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煤電調(diào)峰新常態(tài)下的頻繁啟停之憂(yōu)
日期:2023-08-01   [復(fù)制鏈接]
責(zé)任編輯:sy_yanyu 打印收藏評(píng)論(0)[訂閱到郵箱]
近期,國(guó)家能源局發(fā)布《新型電力系統(tǒng)發(fā)展藍(lán)皮書(shū)》,明確提出新型電力系統(tǒng)需要具備安全高效、清潔低碳、柔性靈活、智慧融合四大重要特征,其中安全高效是基本前提。我國(guó)以煤為主的能源資源稟賦決定了較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)煤電仍將是電力系統(tǒng)中的基礎(chǔ)保障型電源,是我國(guó)電力安全保障的“壓艙石”。然而隨著新能源高比例大規(guī)模發(fā)展,其間歇性、隨機(jī)性、波動(dòng)性特點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力提出了巨大需求,近年來(lái)煤電開(kāi)始承擔(dān)起更多的靈活調(diào)節(jié)責(zé)任。身兼保供“壓艙石”與靈活調(diào)節(jié)資源雙重身份,煤電面臨的風(fēng)險(xiǎn)和挑戰(zhàn)已初步顯現(xiàn)。

隱患初現(xiàn):煤機(jī)啟停頻次迅速攀升

近日,某現(xiàn)貨試點(diǎn)省份擬對(duì)現(xiàn)貨市場(chǎng)中燃煤發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)費(fèi)用申報(bào)上限進(jìn)行調(diào)整,引發(fā)廣泛關(guān)注,而大量的機(jī)組啟停無(wú)疑是市場(chǎng)參數(shù)調(diào)整的誘因。筆者對(duì)該省披露的市場(chǎng)公開(kāi)信息中機(jī)組狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì),僅2023年一季度的3個(gè)月里,市場(chǎng)化煤機(jī)的啟動(dòng)次數(shù)就多達(dá)550次,其中包括約130次的機(jī)組日內(nèi)啟停。根據(jù)該省某發(fā)電企業(yè)提供的信息,近兩年來(lái)其所管理的燃煤機(jī)組啟動(dòng)次數(shù)大幅攀升,年平均啟動(dòng)次數(shù)由2020年的5次左右,提高到了2022年的近14次。經(jīng)多方調(diào)查考證,國(guó)內(nèi)大部分燃煤機(jī)組自服役以來(lái),每年的平均啟停次數(shù)大概在3~5次,超過(guò)6次的占比就已經(jīng)很小,超過(guò)10次的更是鳳毛麟角。近14次的年平均啟停次數(shù)史無(wú)前例,而隨著新能源滲透率進(jìn)一步提升,煤機(jī)每年超十幾次的啟停預(yù)計(jì)未來(lái)會(huì)成為常態(tài)。

另外,啟停頻次的提升在所有機(jī)組的分布中也并非是完全均勻的,60萬(wàn)、30萬(wàn)千瓦等級(jí)機(jī)組承擔(dān)了更多的啟停調(diào)峰任務(wù),未來(lái)面臨的風(fēng)險(xiǎn)隱患也超過(guò)其他容量等級(jí)機(jī)組。數(shù)據(jù)顯示,該省2022年平均啟停次數(shù)最多的是60萬(wàn)千瓦等級(jí)機(jī)組,所有60萬(wàn)千瓦機(jī)組的年平均啟停次數(shù)超過(guò)16次;單機(jī)啟停次數(shù)最多的則是30萬(wàn)千瓦等級(jí)機(jī)組,有數(shù)臺(tái)30萬(wàn)千瓦機(jī)組2022年的啟停次數(shù)超過(guò)了30次。究其原因,百萬(wàn)千瓦等級(jí)機(jī)組煤耗低、經(jīng)濟(jì)性好,在現(xiàn)貨市場(chǎng)環(huán)境下其帶基礎(chǔ)負(fù)荷的優(yōu)先級(jí)要遠(yuǎn)高于其他容量等級(jí)機(jī)組,因此被調(diào)用參與啟停調(diào)峰的頻次最低。此外,大多數(shù)30萬(wàn)千瓦等級(jí)以下的小火電機(jī)組擔(dān)負(fù)民生供熱任務(wù),供熱季調(diào)節(jié)能力有限,同時(shí)由于其煤耗高、經(jīng)濟(jì)性差,在供需寬松季節(jié)也更多作為備用機(jī)組,參與啟停調(diào)峰的頻次也相對(duì)較低。剩余的60萬(wàn)、30萬(wàn)千瓦等級(jí)機(jī)組則成了啟停調(diào)峰的主力。

追根溯源:光伏增長(zhǎng)是主因、外電影響難忽視
以上述現(xiàn)貨試點(diǎn)省份為例。該省近年來(lái)新能源裝機(jī)增長(zhǎng)勢(shì)頭迅猛,近5年新增裝機(jī)中新能源裝機(jī)占比近70%,其中光伏占比近50%(見(jiàn)圖1)。

  

尤其是2021、2022兩年的新增光伏裝機(jī),占到了全省光伏總裝機(jī)的46.5%,即有近一半的光伏裝機(jī)都是在這兩年內(nèi)完成的。正是由于這兩年內(nèi)光伏裝機(jī)的爆發(fā)式增長(zhǎng),突破了系統(tǒng)正常調(diào)節(jié)能力的極限,才導(dǎo)致2022年燃煤機(jī)組啟停次數(shù)呈現(xiàn)指數(shù)級(jí)攀升。

分析該省電量構(gòu)成,不難發(fā)現(xiàn),光伏裝機(jī)的大規(guī)模增長(zhǎng)是導(dǎo)致機(jī)組頻繁啟停的首要因素,而省外來(lái)電調(diào)節(jié)范圍偏窄也使得省內(nèi)火電承擔(dān)了更多的調(diào)峰職能(見(jiàn)圖2)。

  

在過(guò)去,機(jī)組停機(jī)一般是基于正常的檢修需要,而隨著新能源尤其是光伏裝機(jī)的快速增長(zhǎng),燃煤火電機(jī)組開(kāi)始承擔(dān)起更多的調(diào)峰任務(wù)。當(dāng)光照充足時(shí),午間光伏大發(fā)時(shí)段煤機(jī)需要盡可能地壓降出力來(lái)促進(jìn)新能源消納;到了晚間負(fù)荷高峰時(shí)期,光伏出力降為0,此時(shí)又需要煤機(jī)來(lái)頂峰。當(dāng)所有運(yùn)行機(jī)組在其可調(diào)出力范圍內(nèi)無(wú)論怎么調(diào)都不能滿(mǎn)足全網(wǎng)的調(diào)節(jié)需求時(shí),機(jī)組啟停調(diào)峰也就不可避免了。

從全年數(shù)據(jù)來(lái)看,光伏出力主要集中在9點(diǎn)至16點(diǎn),這段時(shí)間內(nèi)光伏發(fā)電量占比達(dá)19%、火電發(fā)電量占比僅36%;而在其他時(shí)段,光伏發(fā)電量占比僅1%,火電發(fā)電量占比超過(guò)47%。與省內(nèi)火電相比,省外來(lái)電的調(diào)節(jié)幅度則明顯要小得多,在光伏出力最為集中的午間時(shí)段,外電的電量占比依然超過(guò)了20%;而在夜間高峰時(shí)段,外電電量占比只有25%。

當(dāng)然,僅看全年平均的話(huà),省內(nèi)火電的調(diào)節(jié)能力似乎是足夠的。若是將視角放到每一天,情況就不那么樂(lè)觀了。以2022年4月某天的數(shù)據(jù)為例(見(jiàn)圖3)。

  

按照日前披露的市場(chǎng)邊界信息,當(dāng)天市場(chǎng)化火電機(jī)組的出力空間最低值出現(xiàn)在12∶45,僅有850萬(wàn)千瓦;最高值出現(xiàn)在23∶15,達(dá)到2789萬(wàn)千瓦;市場(chǎng)化火電出力空間的峰谷比達(dá)到3.28,最小值僅有最大值的30.5%。再考慮正負(fù)備用容量,這一比值會(huì)進(jìn)一步下降至25.3%。這樣的峰谷差,僅通過(guò)所有運(yùn)行機(jī)組在其可調(diào)出力范圍內(nèi)調(diào)節(jié)明顯不足以滿(mǎn)足日內(nèi)調(diào)峰需求,啟停調(diào)峰不可避免。事實(shí)也證明,當(dāng)天共有6臺(tái)機(jī)組(約240萬(wàn)千瓦)進(jìn)行了日內(nèi)啟停調(diào)峰,另有3臺(tái)機(jī)組停機(jī)轉(zhuǎn)備用、3臺(tái)機(jī)組啟機(jī)頂晚峰(容量都在100萬(wàn)千瓦左右),按當(dāng)時(shí)的啟動(dòng)費(fèi)用補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)測(cè)算,全天合計(jì)產(chǎn)生啟動(dòng)費(fèi)用補(bǔ)償約600萬(wàn)元。而從風(fēng)光實(shí)際出力情況來(lái)看,當(dāng)天中午還產(chǎn)生了少量的棄風(fēng)棄光。

統(tǒng)計(jì)2022年全年每一天的市場(chǎng)化火電預(yù)測(cè)出力空間峰谷比數(shù)據(jù)(見(jiàn)圖4):峰谷比>2的天數(shù)達(dá)到了156天,約占全年的42.7%;>2.5的天數(shù)有67天,占全年的18.4%;>3的天數(shù)有42天,占全年的11.5%。一般而言,當(dāng)峰谷比>2時(shí)僅通過(guò)運(yùn)行機(jī)組調(diào)峰就有一定的困難了,當(dāng)峰谷比>2.5時(shí)肯定需要啟停調(diào)峰。粗略估計(jì),2022年全年大概有20%~40%的日期需要進(jìn)行啟停調(diào)峰。

  

值得一提的是,日峰谷比的最大值達(dá)到了驚人的22,也出現(xiàn)在4月。按照當(dāng)天披露的市場(chǎng)邊界信息預(yù)測(cè),如果不棄風(fēng)棄光,市場(chǎng)化火電最低出力空間僅有100多萬(wàn)千瓦,而頂峰能力則需要達(dá)到2500萬(wàn)千瓦。

除峰谷比以外,通過(guò)該省的現(xiàn)貨市場(chǎng)出清價(jià)格也能看出一些端倪。據(jù)統(tǒng)計(jì),2022年該省日前出清出現(xiàn)負(fù)價(jià)的天數(shù)達(dá)161天,這一數(shù)字與峰谷比>2的天數(shù)156天基本一致。因?yàn)榛痣姍C(jī)組不太可能會(huì)報(bào)負(fù)價(jià),出清負(fù)價(jià)就意味著市場(chǎng)化火電機(jī)組全部都已經(jīng)不定價(jià)了,也就是說(shuō)即使所有煤機(jī)都降至第一點(diǎn)出力(深調(diào)極限出力或最低技術(shù)出力)中午谷段還是過(guò)不去。風(fēng)光不能棄、外電難壓降,此時(shí)省內(nèi)火電機(jī)組停機(jī)幾乎就是必然的選擇(見(jiàn)圖5)。

  

全年峰谷比分布與日前出清最低電價(jià)分布呈現(xiàn)出清晰的季節(jié)性差異,春秋兩季的峰谷差更大、出清負(fù)價(jià)更多,與新能源出力的季節(jié)性特征基本一致,并且這種一致性也體現(xiàn)在全市場(chǎng)啟動(dòng)費(fèi)用的月度走勢(shì)上。由此可見(jiàn),新能源裝機(jī)尤其是光伏裝機(jī)的迅速增長(zhǎng)是導(dǎo)致煤機(jī)啟停更加頻繁的根本原因,新能源出力占比越高時(shí),省內(nèi)煤機(jī)的調(diào)峰壓力也會(huì)越大,進(jìn)而產(chǎn)生更多的啟動(dòng)費(fèi)用。

如履薄冰:機(jī)組運(yùn)行安全性受挑戰(zhàn)

要真正起到“壓艙石”的作用,穩(wěn)住煤電電力供應(yīng)基本盤(pán),就必須高度重視存量煤電機(jī)組的安全性問(wèn)題。有研究人員通過(guò)對(duì)近兩年經(jīng)常參與啟停調(diào)峰和深度調(diào)峰的十多臺(tái)機(jī)組進(jìn)行深入調(diào)研,分析總結(jié)了啟停調(diào)峰及深度調(diào)峰對(duì)機(jī)組鍋爐、汽機(jī)、環(huán)保及電氣設(shè)備安全性的影響,其中部分問(wèn)題已經(jīng)在頻繁參與啟停調(diào)峰及深度調(diào)峰的機(jī)組上有所顯現(xiàn),而更多的潛在風(fēng)險(xiǎn)可能隨著時(shí)間的推移逐漸顯現(xiàn)出來(lái)。本文援引趙晴川等所著《啟停調(diào)峰及深度調(diào)峰對(duì)燃煤機(jī)組安全性影響分析》這項(xiàng)調(diào)查研究的部分結(jié)論——啟停調(diào)峰和深度調(diào)峰對(duì)燃煤機(jī)組安全性的影響主要包括以下幾個(gè)方面:

一是可能導(dǎo)致設(shè)備故障。例如鍋爐受熱面裂紋、鍋爐氧化皮脫落、鍋爐輔機(jī)故障率增加等,有的問(wèn)題還可能進(jìn)一步影響到其他設(shè)備,例如機(jī)組頻繁啟停易導(dǎo)致氧化皮脫落,而氧化皮可能隨汽輪機(jī)啟動(dòng)、沖轉(zhuǎn)過(guò)程進(jìn)入汽缸,進(jìn)而造成汽輪機(jī)部分部件損壞;

二是可能影響設(shè)備壽命。每次啟停調(diào)峰或深度調(diào)峰都會(huì)對(duì)機(jī)組壽命產(chǎn)生影響,若機(jī)組長(zhǎng)時(shí)間頻繁啟?;蛘呱钫{(diào),會(huì)加速轉(zhuǎn)子壽命損耗,降低機(jī)組實(shí)際可運(yùn)行年限;

三是可能降低機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。例如機(jī)組啟停期間水汽指標(biāo)變化大,為確保汽水品質(zhì)合格,就需要加大熱力系統(tǒng)排污,造成鍋爐排污量增大,熱損失增加,經(jīng)濟(jì)性降低;

四是會(huì)增大環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)。機(jī)組啟停過(guò)程中煤粉不完全燃燒的產(chǎn)物增加,深度調(diào)峰如果采用投油助燃也會(huì)造成尾部受熱面沾污未燃盡的油污,增大二次燃燒風(fēng)險(xiǎn),且會(huì)造成脫硫漿液中毒,增大環(huán)保風(fēng)險(xiǎn);

五是機(jī)組啟停有誤操作風(fēng)險(xiǎn)。機(jī)組啟停過(guò)程中大部分參數(shù)控制需要人工進(jìn)行調(diào)整,大量手動(dòng)閥門(mén)也需要人員親自操作,人員操作強(qiáng)度大增,容易發(fā)生誤操作,而且啟停過(guò)程容易發(fā)生各種異常情況,值班人員的判斷和處理將直接影響機(jī)組的安全。

對(duì)于單臺(tái)機(jī)組而言,以上問(wèn)題影響著機(jī)組運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性;而當(dāng)受影響的機(jī)組范圍擴(kuò)大,就可能從一定程度上動(dòng)搖整個(gè)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的根基。并且,大量的啟停對(duì)于全社會(huì)用電成本的增加亦不容小覷。

防患未然:煤電危局何解?

要紓解煤電困局,讓煤電作為電力安全保障“壓艙石”能夠壓得穩(wěn)、壓得久,從短期看,一是要讓煤電啟停的綜合成本在公平的分?jǐn)倷C(jī)制下能夠得到合理補(bǔ)償,二是應(yīng)通過(guò)合理的棄風(fēng)棄光來(lái)適當(dāng)緩解煤電調(diào)峰壓力;從長(zhǎng)期看,則要持續(xù)推動(dòng)全社會(huì)共擔(dān)能源轉(zhuǎn)型成本、共享綠色轉(zhuǎn)型成果。

短期內(nèi),新能源依然會(huì)保持一定速度的增長(zhǎng),煤機(jī)需要承擔(dān)的調(diào)峰形勢(shì)會(huì)愈加嚴(yán)峻。面對(duì)設(shè)備受損、壽命損耗、燃燒惡化及運(yùn)行操作風(fēng)險(xiǎn)等諸多潛在安全隱患,如果煤電機(jī)組不能得到合理的成本補(bǔ)償,導(dǎo)致生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)狀況持續(xù)惡化,既會(huì)影響煤電企業(yè)的投資能力和投資積極性,使得旨在進(jìn)一步降低機(jī)組能耗、提升靈活性和調(diào)節(jié)能力的節(jié)能降碳改造、靈活性改造、供熱改造“三改聯(lián)動(dòng)”難以實(shí)施;也會(huì)影響發(fā)電可靠性,進(jìn)而威脅電網(wǎng)運(yùn)行安全。

因此,建議相關(guān)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)的制定要能夠真實(shí)反映煤電機(jī)組啟停的綜合成本,包括啟停過(guò)程中的煤、油、水、廠用電等能耗成本,以及壽命折損成本、額外檢修成本等。同時(shí)應(yīng)秉持“誰(shuí)受益、誰(shuí)分?jǐn)?rdquo;的原則,推動(dòng)所有煤機(jī)啟停調(diào)峰的受益方(如跨省跨區(qū)送電)平等參與相關(guān)費(fèi)用的分?jǐn)偅ㄒ?jiàn)圖6)。

  

同時(shí),也應(yīng)當(dāng)以辯證和發(fā)展的眼光去看待新能源消納問(wèn)題,對(duì)于新能源發(fā)展速度較快的地區(qū),適當(dāng)降低對(duì)新能源消納率的預(yù)期。當(dāng)新能源消納存在較大壓力時(shí),通過(guò)合理的棄風(fēng)棄光來(lái)平衡好新能源消納率與電力系統(tǒng)運(yùn)行安全性、經(jīng)濟(jì)性之間的關(guān)系。

長(zhǎng)期而言,當(dāng)前癥結(jié)的根本在于現(xiàn)階段煤電承擔(dān)了大部分能源轉(zhuǎn)型成本,而綠色轉(zhuǎn)型成果既然由全社會(huì)共享,就理應(yīng)由全社會(huì)共同承擔(dān)。在電源側(cè),新能源作為未來(lái)一段時(shí)間發(fā)電量增量主體,需要在配儲(chǔ)、功率預(yù)測(cè)水平、智慧化調(diào)度等方面持續(xù)提升發(fā)電出力可靠性;在電網(wǎng)側(cè),隨著跨省跨區(qū)送受電規(guī)模進(jìn)一步提升,要著力推動(dòng)跨省跨區(qū)送電與省內(nèi)市場(chǎng)更加有效地銜接;在用戶(hù)側(cè),應(yīng)著力提升靈活調(diào)節(jié)與需求響應(yīng)能力,并逐步建立面向全體用戶(hù)的可再生能源消納責(zé)任權(quán)重機(jī)制;在儲(chǔ)能側(cè),要逐步明確各種技術(shù)路線(xiàn)的應(yīng)用場(chǎng)景和收益模式,實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能規(guī)?;l(fā)展,滿(mǎn)足系統(tǒng)日內(nèi)調(diào)節(jié)需求。

在“雙碳”目標(biāo)指引下,我國(guó)新型電力系統(tǒng)建設(shè)已然步入加速轉(zhuǎn)型的快車(chē)道。行穩(wěn)方能致遠(yuǎn),要化解煤電今日之困境,既需因時(shí)制宜、對(duì)癥下藥,做好成本補(bǔ)償、費(fèi)用疏導(dǎo)與新能源合理消納;又要著眼未來(lái)、攻堅(jiān)克難,不斷加強(qiáng)技術(shù)突破,持續(xù)完善市場(chǎng)機(jī)制,推動(dòng)“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”協(xié)同發(fā)展,共同為新型能源體系建設(shè)保駕護(hù)航。 

原標(biāo)題:煤電調(diào)峰新常態(tài)下的頻繁啟停之憂(yōu)
 
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