術醞釀無限可能，未來值得期待。正如魏毓璞所言：“百年電力史，烙下無數創業者堅實步伐，翹首另一幕創新巨作震撼上演。”
