2020年9月，*********总书记向全世界承诺，要努力在2030年前达到碳峰，在2060年前达到碳中和，即“双碳”目标。“双碳”目标的提出，体现了中国积极应对气候变化、走绿色低碳发展道路的坚定决心，对中国未来的社会经济运行模式、生态环境质量、产业结构布局和生活消费模式产生了深远影响。特别是，能源和电力领域已经开始带来多维度、系统的变化。随着“以新能源为主体的新型电力系统”建设的深入，新能源板块的比重不断增加。在当前能源供应保障的压力下，火力发电的保障作用更加突出。

2022年底，风电和光伏装机容量有望赶上甚至超过煤电装机容量。由于其间歇性、随机性、反调峰等特点，大规模风电和光伏并网增加了系统负荷峰谷差。在现有储能等调峰资源不足的情况下，系统调峰压力越来越大，火力发电的深度调峰甚至启停调峰已成为主要手段。在这种情况下，火力发电必须进行灵活改造，以满足减排和电网的需要。本文将从火电机组灵活性改造方面进行简要分析。

1.火电机组灵活性改造考核指标

火电灵活性是电力系统灵活性的关键指标，也是电力系统灵活性的核心组成部分。火电灵活性通常是指火电机组的运行灵活性，即适应大波动和快速响应各种变化的能力。主要指标包括峰值调整范围、爬坡速度和启停时间。目前，国内火电灵活性转型的核心目标是充分响应电力系统的波动变化，实现降低最小输出、快速启停、快速升降负荷三个目标，其中降低最小输出，即提高峰值调整能力是目前最广泛、最主要的转型目标。

2.灵活性转换的必要性分析

灵活性转变的目标是进行深度峰值调整。从实际出发，深度峰值调整成本是一种潜在的可变成本，包括燃料成本、工厂用电、设备运行维护成本、长期深度峰值调整和大范围负荷率变化造成的设备寿命损失、加速更换成本等。其中，随着峰值调整深度的增加，火电机组供电煤耗将显著增加，特别是进入深度峰值调整范围后，供电煤耗增长进一步加快，同时由于设计参数、技术流派、定态选择等差异，深度峰值调整供电煤耗增长也不同，灵活性转变可进一步有效降低成本，带来效益空间。

另一方面，深度峰值调整的机会成本也应纳入火电灵活性改造的成本。火电机组的深度峰值调整意味着发电收入的损失，即由于深度峰值调整而损失的潜在发电收入，反映了其为获得深度峰值调整收入而放弃的发电收入。由于不同电厂的利润不同，机会成本也会不同，灵活性改造可以进一步扩大峰值调整的机会。

在现行调峰规则下，火电灵活性改造的收入主要包括降低调峰分摊成本和获得的调峰补偿成本。改造前，供热火电机组经常运行在深度调峰标准之上，需要分担其他深度调峰机组的补偿成本。改造后，这部分成本将消失，形成机会收入。随着改造深度的增加，火电机组可以运行到深度调峰区，获得深度调峰补偿。

3.火电机组灵活性改造技术分析

火电机组深度调峰的制约因素主要分为锅炉侧制约因素和汽轮机侧安全隐患两类。

3.1锅炉侧

锅炉侧灵活性改造重点解决燃烧稳定性、制粉系统稳定性、换热水动力稳定性、加热表面高温腐蚀疲劳损伤、空气预热器低温腐蚀泄漏、脱硝运行安全等问题。总结了目前相对成熟的改造技术，主要包括以下几个方面：

3.1.锅炉低负荷稳燃技术。

锅炉在低负荷下运行时，炉内火焰的充满程度会比高负荷时差更大。当负荷降低到一定程度时，由于炉内温度下降，煤粉气流的着火距离增大，火焰对炉壁的辐射损失相对增大，容易出现燃烧不稳定，甚至锅炉熄火。为了提高燃烧稳定性，常用的技术路径包括:低负荷精细燃烧调节，主要针对燃烧器结构、磨削运行方式、煤粉精度、一次风速、配风方式等。；燃烧器和制粉系统的优化改造包括燃烧器、磨煤机动态分离器、风粉在线监测装置等。；改善煤质，储备调峰煤，掺入生物质。

3.1.宽负荷脱硝技术。

目前国内常用的NOx脱除技术是选择性催化还原法(SCR)，烟气温度一般稳定在2800～只有在420℃范围内，才能保证还原剂和催化剂的良好作用。当机组低负荷运行时，烟气温度往往较低，导致催化剂活性降低、还原剂结晶、空气预热器腐蚀等问题。为了保证SCR脱硝系统的宽负荷运行，主要有两种技术路线：改造锅炉热系统或烟气系统（如增加高温烟气旁路系统），提高低负荷阶段SCR反应器的入口温度；在传统的V中选择宽温催化剂-W-在TiO2催化剂的基础上，通过添加其他元素来提高催化剂的性能，提高低温催化剂的活性。

3.1.3水冷壁安全防护技术。

水冷壁分布在锅炉炉膛周围，是锅炉的主要加热部分。当锅炉输出处于低负荷或快速变化时，会影响水冷壁的安全运行。因此，需要准确的监测和有效的措施来维持良性的水循环。目前主要措施包括:实时监测水冷壁温度的变化、汽包上下壁温差、汽包与水冷壁温差等参数及其变化。此外，计算管间偏差、计算水循环安全、设置必要的壁温测点也起着重要的作用。

3.2汽轮机侧

在调整汽轮机深度峰值状态时，应注意汽轮机设备的适应性和加热机组的热稳定性。为保证汽轮机的安全稳定，主要改造有以下几个方面：

3.2.1汽轮机通流设计及末级叶片性能优化技术。

汽轮机低负荷运行时，由于蒸汽流量减小，动叶片根部和静叶栅出口顶部容易出现蒸汽分离，造成水蚀。同时，气动耦合引起的不稳定流场与叶片弹性变形之间的气动耦合可能会刺激叶片的自激振动，使其落入共振区域。蒸汽流量不足也会导致重热效应。由于叶片摩擦和鼓风，转子、气缸等部件被加热，加热不均匀会导致膨胀差。为了提高汽轮机的低负荷运行特性，通常采用的技术路径是加强最终叶片性能，优化通流设计参数，增加冷却方法控制。

3.2.2加热机组热电解耦技术。

热电联产机组的峰值调节能力也受到加热负荷的限制。我国主要的热电联产机组是抽凝机组。随着抽汽加热能力的增加，峰值调节能力将逐渐压缩。因此，在加热中期，热电联产机组的峰值调节能力将进一步受到限制。为了实现热电解耦，改造技术包括：切除低压缸加热，即大部分中压缸排气用于外部加热，只保持少量冷却蒸汽，使低压缸在高真空条件下“空转”运行；电热锅炉技术，热源侧设置电热锅炉，主要包括直热电热锅炉和蓄热电热锅炉，实现热电解耦；设置蓄热罐作为电网负荷较低时机组加热抽气的补充。除上述常用技术外，还可采用吸收式热泵、电驱动式热泵等技术实现热电解耦，也可通过改造机组大旁路补充加热蒸汽源，降低安全压力。

火电机组深度调峰灵活性改造前景

为了满足高比例新能源并网的需求，电力系统的灵活性是必不可少的环节。国内火电机组基数决定了火电灵活性资源的潜力仍然巨大，并将继续作为电力系统的灵活性主体长期存在，成为未来高比例新能源电力系统的重要组成部分。在调峰辅助服务市场初期高投资回报的刺激下，火电机组的灵活性转型不仅可以显著提高机组的深度调峰能力，增强市场竞争力，获得更高的政策补贴效益，而且是延续火电企业生命周期、实现我国电力绿色转型的必要选择。