關(guān)于加快發(fā)展超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組的建議

趙春生， 羅建超， 王 婧

（1.華能北京熱電有限責(zé)任公司， 北京 100023； 2.華北電力大學(xué)， 北京 102206）

0 引言

使用燃煤進(jìn)行發(fā)電是我國能源結(jié)構(gòu)的主要組成部分，大容量高參數(shù)先進(jìn)超超臨界（A-USC）發(fā)電技術(shù)是煤炭高效清潔利用的重要方向，能夠有效降低發(fā)電成本、減少污染物排放[1-3]。 近年來，國內(nèi)外針對(duì)A-USC 發(fā)電技術(shù)進(jìn)行了多項(xiàng)基礎(chǔ)理論、實(shí)驗(yàn)和工程實(shí)踐研究。目前我國投運(yùn)的USC 機(jī)組蒸汽參數(shù)采用25～27MPa、600℃等級(jí)，正在持續(xù)研究35MPa、700℃等級(jí)及以上A-USC 發(fā)電機(jī)組[4，5]。700℃USC 發(fā)電技術(shù)是600℃的下一代技術(shù)，供電效率可達(dá)到50%左右，煤耗可再降低20～30g/kW·h[6-9]。

1 國內(nèi)外USC 燃煤發(fā)電機(jī)組的發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 我國USC 燃煤發(fā)電機(jī)組的現(xiàn)狀

由于目前700℃耐高溫鎳基合金材料還未成熟，我國正大力發(fā)展600℃的USC 一次/二次再熱機(jī)組。 我國目前已投入運(yùn)行94 臺(tái)600℃、1000MW USC 機(jī)組，首批自主研制的二次再熱超超臨界機(jī)組已經(jīng)成功投運(yùn)， 運(yùn)行結(jié)果表明機(jī)組節(jié)能減排的優(yōu)勢(shì)明顯。

與歐洲、美國、日本等國相比，我國700℃的USC 發(fā)電技術(shù)研發(fā)起步較晚，但進(jìn)展很快，目前處于并跑階段?！笆濉逼陂g針對(duì)700℃USC 發(fā)電技術(shù)開展了基礎(chǔ)性研究，比如，2010 年能源局成立了700℃發(fā)電產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，聯(lián)合國內(nèi)科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)對(duì)700℃超超臨界燃煤發(fā)電技術(shù)進(jìn)行研究；2011 年“863”項(xiàng)目“700℃超超臨界燃煤發(fā)電技術(shù)關(guān)鍵設(shè)備研發(fā)及應(yīng)用示范”啟動(dòng)，項(xiàng)目進(jìn)行了總體設(shè)計(jì)、關(guān)鍵材料研究及關(guān)鍵設(shè)備及平臺(tái)的研究等；2016 年華能南京熱電廠建成了700℃關(guān)鍵部件的試驗(yàn)平臺(tái)，正在對(duì)高溫?zé)岵考M(jìn)行長時(shí)間驗(yàn)證試驗(yàn)， 試驗(yàn)平臺(tái)已通過168 小時(shí)的試運(yùn)行[10]。 在主機(jī)方案研究方面，中國電力工程顧問集團(tuán)公司組織相關(guān)單位開展了700 ℃USC 的總體技術(shù)方案研究。 我國700℃USC 燃煤發(fā)電技術(shù)研究開發(fā)工作已取得一定成果。

700℃USC 發(fā)電技術(shù)發(fā)展的主要難點(diǎn)在于先進(jìn)高溫材料的研發(fā)與蒸汽溫度提高上[11，12]，還有因?yàn)闄C(jī)組參數(shù)提高帶來的相關(guān)技術(shù)問題， 比如700℃發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)優(yōu)化、700℃鍋爐技術(shù)、 700℃汽輪機(jī)技術(shù)、輔機(jī)技術(shù)的開發(fā)以及關(guān)鍵部件的實(shí)爐驗(yàn)證等[13，14]。

1.2 國外USC 燃煤發(fā)電機(jī)組的現(xiàn)狀

歐洲、 美國和日本較早啟動(dòng)了700℃以上A-USC 發(fā)電技術(shù)研究計(jì)劃，經(jīng)過多年的發(fā)展，取得了不同程度的進(jìn)展。 歐洲最早于1998 年啟動(dòng)，目前已基本完成相關(guān)材料的研發(fā)，正進(jìn)行高溫部件的驗(yàn)證試驗(yàn)[13]；美國于2001 年啟動(dòng)，蒸汽參數(shù)比較高，達(dá)到38.5MPa/760℃/760℃，美國的開發(fā)主要集中在新材料的研發(fā)；2008 年日本啟動(dòng) “先進(jìn)的超超臨界壓力發(fā)電”項(xiàng)目研究計(jì)劃，雖然起步較晚，但在高溫材料研發(fā)方面已取得突破性進(jìn)展[15-18]。主要發(fā)達(dá)國家A-USC 發(fā)電技術(shù)的研究都致力于材料的研究， 鍋爐、汽輪機(jī)、輔機(jī)等的設(shè)計(jì)與制造以及熱力系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)等。

2 我國USC 燃煤發(fā)電機(jī)組發(fā)展遇到的問題

經(jīng)過多年努力，我國USC 燃煤發(fā)電機(jī)組水平得到了很大提高， 我國700℃技術(shù)的發(fā)展與國外幾乎是同步的。目前遇到的主要問題有： 一是600℃USC 機(jī)組在變負(fù)荷情況下機(jī)組適應(yīng)能力較差，需進(jìn)一步加強(qiáng)系統(tǒng)優(yōu)化。我國已投運(yùn)的USC 機(jī)組尤其是二次再熱機(jī)組存在變負(fù)荷情況下適應(yīng)能力不強(qiáng)的問題， 機(jī)組只是在額定工況下熱效率達(dá)到設(shè)計(jì)值、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性能好，但部分負(fù)荷下機(jī)組經(jīng)濟(jì)性明顯下降[6]。這是因?yàn)槲覈济喊l(fā)電不僅煤質(zhì)多變且承擔(dān)電力系統(tǒng)調(diào)峰等責(zé)任， 造成部分負(fù)荷下機(jī)組經(jīng)濟(jì)性明顯下降。 因此USC 燃煤發(fā)電機(jī)組二次再熱機(jī)組的系統(tǒng)配置等方面還有很大的提升空間， 需要進(jìn)行更進(jìn)一步的節(jié)能優(yōu)化研究， 使機(jī)組適應(yīng)負(fù)荷變化的情況下仍然能保證較好的經(jīng)濟(jì)性和調(diào)峰能力；二是700℃等級(jí)發(fā)電技術(shù)有待進(jìn)一步加強(qiáng)技術(shù)攻關(guān)。700℃USC 發(fā)電技術(shù)還有待進(jìn)一步突破，在材料研發(fā)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造技術(shù)和系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)還有待改進(jìn)和提高[11，12]。700℃機(jī)組系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化的目標(biāo)是在提高機(jī)組發(fā)電效率的同時(shí)盡量降低機(jī)組技術(shù)難度，尤其要降低材料上的難度和機(jī)組建設(shè)成本[19]。 700℃USC 發(fā)電技術(shù)還需要解決大型鑄鍛件和高溫管道依賴進(jìn)口、機(jī)組熱力系統(tǒng)有待優(yōu)化等問題。 目前雖然取得了一定進(jìn)展，但正處于關(guān)鍵攻關(guān)期，需要國家投入更大的力量支持。

3 進(jìn)一步推進(jìn)我國USC 燃煤發(fā)電機(jī)組發(fā)展的措施建議

一是加強(qiáng)超USC 燃煤發(fā)電機(jī)組的系統(tǒng)優(yōu)化研究。 基于現(xiàn)有的機(jī)組運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)， 分析實(shí)際工況， 以提高600/700℃USC 機(jī)組效率和靈活性為研目標(biāo)，圍繞機(jī)組全工況過程耦合匹配機(jī)理、整體優(yōu)化設(shè)計(jì)等關(guān)鍵問題，開展600/700℃高效超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組熱力系統(tǒng)優(yōu)化研究。

二是加強(qiáng)USC 燃煤發(fā)電機(jī)組與可再生能源的耦合，促進(jìn)多能互補(bǔ)。 我國近年來積極支持發(fā)展可再生能源，USC 燃煤發(fā)電機(jī)組存在變負(fù)荷適應(yīng)能力不強(qiáng)的問題，與可再生能源的靈活性特點(diǎn)可以互相耦合彌補(bǔ)。 因此建議加大USC 燃煤發(fā)電機(jī)組與可再生能源的耦合發(fā)展，發(fā)展風(fēng)電、太陽能、地?zé)崮?、生物質(zhì)能和海洋能等可再生能源與燃煤機(jī)組的耦合研究，建立多能互補(bǔ)的網(wǎng)絡(luò)，從而提高機(jī)組調(diào)峰、調(diào)頻的靈活性。

三是加快A-USC 燃煤發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)關(guān)鍵共性技術(shù)研發(fā)。組織國內(nèi)優(yōu)勢(shì)科研院所、大專院校、制造企業(yè)、用戶企業(yè)聯(lián)合攻克USC 燃煤發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)關(guān)鍵共性技術(shù)。 推動(dòng)創(chuàng)新能力、研發(fā)設(shè)計(jì)能力、制造能力、產(chǎn)品配套能力建設(shè)。 加大對(duì)USC 燃煤發(fā)電機(jī)組基礎(chǔ)性的共性關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)，探索建立集研發(fā)、工程應(yīng)用與技術(shù)服務(wù)于一體的AUSC 創(chuàng)新中心和制造業(yè)服務(wù)創(chuàng)新體系。

4 結(jié)論

A-USC 燃煤發(fā)電技術(shù)是煤炭高效清潔利用的重要途徑。 當(dāng)前是我國自主研發(fā)700℃USC 燃煤發(fā)電技術(shù)的關(guān)鍵時(shí)期，但該技術(shù)研究難度大，是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。建議國家進(jìn)一步加大支持力度，加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)協(xié)同，加強(qiáng)共性關(guān)鍵技術(shù)突破， 加強(qiáng)600℃等級(jí)機(jī)組的系統(tǒng)優(yōu)化研究，促進(jìn)USC 燃煤發(fā)電機(jī)組與可再生能源的耦合發(fā)展，促進(jìn)多能互補(bǔ)， 研發(fā)我國自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的A-USC 發(fā)電機(jī)組，提高我國超超臨界機(jī)組的設(shè)計(jì)、制造能力，形成系統(tǒng)集成能力和產(chǎn)業(yè)集群，為我國電力的可發(fā)展做出貢獻(xiàn)。