0 前言
电力圈总群主李红，电小二叶剑晶、阿藤等朋友邀请我在电力圈谈谈火电灵活性改造。这是近期比较新和比较热门的话题，他们很会抓住热点。去年我在电力圈里谈过“煤耗，还是煤耗子”，加上近期对火电灵活性感兴趣，所以就答应了，跟大家交流一下。我自己也是在学习过程，加上火电灵活性改造涉及的专业多，包括锅炉及辅助系统如磨煤机、汽机、控制系统、环保等专业，而我知识有限，所以，只敢说是“浅谈”，算是抛砖引玉。不过我所在的通用电气公司发电集团，有电厂各种主要设备，有整体改造技术、能力和业绩。我一时回答不了的问题，我可以找到资源稍后回复；或者比较敏感不便立即回答的问题，可以线下单独聊。我的邮箱(allen.zhan@ge.com; 2306261154@qq.com)，欢迎联系。本文引用可公开获得和可公开的资料，包括网上电规总院的资料。不一一罗列，在此致谢。
1 火电灵活性改造的背景和意义
1.1 低碳社会和碳减排压力
中国的碳排放约占全球的20.09%，是个排放大国。2016年9月3日，中国向联合国递交《巴黎协定》批准文书，向全球做出其作为世界大国的低碳承诺。
（1）二氧化碳排放于2030年达到峰值并争取尽早达峰值。这是总量控制。
（2）单位国内生产总值二氧化碳排放2030比2005年下降60-65%。2020年比2015年下降18%。这要靠调整经济结构和技术进步。
（3）2020年非化石能源占一次能源消费比例达到15%，2030年达到20%。
这一方面使得煤和煤电的发展受到限制，另一方面可再生能源，特别是非水可再生能源近几年呈爆发式增长。
1.2 全国的装机和发电量构成
2015年全国规模发电装机和发电量构成。
(1）煤电装机尽管低于60%了，但发电量仍超过三分之二，是第一大主力。2016年上半年，尽管年初出台了“限煤令”，但在存量的惯性下，煤电装机还增加了2711万千瓦。
(2）风电装机8.5%，但发电只占3.3%，这是除了风电的间歇性之外，弃风率高达15%。而2016年上半年弃风率更高达21%。其中以三北地区弃风尤为严重。
(3）2015年火电的运行小时数为4329小时，今年上半年不到2000小时，今年全年有可能低于4000小时。火电（以煤电为主）实际上是在调峰状态下运行。
1.3 非水可再生能源的发展
据估计，到2020年，风电装机装机将达到2.3亿千瓦左右（每年增长2千万千万），太阳能发电装机将达到1.4亿千瓦左右，两者加起来有4亿千瓦以上。消纳非水可再生能源，成为紧迫的任务。
1.4为什么是煤电厂改灵活性
先看燃机，其启停快，但2015年装机只有4.4%，发电量比例3.0%倒是与风电3.3%差不多。但燃气成本高和燃气资源分布问题，燃机难以担当消纳风电/太阳能的重任。
其次看抽水蓄能，调节快。2015年装机2271万千瓦，占总装机1.5%，发电量0.3%，与风电不在一个数量级。而且抽水蓄能通常与核电匹配（装机2717万千瓦，占1.8%），需要比较好的上库、下库条件，建设周期长。
化学蓄能还没到到大型商业化阶段。
最后唯有靠煤电。我们看看煤电的具体构成。
按2014年底的统计，30万千瓦级的机煤组有880台，60万千瓦级有481台，两者装机大约为7亿千瓦，是煤电灵活性改造的主力机组。
1.5灵活性与供电煤耗
在低负荷下，煤电的供电煤耗必然是很差的。以我们改造德国800MW电厂为例，在额定工况下，供电煤耗为299.6克/千瓦时；在15%负荷时为472.4克/千瓦时。按照其权重，相当于15%x472.4=70.9克/千瓦时。或者说，把85%电量让给风电后，相当于减少了供电煤耗299.6-70.9=228.7克/千瓦时。总体的环境效益还是很高的。
总之，低碳的承诺使得非水可再生能源快速发展，煤电成为消纳的主要手段。
2 火电灵活性改造的范围
2.1 什么是火电灵活性
火电主要包括煤电和燃机电厂，这里基本上特指煤电。
灵活性包括两个方面：
（1）运行灵活性：深度调峰（低负荷运行），快速启停，爬坡能力强；对于热电机组实现热电解耦。
（2）燃料灵活性：煤种适应力强，掺烧生物质例如秸秆、木屑等。
下两图引自电规总院《中国火电灵活性提升总体构想》
2.2火电灵活性方面的政策
近期，发改委、能源局密集下发了有关文件，例如：
6月14日，国家能源局正式启动提升火电灵活性改造示范试点工作；
6月21日，国家能源局下发关于推动东北地区电力协调发展的实施意见；
6月28日，国家能源局综合司关于下达火电灵活性改造试点项目的通知（第一批）；
7月22日，国家发改委、能源局印发可再生能源调峰机组优先发电试行办法；
8月5日，国家能源局综合司关于下达第二批火电灵活性改造试点项目的通知。
政策驱动催生了火电灵活性改造市场。
3我国火电灵活性改造试点项目
3.1试点项目概况
目前两批试点项目共22个，46台机组，约1818万千瓦。以30/60万千瓦机组为主，以热电机组为主，以东北地区为主。
技术要求：（1）使热电机组增加20%额定容量的调峰能力，最小技术出力达到40%～50%额定容量；（2）纯凝机组增加15%～20%额定容量的调峰能力，最小技术出力达到30%～35%额定容量。这是最低要求。（3）部分具备改造条件的电厂预期达到国际先进水平，机组不投油稳燃时纯凝工况最小技术出力达到20%～25%。
3.2 火电灵活性改造的市场规模
那么，大家感兴趣的是，未来灵活性改造市场规模有多大？
基本上取决于四个因素：
风电、太阳能的发展；预期的弃风率；现有煤电厂的条件；政策的力度。如果按2020年风电、太阳能装机达到4亿千瓦，并按照一定的风电/煤电匹配系数，大致的改造规模在2亿千瓦（系数0.5）和2.4亿千瓦（系数0.6）之间。这是宏观的估算。看来市场规模不小。
3.3 东北电力调峰辅助服务市场机制
火电灵活性调峰能盈利吗？市场如何运作？这也是人们关心的问题。
至今，22个火电灵活性试点项目如何补帖未见报道。试点项目大都在东北。我们看看东北电力调峰辅助服务市场如何运作。
东北电力调峰辅助服务市场于2014年10月开始运作。《东北电力调峰辅助服务市场监管办法》编制说明详细地介绍了市场的运作办法。目前，有如下政策：
（1）《东北区域发电厂并网运行管理实施细则（试行）》；
（2）《东北区域并网发电厂辅助服务管理实施细则（试行）》；
（3）东北能源监管局关于印发《<东北电力调峰辅助服务市场监管办法（试行）>补充规定》的通知。
3.3.1哪些机组参与市场化管理
（1）火电机组、生物质发电机组(100MW及以上容量)能够提供基本及有偿调峰辅助服务，参与市场化管理；
（2）水电机组暂认为能够提供100%的基本调峰能力，不参与市场化管理；
（3）风电场、光伏电站作为间歇性电源不具备提供调峰辅助服务能力，参与市场化管理；
（4）核电目前暂按不提供日内调峰辅助服务考虑，参与市场化管理。
3.3.2有偿调峰辅助服务区间
目前按52%负荷即调峰率48%作为有偿调峰辅助服务的起点。
深度调峰有偿调峰辅助服务的补偿费用分配比例依据:(1)负荷率大于52%的火电厂的全电量；（2）核电厂负荷率超过52%以上的电量；（3）风电场的全电量。
3.3.3调峰有偿辅助服务报价区间
火电厂负荷率
报价下限（元/kWh）
报价上限（元/kWh）
40%≤负荷率<52%
0
0.4
负荷率<40%
0.4
1.0
3.3.4启停调峰有偿辅助服务
启停调峰有偿辅助服务的界定暂按“24小时内启停一次考虑”，实行一次性定额补偿，按月进行统计和结算。
机组额定容量级别（万千瓦）
日前报价上限（万元/次）
10
50
20
80
30
120
50～60
200
80～100
300
4火电灵活性改造的技术
这里关系的是要改什么，如何改，有什么成熟、经济的技术？
安全可靠当然是第一位的。牵一发而动全身，灵活性改造可能要涉及到锅炉、汽机、控制系统的改造，需要先做全厂评估，再制定具体方案。
通用电气整合了阿尔斯通的发电技术，具有针对火电灵活性改造的技术、服务和业绩。比如，阿尔斯通开发的FlexSuite注册商标，意思是灵活性整套方案，对于灵活性的四个方面即快速启动、提高性能、提高爬坡速率、低负荷运行等制定了相应的解决方案。
以下是一个成功案例，低负荷达14%（锅炉侧）。
4.1低负荷稳燃
可能涉及到等离子燃烧器，火焰监视器，磨煤机改造如动态分离器的应用。按照最低不投油稳燃负荷的定义，额外输入能量的办法如加氧气、天然气、液化天然气，不在这里讨论。
4.2低负荷脱硝
基本上有水侧的热水再循序（亚临界）、流量置换（超临界），烟气旁路，分割省煤器等方案。具备条件的大机组也有采用零号高加方案的。各有特点。值得注意的是，在负荷比较低比如<30%时，省煤器烟气旁路方案则可能烟气量不够了。
水侧方案则是比较可行的，热水再循环至省煤器入口，提高进口水温，降低省煤器吸热量，提温可达40度以上，控制比较精准。广东粤电沙角C厂 3x660MW亚临界机组为成功案例。
4.3 热电解耦
东北部分机组为热供机组，需实现热电解耦。供热量大的通常会采用蓄热罐方案。简单粗暴的办法还有电热锅炉，抽汽减温减压等，不在这里讨论。
对于水温小于100度的集中供热，采用常压大水罐。蓄热罐整合到供热回路。
水罐的大小与蓄热时间有关。国外有的罐高达50米。
4.4 NeuCo锅炉性能优化系统
这是一款自学习软件，通过锅炉燃烧优化和吹灰优化，可以提高机组效率0.75-1.5%，相当于改善供电煤耗3克/千瓦时左；NOx减排5%-15%；减少非计划停机。
4.5 汽机改造
需要关注低负荷下低压缸末级叶片的安全如水蚀和鼓风。也可以结合灵活性，改造汽机通流。
波兰Rybnik 210MW亚临界烟煤机组，改造后，低负荷到25%，低负荷下效率提高2%，全负荷范围提高1%。
5总结
（1） 低碳社会是全球共同的需求，对火电机组灵活性提出了挑战；
（2） 我国可再生能源发展迅猛，火电灵活性市场开始出现，22个试点项目开始着手实施。估计未来市场规模达2亿千瓦以上；
（3） 灵活性改造在欧洲有成熟的应用。整体评估、整体方案有利于安全、高效、灵活的改造。通用电气具有成熟的技术、服务和业绩。
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瞻前顾后的含义：詹之目光为瞻。
1）瞻前：前瞻未来，关注环境、健康，尤其节能减排；关注前辈；
2）顾后：不忘历史，关注传统文化的学习与力行；关注后辈的成长。
