以变革促发展——探究“双碳”背景下火电发展新挑战和新对策

余金虎

（国能徐州发电有限公司，江苏 徐州 221000）

我国缺油少气的资源现状决定了火电仍将长期处于电力发电行业中的主要部分，然而，传统火电技术已经不能满足时代发展以及环境保护的要求，打造新时代下的“清洁煤电”已经不能仅仅停留在口号上，超低排放，已经成为火电行业在新发展背景下的必然发展方向。

1 “双碳”背景下火电电力行业面临的挑战

1.1 碳达标和碳中和目标解读

力争在2030 年前实现碳达标、在2060 年前实现碳中和，是我国在新时代背景下促进国家生态发展建设以及促进国际环境保护工作的重要承诺。“双碳”目标不仅意味着我国绿色发展道路迈上了新高度，也对各个行业进行深刻系统性的变革提出了要求，以便适应在全球能源结构深化改革的大背景下的经济的可持续发展。

1.2 “双碳”目标对火电行业发展提出的新要求

力争在2030 年前实现碳达标，在2060 年前实现碳中和的重要战略目标，关键在于火电行业的创新变革。火电行业能源利用率较低、产品能耗物耗高等突出问题必须得到解决，火电行业的“三高一低”（高投入、高能耗、高污染、低效益）状况必须得到改善，加强对低碳排放的技术研究，提高效益和效率，实现能源结构的优化调整以及能源供给技术的创新进步，构建在新型国内国际环境下的火电新型电力系统。“双碳”目标给火电行业带来了巨大挑战的同时，也给火电行业更快实现绿色转型低碳发展提供了机遇。

2 传统火电行业技术发展的弊端和问题

2.1 火电机组使用年限问题

据研究表明，目前国外火电机组（主要指煤电机组）的使用年限最长已经超过60 年，且部分国家中煤电机组服役年限在30～60 年的数目占总数的90%以上。相比之下，我国火电机组使用年限仍然是限制火电电力系统发展、实现产能优化的重要因素。据中国电力企业联合会可靠性管理中心统计，机组服役年限在10 年及以下的占比就高达56.58%，服役年限能够超过30 年的机组所占比重甚至近乎没有，这充分暴露出我国在火电机组设计时的缺陷。尽管目前我国已经在延长火电机组方面开展了深入研究与实践，火电机组的寿命较原来已经有了提升，但增长机组使用寿命，对机组进行改造调整，加快促进火电机组更新换代，从根本上解决机组提前搁置、资源浪费问题，更好地推动火电机组实现供给侧结构性改革，提高火电行业经济效益，仍然是需要予以重点关注的话题，也对于实现碳中和、碳减排目标、优化产业结构有着重大的现实意义。

2.2 燃煤发电效率低下

尽管超临界火电机组以及超超临界机组已经落地实现，并逐步开展投入使用，但我国的燃煤效率问题仍然较为突出。超临界火电机组以及超超临界机组虽然在一定程度上对于提高燃煤效率、解决发电效率较低的问题有很大的帮助，并逐渐成为我国火电技术发展的主要方向和建设目标，但目前超临界和超超临界技术并未在我国火电行业得到广泛的应用，其较低的可靠性以及可用性使得这种技术在应用时非常容易频繁出现各种各样的故障，影响火电技术的发展和火电机组的稳定性，因此，目前燃煤发电效率问题依旧尚未解决。我国火电机组主要是由燃煤机组构成，其占比约为98.7%，燃煤机组发电效率普遍在35%～38%，与其消耗的资源量相比，其效率远远没有达到要求，且其较低的效率也会对火电技术提高、火电行业的长远发展产生直接的影响。

2.3 对燃料依赖性强

火电技术的实现主要依赖我国丰富的化石能源，火电在生产过程中要消耗大量的资源，一旦化石能源匮乏，电力市场的稳定结构会直接遭到破坏。另外，火电正处于也将长期处于我国电力发展的重要地位，化石能源的价格受到国际的影响较大，国际运输以及国家外汇等都会对化石能源的价格造成影响，一旦国际形势等发生变化，会间接对火电行业发展造成巨大影响，也会造成我国火电行业发展处于被动的不利地位。

2.4 环保问题、资源问题突出

火力发电对能源消耗巨大，随着火电技术的消耗，不可再生资源（煤炭）一旦被消耗殆尽，将会造成严重的资源枯竭现象。且火电技术的效率目前还普遍较低，一次能源消耗大，不仅资源利用不充分，也会带来较大的碳排放量，造成较严重的环境问题。

3 如何实现火电技术创新性发展，落实低碳目标

3.1 可视化赋能，打造数字孪生技术下的智慧火电

火电担负着发电行业节能减排的重要责任和使命，新时代下打造智慧火电已经成为大势，通过HT 可视化技术数字孪生技术与火电技术结合，可以很好地实现在新形势下的火电智能化、绿色化转型，促进碳达峰、碳中和目标的更快实现。数字孪生技术下的火电技术，就是将在真实条件下获取的数据等借助计算机运用到虚拟火电厂进行仿真模拟等，从而提前做出更好的规划指导安排，避免出现安全隐患，优化火电厂技术流程。借助数字孪生技术，也可以实现火电厂管理更加趋于精细化和安全系统化。再者，借助虚拟电厂，并与物联网和现代信息通信技术等紧密结合，可以更全面地观察火电厂各方面的情况 ，分散在电网的各类资源（电源、储能等）也能得到更好的聚合，资源得到了更优的调配以及使用，智慧减碳也成为可能，用更少的煤发更多的电也在逐渐实现。例如，在燃煤发电厂中，结合数据传输技术，工作人员可以同步获得厂区发电时汽轮发电机组以及锅炉的实际运行情况，以及各种生产要素的参与情况。生产流程非常直观地通过计算机显现在工作人员面前，避免了人员在生产过程中参与过多，极易引发安全事故的问题；同时借助数字孪生技术，研究人员可以控制不同生产要素的量，来模拟不同情况下的生产效率，对提高火力发电效率、一次资源利用率提高、火电厂经济效益见好、实现环境友好型火电也有很大的帮助。

3.2 火电技术灵活性改造，实现厂网、机网协调

在“十三五”计划中，明确提出了对火电技术进行灵活性改造的计划，如今“十四五”已经到来，火电技术灵活性改造已经落地实施，目前正处在瓶颈阶段，突破瓶颈实现升级换挡迫在眉睫。在火电灵活性改造的技术改进方面，必须加强促进产学研一体化融合，促进火电技术朝着清洁高效的智能方向加快发展，对污染物的排放予以重点关注，必要时借鉴国外先进技术手段，淘汰落后的火电技术，促进火电技术创新发展。同时，完善市场化电价体系，提高火电灵活性改造的核心驱动力，以最小负荷、爬坡速率、启停时间作为改造指标，注重解决机组在低负荷时脱硝装置低负荷投运等问题，采用等离子无油、微油点火等较环保简便的助燃方式保证在低负荷时机组的稳定运行。

3.3 储能技术革新，提高火电技术效率

要实现火电技术在新时代能源变革中稳步发展，储能技术要革新，必须转变思维，增大内生动力，构建新型火电发展体系。熔盐储能技术主要是借助熔盐储能材料实现储能，这种储能方式具有很好的稳定性，且熔盐黏度低，因此资源节约效果也很好，绿色环保低成本使得这种技术非常适合大规模应用，目前熔盐储能技术已经成为大规模高温储能的首选以及未来的发展方向。因此，要加大熔盐储能技术的规模化应用，推动实现多能互补应用，实现火电能量的梯级应用，提高资源利用率。熔盐储能技术分为电加热熔盐以及蒸汽加热熔盐两种，目前在火电发展上主要采用电加热熔盐技术，通过对不同能源的互补耦合，为优化火电行业能源结构、实现更加清洁的低碳火电、促进实现产业结构调整、实现新时期可持续绿色发展提供了机会。

3.4 火电-光伏-储能联动发展，促进火电行业转型发展

光电新能源技术虽然发展迅猛，但作为电力系统的压舱石，火电仍是目前电力系统和电网得以稳定运行的关键。构建火电—光电联合的新型电力系统，也是促进火电行业抓住新时代发展方向的关键。要知道，火电发展与新能源光伏发电并不是互相冲突的两种发展模式，二者应该是和谐共处，共同促进电力发展的关系。火电-光伏-储能联动发展，在一定程度上弥补了火电的短板，为其更高效利用资源，实现减碳目标提供了条件。在火电厂设置光伏储能项目，火电厂省去了建立升压站的成本和精力，实现并网仅需要接入厂用地系统即可，这对于火电机组调峰调频能力的提高起到了促进作用，同时也间接提高了火电厂的经济效益，此外，清洁能源的利用率也得到了提升。

3.5 推进生物质耦合发电，落实节能减排目标

煤炭的消耗量大而产电效率不高是目前火电技术发展中的重要问题，如何实现在煤炭消耗不变甚至减小的前提下效率得到提高，必须从能源角度进行探索研究寻找解决途径。生物质耦合发电技术改变了传统的蒸汽循环煤电系统发电的方法，而是将生物质燃料与煤耦合混烧，并根据实际情况逐步实现生物质燃料比重的升高，以此来实现碳排量的大大减少。生物质耦合发电技术有直接混燃耦合、分烧耦合、生物质气化与煤混燃耦合，生物质燃料作为可再生资源，对于探索火电长期发展新模式带来的新思路。这种新型火力发电模式极大地节约了煤炭等一次资源，减缓了我国不可再生资源的消耗速度，也大大降低了煤电机组的碳排量，对实现火电行业的可持续低碳发展也有很大的帮助。

4 结语

火电行业已经处在一个要进行转型的时代，通过创新、发展技术来实现火电行业的绿色化高效化发展已经不仅仅是企业自身发展的要求，更是能源结构变革、火电技术改进、实现我国电力行业改革以及电力系统结构优化的重大要求。相关人员必须顺应政策响应时代要求，以技术创新和环境保护为中心，把提高火电效率放在第一位，让火电实现“再建”。