创新发展先进技术，驱动煤电转型升级

来源：中国电力新闻网 时间：2022-08-05 17:07

　　《十四五能源领域科技创新规划》解读

　　——创新发展先进技术，驱动煤电转型升级

　　4月2日，国家能源局、科学技术部联合发布了《“十四五”能源领域科技创新规划》（以下简称《规划》）。其中，“先进燃煤发电技术”板块设置了7项重点任务，另外在“行业智能升级技术”板块设置了1项火电智能化重点任务，提出了煤电科技重点发展方向，高度契合了煤电行业面临的形势，具有鲜明的时代特色，受到了行业内的广泛关注。

　　一、继续发展煤电科技的形势和需求

　　进入21世纪以来，我国煤电行业高速发展了近二十年，在装机总量、先进煤电机组的能效水平、环保水平等方面均步入世界前列。截至2021年底，我国煤电装机规模已达到11.1亿kW，全国平均供电煤耗降至310g/kWh以下，先进超超临界二次再热机组的供电煤耗运行值达到270g/kWh以下，85%以上的煤电机组达到超低排放水平。据统计，“十三五”以来全国煤电机组平均度电煤耗累计降低12克，煤电行业消费了全国约60%的煤炭，排放的烟尘、氮氧化物、二氧化硫等大气污染物不到全社会总量的10%，我国已经建成全球最大的清洁煤电供应体系。

　　煤电行业是我国碳排放的主要来源之一，“双碳”目标下，逐步减少煤电发电量、不断实现非化石能源对化石能源的替代，是电力行业未来发展的主要趋势，煤电在我国电源结构中的占比将不断缩小。但是，煤电的作用仍难以取代，尤其是其顶峰作用、电力和热力保供作用、低成本供能作用等。根据相关规划测算，在近期乃至较长一段时期内，煤电仍将发挥顶梁柱和压舱石作用。

　　逐渐提高的间歇性新能源比例对电力系统传统运行模式产生了重大冲击，以煤电为代表的传统电源需要提供更多的灵活调节功能，但由于结构占比不断下降，在役煤电机组的调节能力需求将不断提升。同时，作为电力行业中主要的碳排放源，煤电还需要不断缩减碳排放量，并承担更多的供热替代，为能源领域的总体低碳转型贡献力量。多重要求下，先进煤电科技的需求愈加迫切，技术创新越发具有战略价值。

　　“十四五”时期是推动可再生能源发电更大规模发展、构建新型电力系统的关键时期，也是煤电通过科技创新实现高质量转型发展的关键时期，在国家级科技规划中明确其发展方向非常必要，也非常及时。

　　二、煤电科技的主要发展方向

　　清洁、高效、灵活、低碳、经济、智能是煤电技术发展的永恒目标，不同时期的侧重点则因宏观形势的差异而各有不同。

　　本次《规划》提出的煤电科技重点任务包括：“先进高参数超超临界燃煤发电技术”，“高效超低排放循环流化床锅炉发电技术”，“超临界二氧化碳（S-CO2）发电技术”，“整体煤气化蒸汽燃气联合循环发电（IGCC）及燃料电池发电（IGFC）系统集成优化技术”，“高效低成本的二氧化碳捕集、利用与封存（CCUS）技术”，“老旧煤电机组延寿及灵活高效改造技术”，“燃煤电厂节能环保、灵活性提升及耦合生物质发电等改造技术”，“火电厂数字化智能化技术”。

　　可以看出，重点任务中包含了前沿创新的集中攻关技术，包含了临近成熟的示范试验技术，也包含了验证可行的推广应用技术，既兼顾了不同成熟度技术的推进需求，也突出体现了当前形势下能源电力工业对煤电科技的特色要求。

　　（一）针对煤电的能效目标，共设置了3项重点任务，并有其他重点任务兼顾。

　　3项重点任务是：“先进高参数超超临界燃煤发电技术”，“超临界二氧化碳发电技术”，“整体煤气化蒸汽燃气联合循环发电（IGCC）及燃料电池发电（IGFC）系统集成优化技术”。

　　其中，“先进高参数超超临界燃煤发电技术”主要针对700℃技术和650℃技术。我国自“十二五”时期启动700℃技术研究攻关以来，已开展了高温材料研发、加工制造技术攻关、高温部件挂炉试验、集成设计优化等工作，取得了一批成果，但也出现了很多困难，目前仍不具备将技术用于商业化电站的条件。继续针对700℃等级高温合金材料及关键高温部件的制造、加工、焊接、检验等关键技术研究开展集中攻关，不但有助于推动煤电机组进一步提升参数、实现提效降碳，也有利于通过能源工程推动基础材料的研发，服务于国家更加广阔的技术需求。相比于700℃技术，650℃技术在高温材料、部件制造、焊接工艺等方面的储备更加充足，尤其国产化高温材料已初步具备应用条件，开展650℃先进技术示范是可行的。目前，华能集团正在开展650℃示范项目的前期工作。

　　“超临界二氧化碳发电技术”是进一步提升燃煤发电效率的潜在方向之一，且有望提升机组灵活性。我国在超临界二氧化碳发电领域的起步相对较晚，落后于美国、欧盟，亟需在基础物性研究、换热器等关键设备设计制造技术等方面开展集中攻关。国内西安热工院、上海成套院等与科研机构、设备制造商等合作，在系统集成设计、关键设备研发和制造等方面已取得显著进展，西安热工院已建成50MW 超临界二氧化碳发电系统，具备了开展10~50MW级超临界二氧化碳发电工程示范及验证的条件。

　　“整体煤气化蒸汽燃气联合循环发电（IGCC）及燃料电池发电（IGFC）系统集成优化技术”是面向未来的新型煤电技术。其中，IGCC技术便于兼顾碳捕集，IGFC则有望达到更高的系统效率，并具备与氢能系统互相连通的技术优势。国内IGCC技术已具备多年运行经验，IGFC技术则研发势头强劲、初步具备小规模设备基础，能够支撑示范试验任务。

　　在“老旧煤电机组延寿及灵活高效改造技术”和“燃煤电厂节能环保、灵活性提升及耦合生物质发电等改造技术”2项重点任务中，分别提出了煤电机组延寿改造与节能改造相结合、推广先进成熟的节能提效及综合利用技术，均具有现实必要性和可行性。

　　（二）针对煤电的低碳化，设置了1项重点任务，另有2项重点任务涉及低碳化方向，其余大部分重点任务也与低碳化相关。

　　“高效低成本的二氧化碳捕集、利用与封存（CCUS）技术”被认为是实现碳中和过程中及碳中和后煤电行业继续存续的关键支撑性技术。近十余年内，国内已实施多个煤电碳捕集示范项目，捕集规模500tCO2/年~12万tCO2/年不等，积累了丰富的研发和运行经验，但捕集效率低、能耗高、经济性差始终是该技术难以推广应用的主要障碍。随着碳达峰时间节点不断临近，针对吸收剂制备、系统集成优化等降低能耗技术的研究攻关已迫在眉睫。华能集团、国家能源集团所属电厂与油田等下游用户合作，分别开展了150万tCO2/年、50万tCO2/年的碳捕集项目前期工作，基本具备了实施百万吨级燃烧后二氧化碳捕集、利用与封存全流程示范的条件。

　　另外，在“整体煤气化蒸汽燃气联合循环发电（IGCC）及燃料电池发电（IGFC）系统集成优化技术”“燃煤电厂节能环保、灵活性提升及耦合生物质发电等改造技术”两项重点任务中，也分别提到了煤电低碳化发展的技术方向。尤其燃煤耦合农林废弃物、市政污泥等发电技术已较为成熟，应完善政策机制，推动更大范围的应用推广。

　　（三）针对煤电的经济性目标，设置了1项重点任务。

　　“老旧煤电机组延寿及灵活高效改造技术”提出了示范试验任务。根据统计，“十四五”期间将有近5000万kW煤电机组达到设计寿命，面临是否关停的问题。为了减少资产浪费，提高现有煤电资产的经济效益，对临寿机组开展评估并安排适宜机组验收运行是十分必要的。结合国内已有的实践经验，“十四五”期间可以进一步建立健全临寿机组的评估技术体系，形成先进适用的综合改造技术方案，并开展工程示范。

　　（四）针对煤电的智能化目标，设置了1项重点任务。

　　我国已具备发展智能电厂的技术基础，“火电厂数字化智能化技术”提出了示范试验任务。“十三五”以来，国内对于智能电厂的需求与热情高涨，已建或在建的智能电厂项目有数十项之多，其智能化方案主要集中于智能控制、故障诊断、燃料管理、三维应用等，在硬件、软件、设备等方面均有探索。“十四五”期间，需进一步推动建设具备快速灵活、少人值守、无人巡检、按需检修、智能决策等特征的智能示范电厂，全面提升火电厂全产业链智能化水平。

　　（五）针对煤电的环保目标，设置了1项重点任务，其他部分重点任务中也有兼顾体现。

　　自“十二五”推动煤电超低排放以来，我国常规煤粉炉的环保技术已取得长足进步。针对循环流化床机组的先进技术和针对常规机组的深度攻关技术被提上日程。

　　“高效超低排放循环流化床锅炉发电技术”提出了示范试验任务。我国已于“十三五”末启动了超超临界CFB示范机组建设，在此基础上，进一步开展CFB锅炉炉内石灰石深度脱硫以及NOx超低排放机理基础研究，将实现锅炉炉膛出口NOx、二氧化硫基本达到超低排放限值要求，大幅降低CFB锅炉的污染物控制成本。国家能源局在2020年度的能源领域首台（套）重大技术装备中已列入相关技术装备，目前多个工程均开展了项目前期工作，争取承接工程示范。

　　另外，“燃煤电厂节能环保、灵活性提升及耦合生物质发电等改造技术”提出了推广先进成熟的超低排放、深度节水、废水零排放、固废减量及综合利用技术，相关技术具备进一步提升煤电环保水平的潜力。

　　（六）针对煤电的灵活性目标，在其他重点任务中兼顾体现。

　　煤电灵活性提升技术在“十四五”期间将具有广泛的应用需求。国家发展改革委、国家能源局已提出共计2.5亿kW装机的煤电灵活性提升目标。《规划》重点任务“老旧煤电机组延寿及灵活高效改造技术”中提到了研究煤电延寿改造与灵活性提升改造等集成的综合改造技术，并开展工程示范及验证；“燃煤电厂节能环保、灵活性提升及耦合生物质发电等改造技术”提出要因地制宜推广低压缸零出力、加装蓄热装置、火-储联合调频等火电灵活性提升改造技术。

　　三、推动煤电科技发展的措施和建议

　　为了有力推动“十四五”能源领域科技创新，《规划》提出了健全能源科技创新协同机制、完善能源科技创新平台体系、推动能源科技成果示范应用、突出企业技术创新主体地位、优化能源行业技术标准体系、加大规划任务资金支持力度、加强能源科技创新国际合作、加速能源科技创新人才培养等8项保障措施。8项措施突出了协同合作的理念，重视创新平台和人才基础建设工作，强调企业的主体地位，并明确将加大资金支持力度，相关措施对于煤电行业的技术创新具有重要的引导意义。

　　值得注意的是，煤电项目多为大型能源工程，投资额高、系统复杂、安全保供影响大。作为传统的电源形式，煤电总体技术已十分成熟，但也意味着许多机组的工艺参数设计值已临近材料安全、设备稳定运行的边界，进一步提升能效、灵活性等往往具有牵一发而动全身的影响。因此，实施煤电科技攻关，尤其是开展示范应用时，建议相关单位务必压实责任，充分开展技术评估论证，稳妥推进先进技术的示范试验和推广应用。

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