火电厂不用关停了!熔盐储能技术可助力燃煤电厂实现深度调峰和机组延寿
发布者:admin | 来源:山西常晟新能源科技 | 0评论 | 10416查看 | 2021-06-16 16:45:32    

伴随着双碳目标的政策推进,中国作为世界上最大煤炭消费国,是实现全球能源转型、可持续发展的关键。到2020年,中国的煤电装机总量将达到11亿千瓦,超过所有其他国家的总和。并且,中国的大多数燃煤电厂是在过去的十年中投产运行的。因此,与美国和欧盟等地区的陈旧设施相比,中国的现役煤电厂还有很长的使用寿命。但是,为了实现人类共同的气候目标,我们需要对全球所有——包括中国在内的——燃煤电厂进行迅速的淘汰和深度减排。世界范围内,燃煤电厂几十年的平均寿命也将成为历史。


图1燃煤电厂光伏风电储能绿色发展路径(图片来自DLR)


煤电相关行业组织提议,在“十四五”能源规划(2021–2025年)以及2035年基础建设规划中,提高中国的煤电装机上限。国网能源研究院隶属于国有电力公用事业企业中国国家电网公司,预计到2030年,中国可能需要12亿千瓦的煤电装机,以维持电网的稳定。中国电力企业联合会是代表中国电力企业的行业协会,建议煤电装机在2030年达到13亿千瓦的峰值。隶属中国能源建设集团的电力规划设计总院,则认为煤电装机到2035年要达到14亿千瓦才能满足电力需求。燃煤电厂如何能够从灰色走向蓝色最终实现绿色发展,本文根据三个阶段进行探讨燃煤电厂未来之路。


图2燃煤电厂走向绿色发展的三个阶段(摘自网络)


基于燃煤机组的现实发展,目前还处在灰色一维时代,以机组本身为中心,以实现脱硫脱硝超低排放为目标,随着近几年绿色可再生能源,特别是风电光伏装机比例加大后,基于生态文明建设需要,降低弃风弃光比例的要求。燃煤机组开始悄然改变中,需要拿出浑身解数,利用自身的调节能力,开展电源调峰。目前我国在运煤电机组一般最小出力为45~60%,冬季供热期仅能低至65~85%。纯凝机组灵活性提升主要取决于锅炉燃烧稳定性以及汽轮机和主要辅机的适应性。目前国内推动试点示范项目通过灵活性改造,最小技术出力可低至30%~35%额定容量,部分机组可以低至20%~25%。热电联产机组灵活性提升路线主要包括:大规模熔盐储能调峰技术,热水蓄热调峰技术,固体电蓄热锅炉调峰技术,电极锅炉调峰技术,切除低压缸技术,余热回收供热技术,主、再蒸汽减温减压供热技术等。改造后,热电联产机组最小技术出力达到40%~50%额定容量,部分“热电解耦”改造最小技术出力可进一步降低。改造后,机组能够达到现阶段环保要求。煤电机组灵活性改造在经济上具有较好优势。


图3燃煤发电厂的20个子系统


目前灵活性改造单位千瓦调峰容量成本约在500元~1500元之间,远低于抽水蓄能、独立储能电站等其它调节手段。由于煤电机组在低负荷运行时,煤耗增加、能效下降,在积极消纳风、光、核发电量后,综合供电煤耗下降、社会整体能效和环保水平提升。另外,机组在低负荷运行时,更大规模的百万千瓦、60万千瓦的超(超)临界机组比60万、30万千瓦亚临界机组能效下降更明显,应优先考虑30万千瓦及以下、部分60万千瓦亚临界机组进行灵活性改造,并对于此部分机组考虑延长寿命,满足未来新能源为主体的电力系统调峰供热需要,整体综合经济效益和社会效益更好。


随着碳达峰碳中和的目标实施,燃煤机组也被无情的推入蓝色二维新时代,更需要内生动力跨界应用,特别是思维改变的新业态,重构燃煤机组的定位,增加大规模熔盐储能技术,从自身的基础负荷转变为辅助负荷的革命转变。响应习总书记新时代能源四个革命,一个合作的指导思想,落实满足构建新能源为主体的新型电力体系,实现燃煤电厂的转型升级高质量发展,维护新型燃煤电厂的新业态长期生存发展需要,以电力供给侧与工业消费侧融合创新发展。逐步打造新型燃煤电厂的发展需要,通过采用大规模熔盐储能调峰技术,十四五到2030年碳达峰前,首先实现非供暖季以深度调峰满足新能源发展为目标,融合风、光、储、煤一体化融合发展,以大规模熔盐储能技术为中心的多能互补利用,先迈出一大步,实现非供暖季新型燃煤电厂去煤化,以新能源调峰电源为主的绿色发展目标,为进入全面绿色发展阶段做好充分的准备。基于未来新增的燃煤机组主要以调峰供热电源形式为主,当下必须要认真思考新上燃煤机组的规模大小应该禁止再上高参数大机组,而是应该从未来远期考虑,重点以30-60万千瓦亚临界机组为主,才能满足未来火电深度调峰超低负荷运行综合经济性考虑。避免延续过去的高参数大机组惯性思维,而是综合考虑未来燃煤机组的生存属性,以灵活深调融入到大比例新能源为主的新型电力体系中,发挥燃煤机组内生新动力,跨界新应用的坚强支撑力量。


火电厂不用关停了,与新能源共舞内生动力跨界应用 2021年6月5日1908.png

图4燃煤电厂熔盐储能多能互补初级阶段(图片转自中南电力设计院)


畅想碳达峰后的燃煤电厂,如何从延长寿命阶段到永续长期与新能源为主体的电力系统中共存。势必跨进绿色三维时代,在通过非供暖季去煤化后的发展时期后,完全进入新型燃煤电厂的无煤化再电气化时代,通过构建强大的储能体系,实现以新型燃煤电厂为基础的数字新能源应用平台。燃煤电厂再电气化是指在传统电气化的基础上,充分利用新能源、新材料和信息技术,进一步拓展电能的利用范围和规模,新型燃煤电厂完全替代煤炭等终端化石能源消费,推动全社会电气化水平再度跃升,并促进清洁能源大规模开发利用,最终实现以清洁能源为主导、以电为中心的高度电气化社会的过程。再电气化根植于燃煤电厂加速清洁低碳转型、积极应对气候变化的进程之中,与以往传统工业化时期的电气化进程有本质区别。清洁低碳电气化,从能源生产环节来看,传统电气化主要依靠煤炭、天然气等化石能源发电来保障电力供应,而再电气化则伴随着风能、太阳能等新能源的大规模开发和利用,体现为清洁能源对化石能源的替代和发电能源占一次能源消费比重的提升。新型燃煤再电气化工厂,是以现有电厂为基础,通过绿色转型升级发展的变化,逐步成为以新能源储能为主的新型源网荷储一体化中心,属于未来创新性可再生能源数字互联网中心,为实现燃煤电厂自身永续生存的发展路径,完全脱胎换骨为无煤化的综合能源服务中心。未来新型燃煤电厂基于大规模熔盐储能应用,采用光热、光伏、风电、热泵+X等多能互补技术,实现冷、热、电三联供的综合能源服务中心。


图5燃煤电厂大规模熔盐储能绿色再电气化新阶段


熔盐储能技术来源于成熟的光热发电应用领域,我司通过技术创新、产业融合、产业链整合,开展设计适用于燃煤电厂深度调峰、工业蒸汽供热、清洁供暖领域新技术应用,满足工业园区绿色制造低碳发展需要。储能是支撑新型电力系统的重要技术和基础装备,对推动能源绿色转型、应对极端事件、保障能源安全、促进能源高质量发展、实现碳达峰碳中和具有重要意义。熔盐储能技术蒸汽系统主要由熔盐材料、熔盐储罐、熔盐泵、电加热器、换热器、除氧器、控制系统和各种水泵以及管道阀门等组成。熔盐储能系统采用冷热熔盐双罐设计,根据不同的运行模式,通过改变熔融盐的流向,来决定系统是储热还是放热。


燃煤电厂的加速绿色升级转型,需要充分利用好现价段新能源高速增长的发展时期,充分利用好风电光伏新增储能比例的政策机遇,充分利用好电力辅助服务市场及电力现货交易的政策转变期,实现新业态内生动力和跨界应用,从电源供应商逐步向多能互补到再电气化的方向发展。燃煤电厂一路能够伴随着新能源的快速发展,从电力体系的主导者逐步转变为辅助者,到未来的服务者的不同时代角色转变。大规模熔盐储能技术充分发挥自身的高安全、大容量、低成本、易回收诸多优势,助力燃煤电厂从灰色踏入蓝色,奔向绿色新业态发展提供规模化储能支撑,共同为燃煤电厂实现深度调峰和机组延寿贡献力量。


山西常晟新能源科技充分利用在光热发电领域大规模熔盐储能技术优势,通过内生动力和跨界应用的创新思维,在原有熔盐核心材料生产制造优势基础上,联合国内外熔盐储能技术专家团队,开发具有独立自主知识产权的新型熔盐储能技术优势,攻克熔盐储能技术的化盐、防凝、储存诸多技术难题,采用增设新型熔盐储能化盐系统、防凝、储存技术等多重创新优化,实现熔盐储能技术在燃煤机组深度调峰,工业蒸汽应用领域的核心优势。


注:本文由山西常晟新能源科技王工(13810518839)供稿,愿携手大家一起推动燃煤电厂的深度调峰与机组延寿的项目合作推动。

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