火电厂灵活性深度调峰改造技术及应用

—时效性 紧扣目前国内火电行业需求以及研究热点，全面把握我国电力系统灵活性转型升级战略、政策历程以及对电力企业的影响，有助于政府部门、各发电企 业全面深入的了解火电灵活性政策及其对社会的影响。
—实用性 从锅炉、汽机、热控、电气、环保等方方面面介绍了灵活性相关改造技术，形成了较为完善的灵活性转型升级推广技术路线。
—示范性 通过大量的实践工程应用案例举例和深入思考后的总结提炼，为各类发电企业灵活性技术路线的选择提供建议。

 

火电是我国*适宜的调峰电源，提高火电机组灵活性对保障电网稳定性、保障民生供热、支撑可再生能源发展具有积极作用。而火电灵活性的发展与应用是一个较为复杂的系统性工程，其涉及锅炉、汽机、控制、电气、辅机、环保等方方面面。
全书共分为11章，主要内容包括我国电力系统转型与火电灵活性现状、火电灵活性在电力系统的现状与前景、锅炉系统灵活性技术、汽轮机系统灵活性技术、发电机系统灵活性技术、控制系统灵活性技术、环保系统灵活性技术、热电解耦灵活性技术、电储能灵活性技术、火电灵活性综合评价方法、火电灵活性改造技术的应用案例等。

作者团队为国家电力投资集团科研人员，自2016年以来，编者团队在国家电投集团公司的支持下，坚持不懈地在火电灵活性领域开张大量的研究和实践工作。主编王志平，男，汉族，硕士研究生，教授级高工，现任国家电力投资集团有限公司专家委委员。

前??言
1　我国电力系统转型与火电灵活性现状 …………………………………………… 1
1.1　我国电力系统发展现状 …………………………………………………………… 1
1.2　我国电力系统发展趋势 …………………………………………………………… 6
1.3　我国火电灵活性政策 ……………………………………………………………… 8
1.4　本章小结 ………………………………………………………………………… 18
2　火电灵活性在电力系统的现状与前景 ………………………………………… 19
2.1　国外火电灵活性现状 …………………………………………………………… 19
2.2　我国火电灵活性现状及存在的问题 …………………………………………… 33
2.3　火电灵活性在我国电力系统的前景与展望 …………………………………… 43
2.4　本章小结 ………………………………………………………………………… 54
3　锅炉系统灵活性技术 ……………………………………………………………… 55
3.1　锅炉系统灵活性概述 …………………………………………………………… 55
3.2　锅炉系统安全性评定 …………………………………………………………… 55
3.3　制粉系统灵活性技术 …………………………………………………………… 75
3.4　燃烧系统灵活性技术 …………………………………………………………… 91
3.5　风机系统灵活性技术 …………………………………………………………… 109
3.6　燃料灵活性技术 ………………………………………………………………… 116
3.7　其他系统灵活性技术 …………………………………………………………… 124
3.8　本章小结 ………………………………………………………………………… 133
4　汽轮机系统灵活性技术 …………………………………………………………… 134
4.1　汽轮机系统灵活性概述 ………………………………………………………… 134
4.2　汽轮机系统安全性评定 ………………………………………………………… 134
4.3　汽轮机系统灵活性关键技术 …………………………………………………… 137
4.4　本章小结 ………………………………………………………………………… 140
5　发电机系统灵活性技术 …………………………………………………………… 141
5.1　发电机系统灵活性概述 ………………………………………………………… 141
5.2　发电机定子结构优化技术 ……………………………………………………… 141
5.3　发电机转子结构优化技术 ……………………………………………………… 146
5.4　发电机辅助系统优化技术 ……………………………………………………… 147
5.5　发电机状态监测系统技术 ……………………………………………………… 150
5.6　本章小结 ………………………………………………………………………… 160
6　控制系统灵活性技术 ……………………………………………………………… 161
6.1　控制系统深度调峰概述 ………………………………………………………… 161
6.2　一次调频优化技术 ……………………………………………………………… 162
6.3　AGC 控制优化技术 …………………………………………………………… 164
6.4　控制系统优化技术 ……………………………………………………………… 170
6.5　本章小结 ………………………………………………………………………… 174
7　环保系统灵活性技术 ……………………………………………………………… 175
7.1　脱硝系统灵活性技术 …………………………………………………………… 175
7.2　脱硫除尘系统灵活性技术 ……………………………………………………… 181
7.3　本章小结 ………………………………………………………………………… 182
8　热电解耦灵活性技术 ……………………………………………………………… 183
8.1　热电解耦概述 …………………………………………………………………… 183
8.2　电极锅炉技术 …………………………………………………………………… 183
8.3　固体蓄热技术 …………………………………………………………………… 185
8.4　热水蓄热技术 …………………………………………………………………… 186
8.5　熔盐蓄热技术 …………………………………………………………………… 188
8.6　旁路供热技术 …………………………………………………………………… 189
8.7　其他技术 ………………………………………………………………………… 190
8.8　本章小结 ………………………………………………………………………… 192
9　电化学储能灵活性技术 …………………………………………………………… 194
9.1　电化学储能灵活性技术概述 …………………………………………………… 194
9.2　电化学储能灵活性技术原理 …………………………………………………… 196
9.3　国内外电化学储能技术应用现状 ……………………………………………… 202
9.4　未来电化学储能在电力系统的应用前景 ……………………………………… 209
9.5　本章小结 ………………………………………………………………………… 211
10　火电灵活性综合评估方法 ……………………………………………………… 212
10.1　火电灵活性技术安全性评估 ………………………………………………… 212
10.2　火电灵活性技术经济性评估 ………………………………………………… 217
10.3　火电灵活性运行安全性与经济性评估 ……………………………………… 219
10.4　本章小结 ……………………………………………………………………… 224
11　火电灵活性改造技术应用案例 ………………………………………………… 225
11.1　国外火电灵活性典型案例 …………………………………………………… 225
11.2　国内火电灵活性典型案例 …………………………………………………… 225
11.3　本章小结 ……………………………………………………………………… 250
参考文献 ………………………………………………………………………………… 251

前言近年来，在经济性及环保性的双重驱动下，我国已经开始了电力系统的转型，转型的一个核心就是能源结构的清洁化发展，主要体现在非化石清洁能源发电装机及大容量高参数燃煤机组比重继续提高，电源结构持续优化。截至 2019 年底，我国清洁能源发电装机规模达到 8.287 亿 kW，占总发电装机规模的 41.05%，比 2013 年提高 12.57个百分点，其中风电为 2.1 亿 kW，太阳能发电为 2.14 亿 kW，水电为 3.56 亿 kW，核电为 0.487 亿 kW。风电、光伏、水电在运装机及在建规模均居世界第一，光伏发电装机提前 3 年完成“十三五”规划目标，核电在建装机居世界第一。然而，受全国用电增速放缓、清洁能源资源富集和用电负荷逆向分布、清洁能源项目集中投产等因素影响，我国清洁能源发电产业在不断壮大的同时，清洁能源发展不平衡、不充分的矛盾也日益凸显，特别是清洁能源消纳问题突出，已严重制约电力行业健康可持续发展。2017 年我国弃风电量为 419 亿 kWh，2018 年弃风电量为 277 亿kWh。2019 年全国弃风电量为 169 亿 kWh，弃风限电状况虽得到缓解，但是局部地区弃风弃光现象仍较为严重。考虑我国能源资源禀赋决定煤电仍将是当前及未来较长一段时间电力、电量的主体，且煤电具有“一次能源可储、二次能源易控”的特性，可有效解决新能源间歇性强、波动大、预测难等随机性和不稳定性问题，在确保电量供应的同时可满足出力可靠性要求。因此，火电仍是我国最适宜的调峰电源，提高火电机组深度调峰灵活性对保障电网稳定性、保障民生供热、支撑可再生能源发展具有积极作用。国内外在火电灵活性方面已经开展了众多的理论和实践研究，近年来，以工程应用为目的的火电灵活性相关技术得到了推广和应用。鉴于每台机组所处环境不同，机组特性、燃烧煤质不同，实施效果也不尽相同，且影响机组灵活性能力的主要问题和关键因素主要在于锅炉、汽轮机、电气、控制、辅机、环保等方面，如何在考虑安全性、可靠性、经济性的前提下，对现有火电机组灵活性能力提升技术进行归纳分析，以达到规范火电机组灵活性改造项目的建设，有序推进火电灵活性改造项目，制定火电机组灵活性技术路线，为火电机组灵活性改造后寿命、效率、环保、经济性能等方面的改变提供制度性建议的目的，是火电机组和本领域研究者亟待解决的问题。自 2016 年以来，编者在国家电力投资集团有限公司的支持下，坚持不断地在火电灵活性领域开展大量坚实有效的工作。本书是对近五年来相关工作的总结，首先，对当前背景形势下我国电力系统转型与火电灵活性现状、火电机组灵活性深度调峰相关政策进行了分析，涵盖了国家相关政策、地方相关政策，并对灵活性深度调峰相关政策和发展趋势进行了概述分析，表明了课题的研究目的和意义。其次，从国内外灵活性现状、电力辅助服务市场需求、可再生能源消纳需求以及热电解耦供暖需求等几方面对火电灵活性改造需求进行了分析，预计随着新能源更大规模发展，清洁能源发电量占比越来越高，需要火电机组尤其是煤电机组深挖灵活性调节潜力，积极参与灵活性改造，以促进清洁能源在更大范围的消纳，火电灵活性市场前景广阔。第 3 ～ 9 章分别从锅炉系统、汽轮机系统、发电机系统、控制系统、环保系统、热电解耦、电化学储能几个方面对灵活性能力提升相关技术进行了详细介绍。第 10 章基于火电灵活性改造相关技术的多样化和差异化，对其适用性和经济性进行综合评价，并对灵活性改造后机组的运行经济性和安全性进行了综合分析。第 11 章在总结上述技术介绍的基础上，对火电灵活性改造技术的实际应用案例进行了详细介绍，并对火电机组灵活性提升技术的选择提出了相关建议，为推动我国煤电行业转型发展、优化电力系统调节能力提供支撑。本书的特色主要表现在以下几个方面：（1）全面性。紧扣目前国内火电行业需求以及研究热点，全面把握我国电力系统灵活性转型战略、相关政策历程及其对电力企业的影响，有助于政府能源战略及政策制定部门全面深入地了解典型国家和地区火电灵活性政策及其对全社会产生的影响。（2）客观性。从国内现状及存在的问题出发，客观地对现有火电灵活性改造技术进行了阐述以及综合评价，有助于国内各电力企业把握灵活性改造的目标以及技术选择，因地制宜、适当开展。（3）示范性。从实际应用改造案例出发，为国内各电力企业灵活性转型升级提供参考和借鉴。全书由王志平整体策划，提供编写大纲，提出编写要求，并进行统稿和修改，参加撰写的人员还有陈洪溪、章义发、张树林、郭荣等。在本书的撰写过程中，得到了电力规划设计总院、中国电力企业联合会、神华国华 ( 北京 ) 电力研究院有限公司、上海电气电站设备有限公司、山东电力工程咨询院有限公司、上海明华电力技术工程有限公司、国家电投集团东北电力有限公司、吉林电力股份有限公司、国家电投集团河南电力有限公司、国家电投集团江西电力有限公司等单位的大力支持和帮助，在此表示衷心的感谢。火电灵活性技术的发展与应用是一个较为复杂的系统性工程，其涉及锅炉、汽轮机、控制、电气、辅机、环保等方面，有些问题还需要深入地探究与完善。限于作者的专业知识和经验水平，书中难免存在疏漏和不当之处，诚望读者指正！编　者2020 年 9 月