關于加快發展超超臨界燃煤發電機組的建議

趙春生， 羅建超， 王 婧

（1.華能北京熱電有限責任公司， 北京 100023； 2.華北電力大學， 北京 102206）

0 引言

使用燃煤進行發電是我國能源結構的主要組成部分，大容量高參數先進超超臨界（A-USC）發電技術是煤炭高效清潔利用的重要方向，能夠有效降低發電成本、減少污染物排放[1-3]。 近年來，國內外針對A-USC 發電技術進行了多項基礎理論、實驗和工程實踐研究。目前我國投運的USC 機組蒸汽參數采用25～27MPa、600℃等級，正在持續研究35MPa、700℃等級及以上A-USC 發電機組[4，5]。700℃USC 發電技術是600℃的下一代技術，供電效率可達到50%左右，煤耗可再降低20～30g/kW·h[6-9]。

1 國內外USC 燃煤發電機組的發展現狀

1.1 我國USC 燃煤發電機組的現狀

由于目前700℃耐高溫鎳基合金材料還未成熟，我國正大力發展600℃的USC 一次/二次再熱機組。 我國目前已投入運行94 臺600℃、1000MW USC 機組，首批自主研制的二次再熱超超臨界機組已經成功投運， 運行結果表明機組節能減排的優勢明顯。

與歐洲、美國、日本等國相比，我國700℃的USC 發電技術研發起步較晚，但進展很快，目前處于并跑階段?！笆濉逼陂g針對700℃USC 發電技術開展了基礎性研究，比如，2010 年能源局成立了700℃發電產業聯盟，聯合國內科研機構和企業對700℃超超臨界燃煤發電技術進行研究；2011 年“863”項目“700℃超超臨界燃煤發電技術關鍵設備研發及應用示范”啟動，項目進行了總體設計、關鍵材料研究及關鍵設備及平臺的研究等；2016 年華能南京熱電廠建成了700℃關鍵部件的試驗平臺，正在對高溫熱部件進行長時間驗證試驗， 試驗平臺已通過168 小時的試運行[10]。 在主機方案研究方面，中國電力工程顧問集團公司組織相關單位開展了700 ℃USC 的總體技術方案研究。 我國700℃USC 燃煤發電技術研究開發工作已取得一定成果。

700℃USC 發電技術發展的主要難點在于先進高溫材料的研發與蒸汽溫度提高上[11，12]，還有因為機組參數提高帶來的相關技術問題， 比如700℃發電機組系統優化、700℃鍋爐技術、 700℃汽輪機技術、輔機技術的開發以及關鍵部件的實爐驗證等[13，14]。

1.2 國外USC 燃煤發電機組的現狀

歐洲、 美國和日本較早啟動了700℃以上A-USC 發電技術研究計劃，經過多年的發展，取得了不同程度的進展。 歐洲最早于1998 年啟動，目前已基本完成相關材料的研發，正進行高溫部件的驗證試驗[13]；美國于2001 年啟動，蒸汽參數比較高，達到38.5MPa/760℃/760℃，美國的開發主要集中在新材料的研發；2008 年日本啟動 “先進的超超臨界壓力發電”項目研究計劃，雖然起步較晚，但在高溫材料研發方面已取得突破性進展[15-18]。主要發達國家A-USC 發電技術的研究都致力于材料的研究， 鍋爐、汽輪機、輔機等的設計與制造以及熱力系統優化技術等。

2 我國USC 燃煤發電機組發展遇到的問題

經過多年努力，我國USC 燃煤發電機組水平得到了很大提高， 我國700℃技術的發展與國外幾乎是同步的。目前遇到的主要問題有： 一是600℃USC 機組在變負荷情況下機組適應能力較差，需進一步加強系統優化。我國已投運的USC 機組尤其是二次再熱機組存在變負荷情況下適應能力不強的問題， 機組只是在額定工況下熱效率達到設計值、運行經濟性能好，但部分負荷下機組經濟性明顯下降[6]。這是因為我國燃煤發電不僅煤質多變且承擔電力系統調峰等責任， 造成部分負荷下機組經濟性明顯下降。 因此USC 燃煤發電機組二次再熱機組的系統配置等方面還有很大的提升空間， 需要進行更進一步的節能優化研究， 使機組適應負荷變化的情況下仍然能保證較好的經濟性和調峰能力；二是700℃等級發電技術有待進一步加強技術攻關。700℃USC 發電技術還有待進一步突破，在材料研發、結構設計、制造技術和系統優化技術還有待改進和提高[11，12]。700℃機組系統節能優化的目標是在提高機組發電效率的同時盡量降低機組技術難度，尤其要降低材料上的難度和機組建設成本[19]。 700℃USC 發電技術還需要解決大型鑄鍛件和高溫管道依賴進口、機組熱力系統有待優化等問題。 目前雖然取得了一定進展，但正處于關鍵攻關期，需要國家投入更大的力量支持。

3 進一步推進我國USC 燃煤發電機組發展的措施建議

一是加強超USC 燃煤發電機組的系統優化研究。 基于現有的機組運行經驗， 分析實際工況， 以提高600/700℃USC 機組效率和靈活性為研目標，圍繞機組全工況過程耦合匹配機理、整體優化設計等關鍵問題，開展600/700℃高效超超臨界燃煤發電機組熱力系統優化研究。

二是加強USC 燃煤發電機組與可再生能源的耦合，促進多能互補。 我國近年來積極支持發展可再生能源，USC 燃煤發電機組存在變負荷適應能力不強的問題，與可再生能源的靈活性特點可以互相耦合彌補。 因此建議加大USC 燃煤發電機組與可再生能源的耦合發展，發展風電、太陽能、地熱能、生物質能和海洋能等可再生能源與燃煤機組的耦合研究，建立多能互補的網絡，從而提高機組調峰、調頻的靈活性。

三是加快A-USC 燃煤發電機組系統關鍵共性技術研發。組織國內優勢科研院所、大專院校、制造企業、用戶企業聯合攻克USC 燃煤發電機組系統關鍵共性技術。 推動創新能力、研發設計能力、制造能力、產品配套能力建設。 加大對USC 燃煤發電機組基礎性的共性關鍵技術研發，探索建立集研發、工程應用與技術服務于一體的AUSC 創新中心和制造業服務創新體系。

4 結論

A-USC 燃煤發電技術是煤炭高效清潔利用的重要途徑。 當前是我國自主研發700℃USC 燃煤發電技術的關鍵時期，但該技術研究難度大，是一項復雜的系統工程。建議國家進一步加大支持力度，加強產業協同，加強共性關鍵技術突破， 加強600℃等級機組的系統優化研究，促進USC 燃煤發電機組與可再生能源的耦合發展，促進多能互補， 研發我國自主知識產權的A-USC 發電機組，提高我國超超臨界機組的設計、制造能力，形成系統集成能力和產業集群，為我國電力的可發展做出貢獻。