6月13日，2023中國國際光熱大會暨CSPPLAZA第十屆年會在浙江杭州盛大召開，首航高科能源技術(shù)股份有限公司（簡稱“首航”）研發(fā)中心總經(jīng)理齊志鵬為大家?guī)怼恫捎萌埯}儲熱技術(shù)的機(jī)組靈活性改造》主題演講。

▲首航高科能源技術(shù)股份有限公司研發(fā)中心總經(jīng)理齊志鵬

一年四季深度調(diào)峰是剛需

2019年正值光熱的低谷期，也正是這一年，將熔鹽儲熱用于火電靈活性改造的商機(jī)冒出了新芽。

齊志鵬表示，經(jīng)歷了2015年9號文件電改之后，自2016年起，整個電力市場發(fā)生了較大的變化，電價方面更符合市場規(guī)律——電力供大于求時，一度電就要產(chǎn)生低價競爭，電力稀缺時，則一度電的價格飆升。

在東北，冬季大部分火電機(jī)組都在供熱，由此產(chǎn)生的供熱負(fù)荷巨大，機(jī)組通流量也大，整個機(jī)組能帶到80%左右，由于東北夜間沒有高負(fù)荷的用戶，東北電網(wǎng)壓力倍增，在此背景下，2016年開始，東北掀起了靈活性改造的熱潮。

改造主要以電極鍋爐為主，在汽輪發(fā)電機(jī)出口，消耗電力為主，把汽輪機(jī)發(fā)的電變成熱送到熱網(wǎng)中，這樣對于整個電廠來說發(fā)電量就變成了零。

與東北不同，西北一年四季都有調(diào)峰需求，而且西北在冬季還有頂負(fù)荷需求，對于光伏風(fēng)電，冬季很多核心地區(qū)都會出現(xiàn)連續(xù)的陰天和無風(fēng)天氣，風(fēng)電光伏裝機(jī)比例高時，沒有電量輸出，這種情況下就需要火電機(jī)組頂尖峰；春夏秋冬光伏風(fēng)電高發(fā)，則需要機(jī)組深度調(diào)峰。

現(xiàn)貨交易與長協(xié)交易

采用熔鹽儲熱技術(shù)進(jìn)行機(jī)組的靈活性改造，首航發(fā)軔于2019年。

齊志鵬介紹，首航是國內(nèi)較大的電站冷端設(shè)備供應(yīng)商，因此對火電領(lǐng)域較熟悉。首航第一次接觸現(xiàn)貨是從山西市場開始。

以下圖‘2020年12月24日的交易曲線’為例，可以看到，從0點(diǎn)到早上7點(diǎn)，電價在一毛錢到兩毛錢之間波動，從7點(diǎn)到9點(diǎn)半的早高峰，一度電兩毛錢到三毛錢，9點(diǎn)半即光伏開始時一直到11點(diǎn)45分，電價在一毛錢到兩毛錢之間，12點(diǎn)半時，所有的上網(wǎng)電價均為零。

齊志鵬表示“大家現(xiàn)在聽說山東是負(fù)電價，但當(dāng)我們2020年接觸到上述這種情況時，對我們的沖擊還是很大的，因?yàn)檫@時候火電發(fā)一度電一分錢不給，買了煤，煤都燒了，不給錢。但是從下午12點(diǎn)半開始電價恢復(fù)，下午4點(diǎn)半到晚上6點(diǎn)45這段時間電價是1到1.5元。山西2020年最高電價到1.6元，持續(xù)時間很長。除卻晚高峰4點(diǎn)半到6點(diǎn)45這一段時間的電價非常高，6點(diǎn)45到8點(diǎn)半的電價也不低，五毛錢到七毛七左右，晚上8點(diǎn)半到9點(diǎn)15左右是三毛錢到四毛錢，相對來說也比較高，但是過了晚上10點(diǎn)鐘以后，基本上又回到一毛錢到兩毛錢之間的區(qū)域。”

齊志鵬又展示了山西這臺機(jī)組整個12月份在每一個時段交易電價，如下圖。

他表示，從零點(diǎn)開始一直到早上6點(diǎn)左右，電價基本上都是一毛左右，在早上八點(diǎn)半的早高峰，電價接近兩毛五，12點(diǎn)時電價達(dá)到日間最低，這是為什么呢？他解釋，是因?yàn)楣夥蟀l(fā)，到了16點(diǎn)前后，基本上都能賣到一塊錢以上。晚上的22點(diǎn)之后，電價逐漸降低。

新型電力系統(tǒng)

齊志鵬表示，根據(jù)上述情況，我們對新型電力系統(tǒng)應(yīng)該有了新的理解，他認(rèn)為，首先電源應(yīng)提供四個價值：一是提供電量；二是要起到平衡作用；三要起到調(diào)節(jié)作用；四要提供有效容量。

“但是現(xiàn)在我們所說的1:9和1:8的情況下，我們現(xiàn)在只算電量價格，包括現(xiàn)在設(shè)計院做可研光熱只算其電量的價格，從來不算平衡調(diào)節(jié)和有效容量這塊，尤其是平衡調(diào)節(jié)作用，如果在現(xiàn)貨，大家可以回到剛才這個曲線，假設(shè)我有一臺光熱的機(jī)組在晚上4點(diǎn)鐘開始發(fā)電，我的一度電是多少錢呢？我們示范項(xiàng)目是一塊一毛五，但是這兩個小時內(nèi)我們可以拿到一塊五的電價。”

因此齊志鵬指出，在現(xiàn)貨市場下，平衡價值完全是市場體系的——當(dāng)電網(wǎng)供需產(chǎn)生變化時，用戶量大電源少時，發(fā)一度電就非常值錢，但如果像光伏風(fēng)電這樣沒有調(diào)節(jié)性能的電源，在上網(wǎng)時若供過于求，價格就只有幾分錢。

齊志鵬表示，通過對電力市場及新型電力系統(tǒng)的深入了解，大家對光熱也會更有信心。

以東部火電為例，有些地區(qū)利用的小時數(shù)只有3000多，若僅限于3000多必然會虧損，那么它是怎么生存下來的呢？它沒有發(fā)的電，作為調(diào)節(jié)這部分電靠什么有收益呢？答案是靠服務(wù)。

“我們敦煌二期電站年利用小時數(shù)3000，跟火電的機(jī)組差不多了，對于未來新能源比例特別高的電網(wǎng)來說，它未來可能連3000都到不了，可能也就是2700-2800那樣，這時候火電的生存就是靠服務(wù)，而不是靠電量?！?/p>

火力發(fā)電機(jī)組深度調(diào)峰技術(shù)分析

齊志鵬認(rèn)為，新能源之所以能推得這么廣，就是因?yàn)楣夥惋L(fēng)電的價格比火電還便宜，因此有其生存的空間。他表示，火電機(jī)組靈活性改造基本分為兩個路線，一個是本體改造，最低期望20%，另一個則是熱電解耦，最低負(fù)荷到0%。

東北的情況只有在冬季進(jìn)行熱電解耦，因?yàn)闊嵊谐隹谇覠岢鲎詿峋W(wǎng)，而春夏秋則無法在傳統(tǒng)上進(jìn)行解決。

齊志鵬指出，本體改造的能力是在不投油情況下最低負(fù)荷20%，其優(yōu)點(diǎn)是改造費(fèi)用較少，但缺點(diǎn)也比較顯著：一是靈活性改造本體改造帶來犧牲機(jī)組本體壽命；二是本體改造停機(jī)期間沒有收入；三是火電機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行時煤耗不是線性減少；四是本體改造沒有改善火電機(jī)組本身的調(diào)節(jié)特性。

那么本體改造需要解決哪些問題呢？齊志鵬指出了以下幾點(diǎn)：

（1）鍋爐無法穩(wěn)燃，火焰在爐膛充滿度不足，水動力不穩(wěn)定，尾部受熱面積灰和腐蝕加劇，厚壁部件疲勞；

（2）汽輪機(jī)低壓末兩級葉片鼓風(fēng)，末級干度過小，處于過熱，葉片水蝕；

（3）寬負(fù)荷脫硝問題；

（4）調(diào)門異常振動和接管儀表焊縫的開裂。

熱電解耦是鍋爐和汽機(jī)的不改造，齊志鵬認(rèn)為“基本上熔鹽系統(tǒng)相當(dāng)于加了外掛，本體不改造，只做管道相關(guān)改造”，他表示，熱電解耦的優(yōu)點(diǎn)包括：

（1）火電機(jī)組壽命沒有影響，鍋爐最低負(fù)荷還是40%，；

（2）增加外部儲能裝置；

（3）改善火電機(jī)組本身的調(diào)節(jié)特性。

熔鹽儲能調(diào)峰是采用熔鹽儲能作為火電側(cè)深度調(diào)峰方案。

齊志鵬表示，有專家提到過電加熱和蒸汽加熱，而他認(rèn)為，電加熱是不可取的，在火電機(jī)組靈活性改造加電加熱效率較低。

而蒸汽加熱有幾個優(yōu)點(diǎn)：（1）不影響機(jī)組壽命；（2）改造期間不停機(jī)；（3）能量利用率高，62%；（4）改善機(jī)組調(diào)節(jié)特性；（5）供熱機(jī)組的供熱安全穩(wěn)定性；（6）代替啟動鍋爐。

蒸汽加熱當(dāng)然也有一些缺點(diǎn)：比如占地大、投資費(fèi)用高。

以電加熱熔鹽儲能改造為核心，其目的是汽機(jī)本體不做改動的前提下，直接在供電端加載計量實(shí)現(xiàn)最小上網(wǎng)負(fù)荷，具備較強(qiáng)的低負(fù)荷調(diào)峰能力，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)組的零負(fù)荷。當(dāng)升負(fù)荷時熔鹽儲熱可以釋放加熱給水為蒸汽進(jìn)入熱網(wǎng)用戶或者補(bǔ)入蒸汽輪機(jī)轉(zhuǎn)換為電，缺點(diǎn)是儲能過程是鍋爐的熱轉(zhuǎn)換為電，電加熱轉(zhuǎn)換為熔鹽儲熱，熔鹽儲熱再轉(zhuǎn)換為電，其效率不足12%（30%*40%），經(jīng)濟(jì)性很差。其次電加熱器功率大，設(shè)備壽命有限。

首航是怎么做蒸汽加熱熔鹽的熔鹽儲能改造的呢？

▲蒸汽加熱熔鹽工藝流程

齊志鵬介紹“由上圖大家可以看到，從儲成汽，把高壓缸、中壓缸拋掉，大部分蒸汽把能量儲存在熔鹽中，不讓高壓缸和中壓缸做功，保證低壓缸的最小通流量保證機(jī)組安全性，從主汽出來的蒸汽分成兩股，一小股進(jìn)入高壓缸里做工，通流，大部分的蒸汽通到這樣一個水蒸氣吸熱器，把高溫高壓水蒸氣容量存在熔鹽中，水蒸氣溫度被降低之后和高排水蒸氣合在一起進(jìn)到鍋爐再熱器里面又升溫，之后兩股蒸汽打到中壓缸口時又分成兩股，一股分到中壓缸通流，另一股則通到另外一個水蒸氣吸熱器，這個壓力比較低，但是溫度還是挺高的，把它的容量存在熔鹽里面。相當(dāng)于以前的面式減溫器，原理是一樣的，從中排出的水蒸氣和這個蒸汽合并成一股，進(jìn)入低壓缸做功，完成儲能過程。”

“在這個過程中，能量有損失嗎？沒有損失，熱到熱是100%的，除了換熱器表面向空氣中的散熱。但能量品質(zhì)有所損失，高溫高壓水蒸氣通過這樣一折騰變成中溫中壓了。那么只完成了儲能過程，釋能過程怎么完成呢？這是首航比較重要的一個工藝細(xì)節(jié)，通過一臺蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生蒸汽通到低壓缸里做功，我們算過這樣的熱平衡，這種熱平衡下來大概就相當(dāng)于以30萬機(jī)組為例，基本上它的儲能效率到62%以上?！?/p>