燃煤发电机组改造技术再迎世界级重大创新。
6月12日，一场能源行业盛会在中国科技会堂拉开序幕。中国工程院院士黄其励、倪维斗、刘吉臻、秦玉琨等行业泰斗，原国家能源部能源总工程师秦中一、中国能源研究会副理事长陈进行、吴吟等重量级专家，中国电力规划设计总院原副院长孙锐等技术大拿齐聚一堂，对“亚临界机组600摄氏度升温改造关键技术”研究与应用成果进行评审。经过认真的质询、交流和讨论后，与会专家们最终达成一致意见：“亚临界机组600摄氏度升温改造技术”为世界首创，具有自主知识产权。其为我国亚临界机组高效、灵活性改造提供了一种可行的技术路径，具有显著的经济社会效益和良好的推广应用前景。建议加强与国内研发和装备制造企业的合作，尽快推广应用。至此，一项具有里程碑意义的煤电科技创新成果问世，将为全球煤电行业向高质量低碳方向转型提供可行的技术解决方案。
自主创新成果令人瞩目
“由于该项技术极具突破性，将燃煤亚临界机组的性能提升到超超临界水平，并具有极好的超低负荷性能，打破了业界的‘常识’，改造后其获得的运行结果更是令人惊叹，因此评审会上专家们的质询和讨论非常认真和激烈。这样的评审会是不多见的。”作为此次评审会的亲历者，清华大学教授毛健雄在接受本报记者采访时感慨道。
能在激烈的争议声中获得统一，达成共识，恰恰印证了该项技术所具有创新性与突破性。
据了解，亚临界燃煤机组600摄氏度升温改造技术是由上海申能电力科技有限公司开发的专利技术，其特点是在保持汽轮机进口压力（16.7兆帕）不变的条件下，把汽机进口汽温从537摄氏度提升至600摄氏度。在此基础上，再结合一系列申能科技的配套专用创新技术，对机组和热力系统进行改造，从而实现显著提升机组热效率，提高亚临界机组的调峰调频灵活性能力。
2017年，华润电力慧眼识金，率先与申能电力科技合作，对徐州电厂3号亚临界机组开展600摄氏度升温综合改造，于2019年8月10日通过168小时试运后投产。经第三方测试，该亚临界机组采用600摄氏度升温改造后，取得了明显成效：改造后机组在额定工况下供电煤耗下降到290克/千瓦时以下，比改造前降低35克/千瓦时。机组低负荷性能得到显著提升，在保持超低排放的工况下，机组最低稳定运行负荷能力达到19%，可实现20%~100%的大范围调峰。
“对该技术的第三方测试由国内外三个单位承担，分别按照国内标准和国际标准进行，这也表明各项运行数据经得住检验。”上海申能电力科技有限公司总经理冯伟忠透露，徐州电厂3号亚临界机组高温综合改造为煤电行业树立了“新标杆”，对亚临界机组升级改造这一世界性难题的解答提供了可参考样本。
整体来看，该系列技术具有以下三个方面特点。一是把亚临界机组的效率和煤耗提升到超超临界水平。徐州电厂3号机组于2012年实施汽轮机高中压缸通流改造，2017年实测额定负荷下的供电效率为38.63%，进行升温改造后提高到了43.56%。改造前实测额定负荷下的供电煤耗是318克/千瓦时，改造后这一数据为282克/千瓦时。改造后的两项数据已经达到甚至超过一次再热超超临界机组的较先进水平。
二是大大提升了亚临界机组的低负荷稳燃和调峰调频性能。徐州电厂3号亚临界机组排放达标的稳燃负荷调节范围从改造前的100%~55%提升至改造后的100%~19%，提前11年实现了国家能源局和科技部提出的煤电灵活性负荷调节能力达到100%~20%的目标，实现了在超低负荷下稳定燃烧，高效发电，超低排放。
三是高性价比。徐州电厂“亚临界机组600摄氏度升温”改造工程总投资约3.5亿元，折算单位投资约为1100元/千瓦，其投资成本仅为新建一台超超临界机组的1/3。另按实际节能35克/千瓦时计算，7年可回收静态投资。“在机组煤耗达到超超临界水平后，其年发电量计划显著上升，加上电网对调峰调频的奖励，实际效益可能更好。同时，改造后机组核心高温部件和材料均得到更新升级，具备大幅延长使用寿命的条件，可以为社会和电厂创造出更多的效益。”冯伟忠介绍道。
为煤电低碳高质量发展指明方向
亚临界燃煤机组600摄氏度升温改造技术问世，折射出更深层的意义在于——为煤电的低碳高质量发展指明了方向。
立足能源安全，总装机容量超过10亿千瓦的煤电是中国电力的“压舱石”，其作用不可替代。同时，人类对应对气候变化的需求，又对煤电的高效、清洁和低碳提出了更高要求。毛健雄表示，未来一段时期，煤电面临向高质量低碳转型发展的挑战，包括：应对气候变化的“低碳发展”；应对更高质量环境要求的“清洁发展”；应对可再生能源电力的需求，可安全、稳定、高效、低排放地适应负荷和电网频率的“灵活性发展”。
煤电向高质量低碳发展并非中国独家诉求，近日，美国能源部宣布拟投入8100万美元，支持未来先进燃煤电厂概念的设计开发和系统集成设计研究。其中，重点研究方向就是开发适用于未来能源系统的灵活小型先进燃煤电厂，以寻求安全、稳定、可靠的近零排放电力。
毛健雄认为，目前，亚临界机组在全球现役煤电机组中的占比最高，中国现有亚临界机组的总装机容量约3.5亿千瓦、合940余台，约占全国燃煤机组总量的三分之一。煤电高质量发展的重点应该首先放在对这些现役亚临界机组的升级改造。
“燃煤火电的特点是负荷越低，燃烧越不稳定，效率越低，煤耗越高，排放越差。但华润徐州电厂3号亚临界机组升温综合改造实际运行结果显示，即使在50%负荷时，该机组的供电效率仍可达到40.36%，供电煤耗可达304.3克/千瓦时。其在19%的超低负荷时，各项污染物的排放值仍然保持在极低的超低排放水平。”毛健雄分析认为，随着新能源发电比例逐年增加，大规模间歇性不稳定新能源电力并网消纳，所引发的电网区域频率稳定性控制问题日益突出。而“亚临界机组600摄氏度升温改造”系列创新技术所具有的高效、低排放、灵活调节特性，对于有效解决这些问题意义重大。以此为前提，煤电已不是可再生能源电力的竞争者，反而成为支持者，将加速推动可再生能源电力的发展。
行业呼吁亚临界机组改造入“十四五”规划
实际上，有关政府管理部门早在6年前就开始思考亚临界机组何去何从的问题。2014年9月，国家发展改革委、原环保部、国家能源局三部委联合印发 《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014-2020年）》，其中明确要求对亚临界机组实施综合节能改造：“因厂制宜采用汽轮机通流部分改造、锅炉烟气余热回收利用、电机变频、供热改造等成熟适用的节能改造技术，重点对30万千瓦和60万千瓦等级亚临界、超临界机组实施综合性、系统性节能改造，改造后供电煤耗力争达到同类型机组先进水平。”“到2020年，现役燃煤发电机组改造后平均供电煤耗低于310克/千瓦时，其中现役60万千瓦及以上机组（除空冷机组外）改造后平均供电煤耗低于300克/千瓦时。”
平均供电煤耗低于310克/千瓦时的硬性要求，对亚临界机组而言是生死考验。此时，唯有依靠科技创新才能破局。
今年全国两会期间，记者所悉一位电力行业政协委员的提案就“重提”亚临界机组技术改造：“十四五”全面推进存量煤电亚临界机组升级改造，可大幅提升机组效能，有效带动全产业链投资，对促进我国经济社会高质量发展具有重要意义。建议有关部门将亚临界机组600摄氏度升温改造纳入国家能源发展“十四五”规划，把高温亚临界机组升温综合改造技术列为国家重大技术，予以推广。
“徐州电厂亚临界机组600摄氏度升温改造的成功经验，对于约占全国煤电总装机容量1/3的亚临界机组升级改造提供了坚实的可行性。”毛健雄认为，“‘十四五’时期对亚临界机组改造除了要作出政策硬性要求外，更需要推动性政策的出台，尤其是制定出以市场经济为前提的高创新性技术推广应用的激励和扶持政策，这里还涉及技术专利保护、产业链上下游打通等广泛内容，值得决策者深入思考。”
