更加注重自主創(chuàng)新 更加智能優(yōu)化控制 更加清潔低碳環(huán)保

超超臨界發(fā)電技術進入新階段

“當前，超超臨界發(fā)電技術已經進入到更加注重自主創(chuàng)新、更加智能優(yōu)化控制、更加清潔低碳環(huán)保的新階段。”在近日由中國動力工程學會、華能山東發(fā)電有限公司、中國電力科技網聯(lián)合舉辦的第十屆超超臨界機組技術交流年會上，中國動力工程學會常務副秘書長朱月祥表示。

2006年11月，華能玉環(huán)電廠1號百萬千瓦機組的投運，標志著我國百萬千瓦超超臨界工程設計、制造、建設技術的重大突破。十年來，燃煤發(fā)電技術不斷創(chuàng)新，達到世界領先水平。百萬千瓦級超超臨界機組、超低排放燃煤發(fā)電技術廣泛應用；60萬千瓦級、百萬千瓦級超超臨界二次再熱機組和世界首臺60萬千瓦級超臨界循環(huán)流化床機組投入商業(yè)運行。與早期設計的百萬千瓦超超臨界機組相比，最新設計的百萬千瓦二次再熱超超臨界機組供電效率提高3.59%，供電煤耗下降22.6克/千瓦時。

“現(xiàn)在我國煤電超臨界/超超臨界機組無論容量、參數(shù)、效率、煤耗均達到世界領先水平，成為世界上具有超超臨界機組數(shù)量最多、蒸汽參數(shù)最高和供電煤耗最低的國家，超低排放改造技術達到世界先進水平。循環(huán)流化床發(fā)電機組也向著超臨界和超超臨界參數(shù)發(fā)展。”中國電力科技網CEO魏毓璞向《中國電力報》記者表示。在他看來，隨著能源轉型升級的快速推進，煤電行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)在面臨著許多問題，形勢嚴峻，機遇和挑戰(zhàn)并存。

加大攻關力度強化自主創(chuàng)新

“超超臨界發(fā)電技術的發(fā)展從采用引進技術設計到自主設計，再到完全自主設計，經歷了設計國產化、工藝國產化、生產國產化、調試國產化的過程。”哈爾濱鍋爐廠有限公司鍋爐設計開發(fā)處副處長夏良偉在上述會議上表示。

“加大攻關力度，強化自主創(chuàng)新”在《電力發(fā)展“十三五”規(guī)劃（2016~2020年）》中也有重要章節(jié)?！峨娏Πl(fā)展“十三五”規(guī)劃（2016~2020年）》強調，應用推廣一批相對成熟、有市場需求的新技術，盡快實現(xiàn)產業(yè)化。試驗示范一批有一定積累，但尚未實現(xiàn)規(guī)?；a的適用技術，進一步驗證技術路線和經濟性。集中攻關一批前景廣闊但核心技術受限的關鍵技術。鼓勵企業(yè)增加研發(fā)投入，積極參與自主創(chuàng)新。

“進入二十一世紀以后，國內主機廠雖然均從國外引進了先進的超臨界、超超臨界技術，但由于引進的技術源頭較多，各主機廠及研究院所研究力量和資源比較分散等原因，對于超超臨界汽輪機，僅解決了葉片、緊固件等小型關鍵部件的國產化問題。”哈爾濱汽輪機廠有限責任公司研究院材料技術研究所副所長彭建強在上述會議上談道，“對于高溫轉子用高Cr轉子鍛件，雖然國內主機廠和重機廠在聯(lián)合開發(fā)，但是進展緩慢，至今高參數(shù)超超臨界汽輪機用高Cr轉子仍以進口為主。”

記者注意到，“進一步提高電站輔機制造水平，推進關鍵配套設備國產化”在《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃（2014~2020年）》被列為重點內容。

“目前，已經投入商業(yè)運行機組的最高進汽溫度已經達到620攝氏度。國內外正在開展蒸汽溫度達700攝氏度及以上等級的超超臨界機組的研發(fā)工作。然而對于630~650攝氏度等級的超超臨界機組，國內外研究的相對較少。這主要是因為沒有合適的高溫材料。”山特維克國際貿易（上海）有限公司煤電技術經理畢艷艷在接受記者采訪時表示，高溫材料是高參數(shù)機組的基礎。只有具備高溫性能優(yōu)異的電站材料，才能制造出高參數(shù)的發(fā)電設備。

在“十三五”期間，對于超超臨界發(fā)電技術的國產化問題，《電力發(fā)展“十三五”規(guī)劃（2016~2020年）》明確強調，要全面掌握擁有自主知識產權的超超臨界機組設計、制造技術；以高溫材料為重點，加快攻關700攝氏度超超臨界發(fā)電技術；研究開展中間參數(shù)等級示范，實現(xiàn)發(fā)電效率突破50%，推進自主產權的60萬千瓦級超超臨界CFB發(fā)電技術示范。

智能電廠技術是未來發(fā)展方向

“智能電廠技術是未來十年火電廠發(fā)展方向。”全國電力行業(yè)熱工自動化技術委員會秘書長陳世和在上述會議上講道。據陳世和介紹，中國現(xiàn)代火電廠控制發(fā)展經歷了以DCS系統(tǒng)應用（1985~2000）為特征的自動化、現(xiàn)場總線+SIS應用（2000~2015）為特征的數(shù)字化到目前正在進行的CPS+智能控制推廣（2015~）為特征的智能化三個階段。

記者注意到，《電力發(fā)展“十三五”規(guī)劃（2016~2020年）》著重強調：“發(fā)展智能發(fā)電技術，開展發(fā)電過程智能化檢測、控制技術研究與智能儀表控制系統(tǒng)裝備研發(fā)，攻關高效燃煤發(fā)電機組、大型風力發(fā)電機組、重型燃氣機組、核電機組等領域先進運行控制技術與示范應用。”

目前火電廠運行面臨的煤質多變、氣候多變、負荷多變、煤價多變的“四變”，對超超臨界發(fā)電機組的控制技術提出新的要求。陳世和認為，在這種情況下，機組的主要參數(shù)要能控制得更加準確、穩(wěn)定，適應長期運行在中低負荷的情況，同時，更好地滿足超低排放的要求，實現(xiàn)智能在線優(yōu)化技術。

陳世和多次在全國專業(yè)技術論壇和各大發(fā)電集團作“智能電廠技術”專題報告，并牽頭編寫出版全國首部《智能電廠技術發(fā)展綱要》。在陳世和及眾多專家看來，智能電廠是指在廣泛采用現(xiàn)代數(shù)字信息處理和通信技術基礎上，集成智能的傳感與執(zhí)行、控制和管理等技術，達到更安全、高效、環(huán)保運行，與智能電網相互協(xié)調的發(fā)電廠。

“推進‘互聯(lián)網+智慧能源’發(fā)展。探索建設多能源互補、分布式協(xié)調、開放共享的能源互聯(lián)網，構建清潔低碳、高效安全的現(xiàn)代能源體系。”前不久發(fā)布的《“十三五”國家信息化規(guī)劃》也對智能發(fā)展有明確要求，其中尤其強調：“推動信息技術與制造、能源、材料、生物等技術融合滲透，催生新技術，打造新業(yè)態(tài)。”

“智能電廠是數(shù)字化電廠的延伸與發(fā)展，它給我們呈現(xiàn)的格局是，橫向打通不同專業(yè)、不同區(qū)域、不同時段的界限，縱向打通各層級設備界限、控制與管理的界限，能靈活、高效地滿足用戶的需求，達到技術與管理的完美融合。”本屆會議主席、國務院參事室特約研究員、國家發(fā)展改革委原能源局局長徐錠明在會上表示。在徐錠明看來，構建現(xiàn)代能源體系，要格外重視運用互聯(lián)網時代信息和數(shù)據這些重要的資源。

碳排放問題正式擺上議事日程

《“十三五”控制溫室氣體排放工作方案》指出:到2020年，單位國內生產總值二氧化碳排放比2015年下降18%，碳排放總量得到有效控制。全國碳排放權交易市場啟動運行；到2020年，能源消費總量控制在50億噸標準煤以內。方案尤其提出大型發(fā)電集團單位供電二氧化碳排放控制在550克/千瓦時以內。

“申能安徽平山二期擴建項目‘汽輪發(fā)電機組分軸高低位布置’設計，是當前可以實現(xiàn)的最低碳排放的煤電技術。”第十屆超超臨界機組技術交流年會會議主席、清華大學教授毛健雄在談到煤電如何應對減排二氧化碳挑戰(zhàn)之路時特別指出。據毛健雄教授介紹，作為國家電力示范工程的“汽輪發(fā)電機組分軸高低位布置二次再熱”技術，是把盡可能提高蒸汽溫度、二次再熱技術、最大限度地減少熱力學損失完整結合，從而在現(xiàn)有材料許可的條件下，可以達到低于美國煤電二氧化碳排放標準的技術。

“混合燃燒在許多國家都是完成二氧化碳減排最經濟的技術措施，益處包括利用本地資源發(fā)電、減少煙氣處理量以及資源的高效利用，并且上述優(yōu)勢可以在非常低的技術風險下得以實現(xiàn)。”中國電力工程顧問集團有限公司副總工程師龍輝在談及碳排放的問題時提出。

龍輝在會上提出，我國南方大部分機組以超（超超）臨界機組為主，可以進行以降低碳排放為目標，降低碳稅為核心的技術改造，可組織大型燃煤鍋爐混燒生物質進行碳減排示范。

“混燒時生物質在大型煤粉爐（包括超超臨界煤粉爐）中摻燒的比例可達10~20％。對循環(huán)流化床鍋爐，生物質混燒的比例可在0~100%之間，更加靈活。”據毛健雄教授介紹，全世界現(xiàn)在共有150多套煤與生物質混燒發(fā)電的實例，其中100套在歐盟國家，他們具有最豐富的生物質混燒發(fā)電的經驗，40多套在美國，其余在澳大利亞。

記者注意到，“加快燃煤與生物質耦合發(fā)電關鍵技術研發(fā)與應用”也被《“十三五”電力規(guī)劃》列為重要內容。同時規(guī)劃還強調積極發(fā)展新型煤基發(fā)電技術，突破常規(guī)煤電效率瓶頸。

“火電廠采用CCS應對二氧化碳減排現(xiàn)在還具有很大的不確定性。”魏毓璞能夠認為。他建議，至2050年，燃煤火電廠走向二氧化碳接近零排放（超過90%的二氧化碳排放降低率）的目標可以通過采用近期、中期和長期的技術途徑來實現(xiàn)，即盡可能提高效率，同時采用生物質混燒，直至將煤電的二氧化碳的減排率提到超過50%以上，在此基礎上，在CCS技術達到可用時，實現(xiàn)煤電二氧化碳減排率超過90%的長期目標。