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超超临界发电技术进入新阶段

时间:[2017-03-27 ] 信息来源:中国电力报
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  “当前,超超临界发电技术已经进入到更加注重自主创新、更加智能优化控制、更加清洁低碳环保的新阶段。”在近日由中国动力工程学会、华能山东发电有限公司、中国电力科技网联合举办的第十届超超临界机组技术交流年会上,中国动力工程学会常务副秘书长朱月祥表示。

  2006年11月,华能玉环电厂1号百万千瓦机组的投运,标志着我国百万千瓦超超临界工程设计、制造、建设技术的重大突破。十年来,燃煤发电技术不断创新,达到世界领先水平。百万千瓦级超超临界机组、超低排放燃煤发电技术广泛应用;60万千瓦级、百万千瓦级超超临界二次再热机组和世界首台60万千瓦级超临界循环流化床机组投入商业运行。与早期设计的百万千瓦超超临界机组相比,最新设计的百万千瓦二次再热超超临界机组供电效率提高3.59%,供电煤耗下降22.6克/千瓦时。

  “现在我国煤电超临界/超超临界机组无论容量、参数、效率、煤耗均达到世界领先水平,成为世界上具有超超临界机组数量最多、蒸汽参数最高和供电煤耗最低的国家,超低排放改造技术达到世界先进水平。循环流化床发电机组也向着超临界和超超临界参数发展。”中国电力科技网CEO魏毓璞向《中国电力报》记者表示。在他看来,随着能源转型升级的快速推进,煤电行业的发展现在面临着许多问题,形势严峻,机遇和挑战并存。

  加大攻关力度强化自主创新

  “超超临界发电技术的发展从采用引进技术设计到自主设计,再到完全自主设计,经历了设计国产化、工艺国产化、生产国产化、调试国产化的过程。”哈尔滨锅炉厂有限公司锅炉设计开发处副处长夏良伟在上述会议上表示。

  “加大攻关力度,强化自主创新”在《电力发展“十三五”规划(2016~2020年)》中也有重要章节。《电力发展“十三五”规划(2016~2020年)》强调,应用推广一批相对成熟、有市场需求的新技术,尽快实现产业化。试验示范一批有一定积累,但尚未实现规模化生产的适用技术,进一步验证技术路线和经济性。集中攻关一批前景广阔但核心技术受限的关键技术。鼓励企业增加研发投入,积极参与自主创新。

  “进入二十一世纪以后,国内主机厂虽然均从国外引进了先进的超临界、超超临界技术,但由于引进的技术源头较多,各主机厂及研究院所研究力量和资源比较分散等原因,对于超超临界汽轮机,仅解决了叶片、紧固件等小型关键部件的国产化问题。”哈尔滨汽轮机厂有限责任公司研究院材料技术研究所副所长彭建强在上述会议上谈道,“对于高温转子用高Cr转子锻件,虽然国内主机厂和重机厂在联合开发,但是进展缓慢,至今高参数超超临界汽轮机用高Cr转子仍以进口为主。”

  记者注意到,“进一步提高电站辅机制造水平,推进关键配套设备国产化”在《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014~2020年)》被列为重点内容。

  “目前,已经投入商业运行机组的最高进汽温度已经达到620摄氏度。国内外正在开展蒸汽温度达700摄氏度及以上等级的超超临界机组的研发工作。然而对于630~650摄氏度等级的超超临界机组,国内外研究的相对较少。这主要是因为没有合适的高温材料。”山特维克国际贸易(上海)有限公司煤电技术经理毕艳艳在接受记者采访时表示,高温材料是高参数机组的基础。只有具备高温性能优异的电站材料,才能制造出高参数的发电设备。

  在“十三五”期间,对于超超临界发电技术的国产化问题,《电力发展“十三五”规划(2016~2020年)》明确强调,要全面掌握拥有自主知识产权的超超临界机组设计、制造技术;以高温材料为重点,加快攻关700摄氏度超超临界发电技术;研究开展中间参数等级示范,实现发电效率突破50%,推进自主产权的60万千瓦级超超临界CFB发电技术示范。

  智能电厂技术是未来发展方向

  “智能电厂技术是未来十年火电厂发展方向。”全国电力行业热工自动化技术委员会秘书长陈世和在上述会议上讲道。据陈世和介绍,中国现代火电厂控制发展经历了以DCS系统应用(1985~2000)为特征的自动化、现场总线+SIS应用(2000~2015)为特征的数字化到目前正在进行的CPS+智能控制推广(2015~)为特征的智能化三个阶段。

  记者注意到,《电力发展“十三五”规划(2016~2020年)》着重强调:“发展智能发电技术,开展发电过程智能化检测、控制技术研究与智能仪表控制系统装备研发,攻关高效燃煤发电机组、大型风力发电机组、重型燃气机组、核电机组等领域先进运行控制技术与示范应用。”

  目前火电厂运行面临的煤质多变、气候多变、负荷多变、煤价多变的“四变”,对超超临界发电机组的控制技术提出新的要求。陈世和认为,在这种情况下,机组的主要参数要能控制得更加准确、稳定,适应长期运行在中低负荷的情况,同时,更好地满足超低排放的要求,实现智能在线优化技术。

  陈世和多次在全国专业技术论坛和各大发电集团作“智能电厂技术”专题报告,并牵头编写出版全国首部《智能电厂技术发展纲要》。在陈世和及众多专家看来,智能电厂是指在广泛采用现代数字信息处理和通信技术基础上,集成智能的传感与执行、控制和管理等技术,达到更安全、高效、环保运行,与智能电网相互协调的发电厂。

  “推进‘互联网+智慧能源’发展。探索建设多能源互补、分布式协调、开放共享的能源互联网,构建清洁低碳、高效安全的现代能源体系。”前不久发布的《“十三五”国家信息化规划》也对智能发展有明确要求,其中尤其强调:“推动信息技术与制造、能源、材料、生物等技术融合渗透,催生新技术,打造新业态。”

  “智能电厂是数字化电厂的延伸与发展,它给我们呈现的格局是,横向打通不同专业、不同区域、不同时段的界限,纵向打通各层级设备界限、控制与管理的界限,能灵活、高效地满足用户的需求,达到技术与管理的完美融合。”本届会议主席、国务院参事室特约研究员、国家发展改革委原能源局局长徐锭明在会上表示。在徐锭明看来,构建现代能源体系,要格外重视运用互联网时代信息和数据这些重要的资源。

  碳排放问题正式摆上议事日程

  《“十三五”控制温室气体排放工作方案》指出:到2020年,单位国内生产总值二氧化碳排放比2015年下降18%,碳排放总量得到有效控制。全国碳排放权交易市场启动运行;到2020年,能源消费总量控制在50亿吨标准煤以内。方案尤其提出大型发电集团单位供电二氧化碳排放控制在550克/千瓦时以内。

  “申能安徽平山二期扩建项目‘汽轮发电机组分轴高低位布置’设计,是当前可以实现的最低碳排放的煤电技术。”第十届超超临界机组技术交流年会会议主席、清华大学教授毛健雄在谈到煤电如何应对减排二氧化碳挑战之路时特别指出。据毛健雄教授介绍,作为国家电力示范工程的“汽轮发电机组分轴高低位布置二次再热”技术,是把尽可能提高蒸汽温度、二次再热技术、最大限度地减少热力学损失完整结合,从而在现有材料许可的条件下,可以达到低于美国煤电二氧化碳排放标准的技术。

  “混合燃烧在许多国家都是完成二氧化碳减排最经济的技术措施,益处包括利用本地资源发电、减少烟气处理量以及资源的高效利用,并且上述优势可以在非常低的技术风险下得以实现。”中国电力工程顾问集团有限公司副总工程师龙辉在谈及碳排放的问题时提出。

  龙辉在会上提出,我国南方大部分机组以超(超超)临界机组为主,可以进行以降低碳排放为目标,降低碳税为核心的技术改造,可组织大型燃煤锅炉混烧生物质进行碳减排示范。

  “混烧时生物质在大型煤粉炉(包括超超临界煤粉炉)中掺烧的比例可达10~20%。对循环流化床锅炉,生物质混烧的比例可在0~100%之间,更加灵活。”据毛健雄教授介绍,全世界现在共有150多套煤与生物质混烧发电的实例,其中100套在欧盟国家,他们具有最丰富的生物质混烧发电的经验,40多套在美国,其余在澳大利亚。

  记者注意到,“加快燃煤与生物质耦合发电关键技术研发与应用”也被《“十三五”电力规划》列为重要内容。同时规划还强调积极发展新型煤基发电技术,突破常规煤电效率瓶颈。

  “火电厂采用CCS应对二氧化碳减排现在还具有很大的不确定性。”魏毓璞能够认为。他建议,至2050年,燃煤火电厂走向二氧化碳接近零排放(超过90%的二氧化碳排放降低率)的目标可以通过采用近期、中期和长期的技术途径来实现,即尽可能提高效率,同时采用生物质混烧,直至将煤电的二氧化碳的减排率提到超过50%以上,在此基础上,在CCS技术达到可用时,实现煤电二氧化碳减排率超过90%的长期目标。