江蘇省煤電機組靈活性改造現(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組的靈活性改造，截至2022年8月底，全省燃煤機組平均調(diào)峰深度達到34%，總調(diào)峰能力達到1005萬千瓦。已完成改造的煤電機組在調(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)峰激勵機制、服務(wù)補償機制等不健全，以及調(diào)峰運行可能對機組的安全運行、節(jié)能減排和運行成本造成影響等，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年可再生的風電和太陽能發(fā)電總裝機容量將達到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)行煤電容量電價機制，自該日起現(xiàn)行的煤電單一電量電價機制將調(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)型保駕護航，確保電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。目前煤電依然是江蘇省的主力電源，為滿足和保障經(jīng)濟社會發(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。2023年初，合計總裝機規(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，江蘇省電源總裝機規(guī)模將達到1.46億千瓦，其中煤電裝機規(guī)模為8400萬千瓦。2016年江蘇電網(wǎng)啟動煤電機組深度調(diào)峰試點工作，2017年起開始組織實施燃煤機組靈活性改造。根據(jù)《關(guān)于進一步提升江蘇電網(wǎng)火電機組靈活性的技術(shù)指導意見》(電調(diào)〔2020〕15號)要求，2022年底全部煤電機組需滿足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)燃煤機組中占比達91%，平均調(diào)峰深度為34%。國信揚州第二發(fā)電有限公司4號機組深度調(diào)峰改造完成后，江蘇電網(wǎng)燃煤發(fā)電機組深度調(diào)峰能力達到1005.15萬千瓦。江蘇省對煤電機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。改造后一般純凝機組最小技術(shù)出力須達額定容量的30%～35%，熱電聯(lián)產(chǎn)機組最小出力可達額定容量的40%～50%。目前，全省基本實現(xiàn)了煤電機組靈活性改造中降低最小技術(shù)出力的目標，全省60萬千瓦以上機組全部完成深度調(diào)峰能力改造，其機組最小技術(shù)出力均達到30%Pe(額定功率)，部分機組已達20%Pe(未認證)。目前江蘇省煤電機組靈活性改造采用的技術(shù)方案主要有鍋爐低負荷穩(wěn)燃技術(shù)、寬負荷脫硝技術(shù)和提高負荷響應(yīng)速率協(xié)調(diào)優(yōu)化控制技術(shù)。其中，鍋爐低負荷穩(wěn)燃技術(shù)主要對鍋爐原有燃燒器、微油助燃等進行改造；寬負荷脫硝技術(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)運行管理實施細則》和《江蘇電力輔助服務(wù)管理實施細則》，目前江蘇省電力輔助服務(wù)的補償費按照機組調(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)費總體不多，競價中，大多企業(yè)一開始以選擇默認報價、被動調(diào)用調(diào)峰負荷的策略參與深調(diào)服務(wù)。隨著電網(wǎng)中光伏、風電等新能源企業(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)補償費占江蘇省統(tǒng)調(diào)發(fā)電企業(yè)得到的輔助服務(wù)補償費的比重由82.7%增至87%，而分攤費用的比重由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)這三年支付的分攤費用分別為1094.59萬元、23176.57萬元和37274.46萬元，分攤費用逐年提高?？梢娊K省現(xiàn)行的、向煤電企業(yè)傾斜的電力輔助補償機制確實使煤電企業(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)劃和政策引導下，通過先點后面、統(tǒng)一部署、協(xié)同推進煤電靈活性改造，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)燃煤機組深度調(diào)峰的任務(wù)，根據(jù)《關(guān)于進一步提升江蘇電網(wǎng)火電機組靈活性的技術(shù)指導意見》的要求，煤電機組已基本達到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)峰運行。部分機組達到了20%的最小技術(shù)出力，如國家能源集團江蘇泰州公司2號機組(1000兆瓦)。3.全省統(tǒng)調(diào)燃煤機組全部實現(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)生嚴重故障而導致的負荷沖擊和電網(wǎng)超低頻率等狀況做好了充分的技術(shù)準備。4.調(diào)研的機組全部實現(xiàn)了深度調(diào)峰下的環(huán)保達標排放運行。江蘇作為全國先進省份，對當?shù)孛弘娖髽I(yè)提出了更高的環(huán)保要求，調(diào)研的機組均可滿足環(huán)保達標排放運行。通過走訪煤電企業(yè)，我們了解到，煤電機組參與深度調(diào)峰的意愿受到經(jīng)濟效益的影響很大，機組深調(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)，在當前行業(yè)發(fā)展政策、市場機制、生產(chǎn)技術(shù)和運營成本等方面都存在難點，但核心是收益機制不健全，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。目前的補償機制尚不能完全彌補因技改投入的成本和調(diào)峰運營成本，項目收益存在不確定性。由于改造成本與補償收益不匹配，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)負荷差異導致調(diào)用補償費用和分攤費用不匹配，現(xiàn)行服務(wù)機制未建立容量機制。由于江蘇南北區(qū)域電網(wǎng)差異，蘇北電廠負荷率較低，深調(diào)次數(shù)遠超蘇南電廠，也導致深調(diào)收益上存在長期的不對等。參與調(diào)峰對燃煤機組的穩(wěn)定運行和安全生產(chǎn)將帶來負面影響。一些靈活性改造后的燃煤機組存在不同程度的鍋爐低負荷穩(wěn)燃和水動力循環(huán)安全隱患增加、長期低負荷和快速變負荷時控制系統(tǒng)靈活性降低、設(shè)備運行周期和壽命加速衰減等技術(shù)安全問題。部分發(fā)電廠在機組深度調(diào)峰運行管理上還暴露出一些薄弱環(huán)節(jié)，如：機組負荷與煤質(zhì)匹配利用方面；部分供熱機組的供熱負荷不能與電負荷解耦；機組頻繁啟停調(diào)峰和深度調(diào)峰給機組運行帶來安全風險，主要是：鍋爐部分，受熱面泄漏、低負荷燃燒不穩(wěn)等；汽機部分，無輔汽啟動安全性差、輔汽壓力不足等。煤電機組深度調(diào)峰還面臨很多看不見的風險，如目前對調(diào)峰導致的關(guān)鍵設(shè)備與部件壽命損耗缺乏有效的監(jiān)測手段。煤電機組參與調(diào)峰實際運行工況偏離設(shè)計工況較大，將導致廠用電率升高、鍋爐效率較低、汽輪機熱耗增加，供電煤耗明顯增加，尤其是進入深度調(diào)峰區(qū)間后，供電煤耗增速進一步加快。“十四五”期間，江蘇省煤電機組將處于轉(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)，本文重點從商業(yè)模式、時空分布和市場機制等方面探討煤電深改策略。目前江蘇省煤電機組靈活性改造主要集中于控制與輔機系統(tǒng)等投資較小的領(lǐng)域，以邊運行邊調(diào)整的方式挖掘機組內(nèi)在潛力，典型的改造方式包括低負荷下的機爐協(xié)調(diào)控制、汽輪機旁路改造等，均為輕度改造模式?？紤]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)費用分攤，一般由企業(yè)自籌自改。未來煤電機組將轉(zhuǎn)向更深負荷的靈活性改造，這往往是系統(tǒng)性的工程，涉及主機的多個部分，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)投資風險，取得合理收益，建議探索引進第三方投資機構(gòu)的模式，如能源合同管理模式。在市場的激勵下，第三方投資機構(gòu)進入煤電靈活性改造領(lǐng)域，以取得最高調(diào)峰補償為目標，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險。江蘇省南北區(qū)域經(jīng)濟、產(chǎn)業(yè)發(fā)展的差異導致了電力供應(yīng)和用電負荷不同，蘇北地區(qū)新能源發(fā)展條件較好，用電負荷低，而蘇南地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展快，電力需求負荷高。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60~100萬千瓦大型機組為主，重點集中在蘇州、無錫等蘇南地區(qū)，逐步拓展到蘇北地市。近期靈活性改造機制措施保障主要包括兩點，一是完善中長期合同市場，建立合同電量偏差調(diào)整及考核機制，做好發(fā)電出力預(yù)測或需求預(yù)測，引導發(fā)電廠和用戶簽訂雙邊交易合同；二是完善輔助服務(wù)補償機制，按照“補償成本、合理收益”的基本原則，對參與電力系統(tǒng)深度調(diào)峰的機組進行有效補償，鼓勵需求側(cè)管理、儲能參與提供輔助服務(wù)，引導更多靈活性舉措?yún)⑴c其中。中遠期靈活性改造機制措施保障主要包括三點，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，進一步細化輔助服務(wù)類型，促進靈活性資源依據(jù)自身的特性參與到不同類型的輔助服務(wù)中；三是進一步放開零售市場，通過分時電價套餐等方式引導用戶用電，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，有序推進煤電超低負荷調(diào)峰改造隨著煤電機組向更深負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?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?shù)氐碾娏Πl(fā)展規(guī)劃相匹配，科學預(yù)測調(diào)峰需求的容量，有序引導煤電超低負荷調(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“煤電機組的改造，永遠是通過經(jīng)濟杠桿來撬動的”，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)負荷差異，優(yōu)化和完善輔助服務(wù)補償機制，加快落實電力容量補償機制，提高容量投資或備用發(fā)電容量的經(jīng)濟性。（三）優(yōu)化調(diào)峰資源，保障電力系統(tǒng)安全平穩(wěn)運行在現(xiàn)有調(diào)峰補償機制下，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)運行。如安排具備深調(diào)能力的機組實行超低負荷(如30%Pe)運行、部分機組正常負荷運行、部分機組停機消缺或檢修，保證參與調(diào)峰電廠的合理收益和回報，也保證非停機組的及時處理，保證電網(wǎng)的安全平穩(wěn)運行。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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