《煤電機組靈活性改造標準體系預研》

煤電機組靈活性改造

標準體系預研報告

組織單位：中國電力企業(yè)聯(lián)合會標準化管理中心

主編單位：西安熱工研究院有限公司

參編單位：國家電力調(diào)度控制中心、國家電網(wǎng)有限公司東北分部、國家電網(wǎng)有限

公司西北分部、西安交通大學、中國大唐集團科學技術(shù)研究院有限公司、上海發(fā)

電設(shè)備成套設(shè)計研究院有限責任公司、國家能源集團科學技術(shù)研究院有限公司、

華電電力科學研究院有限公司、東方汽輪機廠、哈爾濱汽輪機廠、東方電氣集團

東方鍋爐股份有限公司、哈爾濱鍋爐廠、沈陽世杰電器有限公司、北京瑞特愛能

源科技股份有限公司、深圳市科陸電子科技股份有限公司、南通江海電容器股份

有限公司、百吉瑞（天津）新能源有限公司、沈陽微控新能源技術(shù)有限公司

2021年7月

一、研究背景

1.電源發(fā)展現(xiàn)狀

近年，我國電源結(jié)構(gòu)持續(xù)調(diào)整、優(yōu)化，可再生能源加快發(fā)展，消納水平持續(xù)

改善。截至2020年底，全國全口徑裝機容量22億千瓦，見表1。其中火電裝機

12.5億千瓦，占比56.58%，火電占總裝機的比重同比下降2.60個百分點；風電

裝機2.82億千瓦，占比12.79%，太陽能發(fā)電裝機2.53億千瓦，占比11.52%，

風電、太陽能占總裝機的比重同比上漲3.75個百分點。發(fā)電量方面，火電同比

增加2.5%，風電增加15.1%，太陽能發(fā)電增加16.6%，新能源在電力系統(tǒng)中的地

位已發(fā)生變化，正在向電能增量主力供應者過渡。隨著風電、光伏發(fā)電的技術(shù)進

步和產(chǎn)業(yè)升級，造價和度電成本總體呈現(xiàn)逐年下降趨勢，發(fā)電效率持續(xù)提升，即

將步入平價上網(wǎng)時代，預計“十四五”期間新能源仍將繼續(xù)快速發(fā)展，裝機和發(fā)電

量占比仍將持續(xù)提高。以煤為主的能源體系向清潔能源轉(zhuǎn)型，風電、光電等間歇

式電源逐漸占據(jù)了新增電源的主要部分，系統(tǒng)調(diào)峰需求日益增加。

表1-12019-2020年全國發(fā)電裝機及同比增長單位：萬千瓦

2020年比2016

序號指標名稱2020年2019年同比（%）2016年

年增長（%）

1發(fā)電裝機總量2200582010069.516505133.3

2其中：火電1245171189574.710609417.4

3水電37016358043.43320711.5

4核電498948742.4336448.3

5風電281532091534.61474790.9

6太陽能發(fā)電253432041824.17631232.1

表1-22019-2020年全國發(fā)電量對比單位：億千瓦時

2020年比2016

序號指標名稱2020年2019年同比(%)2016年

年增長（%）

1全國發(fā)電量76236732694.06022826.6

2火電51743504652.54327319.6

3水11174815.4

1

4核電366234875.0213271.8

5風電4665405315.1240993.6

6太陽能發(fā)電2611224016.6665292.6

可再生能源替代傳統(tǒng)能源等低碳發(fā)展的能源轉(zhuǎn)型，是對“2030碳達峰、2060

碳中和”發(fā)展目標的重要支撐，同時對中國傳統(tǒng)的煤電系統(tǒng)和電力系統(tǒng)帶來巨大

沖擊。我國近年來風電、光伏等可再生能源的規(guī)模和比重大幅提高，這些機組的

出力穩(wěn)定性和調(diào)節(jié)性較差，接入電網(wǎng)后，需要其它機組增加調(diào)峰、調(diào)頻等輔助服

務的能力。此外，西電東送等大型輸電工程和特高壓線路相繼投產(chǎn)，電能的長距

離輸送增加了對無功、聯(lián)絡(luò)線功率偏差調(diào)整等輔助服務的需求。由于電力系統(tǒng)適

應新能源發(fā)展的系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力不足，靈活性調(diào)峰電源嚴重缺乏，煤電成了調(diào)峰主

力。煤電正由傳統(tǒng)的提供電力、電量的主體電源，逐步轉(zhuǎn)變?yōu)樵谔峁╇娏?、電?/p>

的同時，向電力系統(tǒng)提供可靠容量、調(diào)峰調(diào)頻等輔助服務的基礎(chǔ)性、調(diào)節(jié)性電源，

煤電的作用和定位發(fā)生了根本的改變。

截至2019年5月，“三北”地區(qū)累計完成火電機組靈活性改造5078萬千瓦。

國家遴選的22個試點項目中，東北地區(qū)試點項目完成80%，華北地區(qū)完成25%，

西北地區(qū)完成靈活性改造較少。從調(diào)峰補償費用看，2018年全國用于調(diào)峰輔助

服務補償費用共計52.3億元，占總補償費用的35%，同比增長約10%，其中東

北區(qū)域合計27.8億元，占全國一半以上。從保障供應的角度看，煤電在相當長

時期內(nèi)仍將在電力系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用，是我國電力安全可靠供應的“壓艙石”

和“穩(wěn)定器”，一旦其他電源發(fā)展不及預期，客觀上需要增加煤電規(guī)模進行保供和

托底。

清潔能源的健康發(fā)展離不開煤電靈活性調(diào)節(jié)支持。在大規(guī)模、高波動性清潔

能源電力接入的情況下，系統(tǒng)對靈活性電源需求不斷提高，作為當前最經(jīng)濟可靠

的調(diào)節(jié)電源，煤電將更多地承擔系統(tǒng)調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)壓和備用功能。煤電靈活性

改造將是能源轉(zhuǎn)型背景下電力生產(chǎn)的趨勢，建立煤電機組靈活性改造技術(shù)標準體

系，可為靈活性改造技術(shù)在實際推廣應用中提供標準化、規(guī)范化、科學化的技術(shù)

參考。通過行業(yè)標準在技術(shù)上保持行業(yè)高度的統(tǒng)一和協(xié)調(diào)，從而推動靈活性改造

項目的規(guī)范、高效進行，促進行業(yè)的發(fā)展與進步。

2

2.靈活性改造相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策情況

電力輔助服務是指為了保證電力系統(tǒng)安全、電能品質(zhì)、電力交易和電力供應，

由發(fā)電企業(yè)提供的除正常電能生產(chǎn)輸送之外的其它服務，靈活性需求的增加使得

電力輔助服務重要性凸顯。

2006年，原國家電力監(jiān)管委員會印發(fā)《并網(wǎng)發(fā)電廠輔助服務管理暫行辦法》，

明確電力輔助服務包括：一次調(diào)頻、自動發(fā)電控制（AGC）、調(diào)峰、無功調(diào)節(jié)、

備用、黑啟動等，其中有償輔助服務包括自動發(fā)電控制（AGC）、有償調(diào)峰、有

償無功調(diào)節(jié)、備用、黑啟動等。自2008年始，華北、華中、華東、南方、東北

和西北電監(jiān)局及各省電監(jiān)辦陸續(xù)出臺本區(qū)域的兩個細則。2014年，國家能源局

印發(fā)《關(guān)于積極推進跨省跨區(qū)電力輔助服務補償機制建設(shè)工作的通知》，將跨省

跨區(qū)交易電量納入電力輔助服務補償機制范疇。

為了破解新能源消納困境，《電力發(fā)展"十三五"規(guī)劃》(2016-2020)中將"加強

調(diào)峰能力建設(shè)，提升系統(tǒng)靈活性"作為重點任務?！兑?guī)劃》提出，從負荷側(cè)、電源

側(cè)、電網(wǎng)側(cè)多措并舉，提升系統(tǒng)靈活性。同時指出，將全面推動煤電機組靈活性

提升，"十三五"期間，改造煤電機組容量2.2億千瓦，其中熱電機組改造規(guī)模為

1.3億千瓦，純凝機組改造規(guī)模為9000萬千瓦。

2016年11月國家能源局、東北監(jiān)管局印發(fā)了《東北電力輔助服務市場運營

規(guī)則(試行)》。東北電網(wǎng)調(diào)峰輔助服務辦法由于引入了市場化機制，在國家、電

網(wǎng)和用戶未增加支出的情況下，激發(fā)了火電企業(yè)實施靈活性提升和參與調(diào)頻調(diào)峰

的積極性。隨后，山東、華北、福建等地區(qū)也陸續(xù)開展輔助服務市場建設(shè)。

表1-3東北深度調(diào)峰交易分檔及報價上、下限

報價報價下限報價上限

時期火電廠類型火電廠調(diào)峰率

檔位（元/kWh）（元/kWh）

純凝火電機組40%＜負荷率≤50%

第一檔00.4

非供熱期熱電機組40%＜負荷率≤48%

第二檔全部火電機組負荷率≤40%0.41

純凝火電機組40%＜負荷率≤48%

第一檔00.4

供熱期熱電機組40%＜負荷率≤50%

第二檔全部火電機組負荷率≤40%0.41

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表1-4東北應急啟停調(diào)峰報價

機組額定容量級別報價上限

（萬千瓦）（萬元/次）

1050

2080

30120

50~60200

80~100300

2017年，國家能源局印發(fā)《完善電力輔助服務補償（市場）機制工作方案》

積極探索建設(shè)電力輔助服務市場，著力解決局部地區(qū)棄風、棄光、棄水、限核和

系統(tǒng)調(diào)峰、供暖季電熱矛盾等突出問題。

2018年8月國家發(fā)展改革委國家能源局關(guān)于提升電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力的指導

意見發(fā)改能源〔2018〕364號要求根據(jù)不同地區(qū)調(diào)節(jié)能力需求，科學制定各省火

電靈活性提升工程實施方案?！笆濉逼陂g，力爭完成2.2億千瓦火電機組靈活

性改造（含燃料靈活性改造，下同），提升電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力4600萬千瓦。優(yōu)先

提升30萬千瓦級煤電機組的深度調(diào)峰能力。改造后的純凝機組最小技術(shù)出力達

到30%~40%額定容量，熱電聯(lián)產(chǎn)機組最小技術(shù)出力達到40%~50%額定容量；部

分電廠達到國際先進水平，機組不投油穩(wěn)燃時純凝工況最小技術(shù)出力達到

20%~30%。

3.靈活性改造現(xiàn)狀及存在問題

1）國外煤電機組靈活性改造情況

國外煤電機組靈活性改造情況已有相關(guān)報告進行了充分的論述，詳見中電聯(lián)

《煤電機組靈活性運行政策研究》，國外成熟的電力市場已建立起配套的容量市

場機制。通過稀缺資源的價格信號有效激勵發(fā)電側(cè)資源配置，實現(xiàn)優(yōu)化系統(tǒng)運行

的目的。已形成成熟的電力現(xiàn)貨市場的國家，并未針對調(diào)峰輔助服務設(shè)置單獨的

補償，主要是采取現(xiàn)貨市場的邊際價格出清機制，通過不同時段的價格信號，來

引導市場成員在高峰和低谷時段調(diào)整出力。丹麥、德國的經(jīng)驗表明，煤電靈活性

改造技術(shù)是可行的。丹麥煤電機組改造后最小出力低至15%-20%，德國為

25%-30%。完善的電價機制是煤電靈活性改造的驅(qū)動力。丹麥的火電利用小時數(shù)

從調(diào)峰前的5000小時下降到了調(diào)峰后的2500-3000小時，但調(diào)峰收入仍然確保

4

了其可以獲得合理的收益。

2）國內(nèi)煤電機組靈活性改造現(xiàn)狀

2016年6月國家能源局正式啟動靈活性改造示范試點項目。能源局選取了

可再生能源消納問題較為突出地區(qū)的22個典型項目進行試點，拉開了靈活性改

造的序幕。2020年，受火電靈活性發(fā)展等影響，清潔能源消納整體形勢持續(xù)好

轉(zhuǎn)，上半年風電、光伏發(fā)電利用率分別達到96.1%、97.9%，同比上升0.8、0.3

個百分點。

目前，我國各火電企業(yè)正在陸續(xù)進行機組靈活性改造，主要涉及低負荷穩(wěn)燃、

低負荷脫硝、熱電解耦、提升機組變負荷速率、儲能調(diào)峰等技術(shù)。在現(xiàn)有技術(shù)支

撐下，純凝煤電機組最低調(diào)峰負荷可降低至20%以下，供熱機組電負荷調(diào)節(jié)能力

可提升10%以上。與此同時，煤電靈活性研究還在兩班制運行、快速調(diào)節(jié)等方面

進行了大量技術(shù)探索，十三五末期，我國已有一大批煤電機組負荷響應速率可達

到2.0%Pe，相比于靈活性改造前調(diào)節(jié)速度大幅提升。

3）存在的問題

能源局火電靈活性改造示范項目開展以來，為提升燃煤機組調(diào)峰能力和促進

新能源消納，做出了積極貢獻，棄風率、棄光率、棄水率等情況總體趨好。但對

照《電力發(fā)展"十三五"規(guī)劃》，縱觀十三五期間相關(guān)改造情況，煤電靈活性改造

容量及范圍等均偏離規(guī)劃目標值較多。問題主要體現(xiàn)如下：

一是示范項目技術(shù)路線多，但后續(xù)推廣項目少，例如電鍋爐或儲熱罐改造項

目，后續(xù)推廣的案例并不多；

二是試驗項目多但實際使用少，例如旁路供熱大多屬于試驗、應急備用性質(zhì)，

但實際長期運行的項目不多；

三是供熱機組改造多，但純凝機組改造少，例如北方熱電解耦靈活性改造多，

但是南方純凝機組深度調(diào)峰改造偏少；

四是部分技術(shù)性價比不高，有待進一步技術(shù)進步，例如蓄電池儲能調(diào)峰調(diào)頻

項目等；

五是部分靈活性改造技術(shù)路線，機組壽命必然或多少受影響，全壽命周期內(nèi)

的損耗分布會發(fā)生變化，目前沒有進行研究。

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4.目的和意義

標準是構(gòu)成國家核心競爭力的基本要素，是規(guī)范經(jīng)濟和社會發(fā)展的重要技術(shù)

制度。長期以來，標準作為國際交往的技術(shù)語言和國際貿(mào)易的技術(shù)依據(jù)，在保障

產(chǎn)品質(zhì)量、提高市場信任度、促進商品流通、維護公平競爭等方面發(fā)揮了重要作

用。隨著經(jīng)濟全球化進程的不斷深入，標準在國際競爭中的作用更加凸顯，繼產(chǎn)

品競爭、品牌競爭之后，標準競爭成為一種層次更深、水平更高、影響更大的競

爭形式。因此，世界各國越來越重視標準化工作，紛紛將標準化工作提到國家發(fā)

展戰(zhàn)略的高度。整體提升我國標準化水平，有助于全面建設(shè)小康社會，落實科學

發(fā)展觀，為國民經(jīng)濟和社會發(fā)展提供技術(shù)支撐和基礎(chǔ)保障。

煤電靈活性改造是加強系統(tǒng)調(diào)峰能力，增強靈活性的重要手段。目前我國已

開展的煤電機組靈活性改造項目中存在多個方面的問題，包括機組安全、機組經(jīng)

濟性、設(shè)備壽命、新技術(shù)可靠性、新技術(shù)造價、調(diào)度運行、經(jīng)濟評價、政策補貼

等，且當前煤電機組靈活性改造項目技術(shù)路線較多，不同地域、不同電網(wǎng)、不同

機型等均存在一定適用差異性，使得靈活性改造技術(shù)在實際工程推廣上缺乏標準

化、規(guī)范化和科學化的技術(shù)參考，因此煤電機組靈活性改造方面急需建立統(tǒng)一的

技術(shù)標準體系。

本預研的目的是通過總結(jié)國內(nèi)外煤電靈活性改造試點示范經(jīng)驗，提出煤電靈

活性改造技術(shù)路線及標準需求，研究煤電靈活性改造的標準體系框架，并提出標

準制修訂建議，發(fā)揮技術(shù)標準對行業(yè)的引領(lǐng)作用，為煤電機組靈活性改造項目提

供規(guī)范化和科學化的技術(shù)標準參考。

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二、現(xiàn)有靈活性改造技術(shù)路線

煤電機組靈活性改造旨在提升機組負荷調(diào)節(jié)范圍、調(diào)節(jié)速率，縮短機組啟停

時間，根據(jù)提升機組靈活性的需求，具體改造技術(shù)路線如下。

1.鍋爐低負荷穩(wěn)燃技術(shù)

鍋爐在低負荷運行時，煤粉氣流風煤比增大，煤粉濃度降低，同時爐膛溫

度降低，導致著火難度加大。根據(jù)爐型、煤質(zhì)、燃燒設(shè)備的不同，目前大部分燃

煤鍋爐低負荷穩(wěn)燃能力在40~50%額定負荷左右，為滿足靈活性需求鍋爐需要進

一步增強低負荷穩(wěn)燃能力。提高鍋爐低負荷穩(wěn)燃能力的主要技術(shù)措施有：鍋爐精

細化運行調(diào)整，基于強化燃燒的鍋爐燃燒器改造，鍋爐制粉系統(tǒng)改造，摻燒高揮

發(fā)分煤質(zhì)改造，以及等離子體、微油、富氧等助燃改造等。

2.提高低負荷SCR入口煙溫技術(shù)

目前，絕大部分煤電機組脫硝裝置的工作溫度為300~420℃。當機組深度調(diào)

峰時，隨著鍋爐負荷的降低，脫硝裝置入口煙溫將降至300℃以下，為避免脫硝

催化劑失去活性，脫硝裝置需要退出運行，導致氮氧化物排放超標，機組調(diào)峰中

止。因此，針對深度調(diào)峰期間，脫硝裝置無法投入的機組，需要進行提高脫硝裝

置入口煙溫改造。

除少數(shù)煙氣中SO2和NOx較低的機組能實現(xiàn)并網(wǎng)投運SCR脫硝裝置外，

大部分機組在低負荷運行時，需采用省煤器煙氣旁路、省煤器水側(cè)旁路、省煤器

分級布置、回熱抽汽補充給水、熱水再循環(huán)等技術(shù)提高SCR入口煙溫。

3.低負荷輔機和控制系統(tǒng)適應性改造技術(shù)

機組負荷降低以后，制粉系統(tǒng)、風煙系統(tǒng)、空預器、給水系統(tǒng)、凝結(jié)水系統(tǒng)

等系統(tǒng)的主要輔機均可能不同程度的出現(xiàn)一些問題，例如煤粉分配不均，點火困

難、空預器堵塞、給水泵和凝結(jié)水泵振動等。根據(jù)機組運行特性的不同，針對性

的選取相應解決措施是保障機組靈活運的關(guān)鍵。目前常用的輔機和控制系統(tǒng)適應

性改造技術(shù)主要有煤粉分配器改造、風粉在線監(jiān)測改造、鍋爐空預器防腐和防堵

技術(shù)、鍋爐原煤倉防堵技術(shù)、鍋爐燃燒安全監(jiān)控技術(shù)、給水泵運行控制策略改造

技術(shù)、凝結(jié)水泵運行控制策略改造技術(shù)、機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)適應性改造等。

1

4.深度調(diào)峰下關(guān)鍵部件安全性保障技術(shù)

（1）汽輪機末級葉片安全性

汽輪機深度調(diào)峰運行后，進汽流量將大幅減小，運行工況偏離設(shè)計值，這將

導致低壓末兩級葉片動應力增大、水蝕加劇、高周疲勞壽命縮短，嚴重威脅其安

全運行。采用計算流體動力學方法研究不同負荷工況低壓末級葉片多元流熱物理

場，獲得葉片非平衡態(tài)氣流激振力，并通過高精度多階差分方法施加在葉片有限

元模型，實現(xiàn)流場到結(jié)構(gòu)場的高強非線性耦合，在此基礎(chǔ)上采用有限元方法研究

葉片的動應力，評估其安全性，并根據(jù)評估結(jié)果，進行相應的改造。

（2）鍋爐水動力安全性

在調(diào)峰的運行過程中，機組不再帶基本負荷，機組負荷多數(shù)偏離設(shè)計工況，

這使得鍋爐水冷壁工質(zhì)在超臨界壓力與亞臨界壓力之間不斷變化，管內(nèi)工質(zhì)既可

能是超臨界壓力水，也可能是氣液兩相流，影響鍋爐水冷壁水動力可靠性。針對

水動力安全性的試驗和計算結(jié)果，通過儲能和調(diào)節(jié)等方式，盡量維持鍋爐水動力

安全處于相對寬松的閾值范圍。

5.熱電解耦技術(shù)

（1）水罐儲熱技術(shù)

對于熱電聯(lián)產(chǎn)機組，當發(fā)電余熱滿足供熱需求且仍有富余時，這部分富余的

熱量可以用儲熱罐存儲起來。當調(diào)度要求降低發(fā)電負荷，機組供熱能力下降時，

機組的供熱能力小于外部需求的供熱量，此時，不足的供熱功率由儲熱罐提供，

從而避免為滿足供熱需求而在用電低谷時段產(chǎn)生強迫發(fā)電的情況。儲熱罐熱電解

耦技術(shù)示意圖如圖2-1所示。儲熱罐內(nèi)部儲存熱水，工作壓力為常壓。由于冷熱

水溫度的不同，沿罐體高度水的密度不同，在一個足夠大容器中，可形成熱水在

上，冷水在下，中間為過渡層的分層結(jié)構(gòu)。其中，中間過渡層定義為斜溫層，斜

溫層內(nèi)溫度梯度較大，其高度與設(shè)備結(jié)構(gòu)有重要關(guān)系。

2

圖2-1水罐儲熱熱電解耦技術(shù)示意圖

（2）汽輪機高、低旁路供熱技術(shù)

汽輪機旁路的設(shè)計目的在于協(xié)調(diào)鍋爐產(chǎn)汽量與汽輪機耗汽量之間的不平衡，

提高機組對負荷的適應性和運行的靈活性，在機組啟停和甩負荷期間提升機組的

安全性。旁路系統(tǒng)可分為三種類型：三用閥旁路系統(tǒng)、一級大旁路系統(tǒng)和兩級串

聯(lián)旁路系統(tǒng)。

汽輪機高低旁路供熱技術(shù)是利用機組已有的旁路或者新建的旁路實現(xiàn)對外

供熱的技術(shù)。汽輪機高低旁路供熱按其供熱形式可以分為：1）低旁單獨對外供

熱；2）旁路部分主蒸汽對外供熱；3）主蒸汽減溫減壓對外供熱；4）汽輪機高

低旁路聯(lián)合供熱，目前應用較多的是低旁單獨對外供熱和汽輪機高低旁路聯(lián)合供

熱兩種方式。

汽輪機旁路供熱的優(yōu)勢在于改造方案成熟，改造初投資較少，運行靈活方便，

能最大程度實現(xiàn)熱電解耦。旁路供熱降低了高、中壓缸的做功，在提高機組供熱

能力的情況下降低發(fā)電機組出力，達到熱電解耦的目的。旁路供熱的調(diào)峰能力不

受鍋爐制約，調(diào)峰能力強、運行靈活，在極端情況下可實現(xiàn)完全熱電解耦，已成

為目前供熱機組提升電出力調(diào)節(jié)能力的重要手段。在北方地區(qū)，作為補充供熱方

式和實現(xiàn)機組深調(diào)的手段在電廠應用較多；而在南方和需要工業(yè)供汽的地區(qū)，作

為保障工業(yè)供汽的重要方式。旁路供熱的不足之處，在于直接將高品質(zhì)蒸汽減溫

減壓用于供熱，熱經(jīng)濟性較差。由于蒸汽參數(shù)等級較高，抽汽流量變化可能引起

3

汽輪機軸向推力和葉片強度超限等危及機組運行安全性的問題，因此對相關(guān)減溫

減壓設(shè)備的可靠性以及控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)要求較高。

（3）低壓缸零出力供熱技術(shù)

低壓缸零出力供熱技術(shù)也叫切除低壓缸進汽供熱技術(shù)，在低壓缸高真空運行

條件下，切除低壓缸原進汽管道進汽，通過新增旁路管道通入少量的冷卻蒸汽，

實現(xiàn)低壓缸近零出力運行，從而大幅降低低壓缸冷卻蒸汽消耗，減少機組冷源損

失，大幅提高機組的供熱能力、電調(diào)峰能力和供熱經(jīng)濟性。該技術(shù)突破傳統(tǒng)供熱

機組運行理論，低壓缸的最小安全流量從約100噸降低至約20噸，提高汽輪機

電調(diào)峰能力和供熱抽汽能力。

供熱

蝶閥

中低壓連通管

冷卻蒸汽旁路調(diào)節(jié)閥

中壓缸低壓缸

圖2-2低壓缸零出力供熱改造方案原則性系統(tǒng)圖

與高背壓供熱、光軸供熱改造等供熱改造方案相比，低壓缸零出力供熱技術(shù)

能夠?qū)崿F(xiàn)供熱機組在抽汽凝汽式運行方式與高背壓運行方式的靈活切換，使機組

同時具備高背壓機組供熱能力大、抽汽凝汽式供熱機組運行方式靈活的特點，避

免了高背壓供熱改造（雙轉(zhuǎn)子）和光軸改造方案采暖期需更換兩次低壓缸轉(zhuǎn)子的

問題和備用轉(zhuǎn)子存放保養(yǎng)問題，機組運行時的維護費用大大降低。

（4）電鍋爐供熱技術(shù)

在發(fā)電側(cè)建設(shè)大功率電蓄熱調(diào)峰鍋爐，利用發(fā)電機組電能轉(zhuǎn)換成熱能補充到

熱網(wǎng)，可以實現(xiàn)燃煤火電機組在不降低出力的情況下，實現(xiàn)對電網(wǎng)的深度調(diào)峰，

對于提高電力系統(tǒng)可再生能源消納能力有十分重要的意義。另外，新增的電蓄熱

鍋爐可增加高峰期熱量供應，提高熱電廠供熱能力，有利于周邊地區(qū)進一步治理

散煤燃燒，實現(xiàn)煤炭清潔高效利用，降低燃煤污染物排放量，對大氣污染防治有

4

積極的意義。

6.儲能技術(shù)

儲能技術(shù)的意義在于形成能量生產(chǎn)與消耗之間的時間延遲，現(xiàn)階段發(fā)展較成

熟且能和煤電機組耦合的幾種儲能技術(shù)是電化學儲能、飛輪儲能、熔鹽或水儲熱、

電鍋爐等。

（1）鋰離子電池

目前儲能市場上應用最多的蓄電池是鋰電池和鉛酸電池，2019年中國電化

學儲能新增裝機中鋰電池占比70.7%，鉛酸電池占比27.2%，液流電池占比1.5%，

超級電容占比0.6%。

鋰電池具有能量密度高、體積小、重量輕、循環(huán)次數(shù)高、無有害物質(zhì)的優(yōu)點，

目前應用較多的鋰電池種類是磷酸鐵鋰電池。為改進鋰電池性能，正極材料逐漸

由磷酸鐵鋰向高能量密度的三元體系（鎳鈷錳、鎳鈷鋁）和富鋰錳基材料發(fā)展。

由于鋰電池成本較高，目前在儲能領(lǐng)域主要應用于火電廠或者電網(wǎng)側(cè)調(diào)頻。

2020年3月13日，廣州恒運熱電D廠儲能輔助AGC調(diào)頻項目試運成功，項目

采用18MW/9MWh磷酸鐵鋰電池，建設(shè)單位為深圳科陸電子科技股份有限公司，

該公司已完成的電廠側(cè)儲能調(diào)頻項目累計功率達到72MW。

（2）超級電容

超級電容器又名電化學電容器，是一種介于傳統(tǒng)電容器與電池之間、具有特

殊性能的電源，它通過極化電解質(zhì)來儲能，屬于雙層電容的一種。它是一種電化

學元件，但在其儲能的過程并不發(fā)生化學反應，這種儲能過程是可逆的，也正因

為此超級電容器可以反復充放電數(shù)十萬次。

超級電容與常規(guī)電化學電池相比具有更高的充放電速率、更寬的溫度適應范

圍、更長的使用壽命、更大的功率密度，且后期回收再利用對生態(tài)環(huán)境的影響相

比電池小得多。目前國內(nèi)已經(jīng)有針對電網(wǎng)供電系統(tǒng)存在用電負荷和電能供應不平

衡問題的研究，仿真結(jié)果表明，可以實現(xiàn)超級電容放電釋能過程的控制。這些研

究表明，超級電容應用于火電機組調(diào)頻是具有較大優(yōu)勢的。

超級電容的特點決定了其相對于電化學電池儲能更加適合輔助煤電機組較

高頻次的一次調(diào)頻響應，然而目前國內(nèi)研究中超級電容輔助火電機組調(diào)頻技術(shù)基

本都是控制理論研究，對于超級電容容量選擇、系統(tǒng)選型聯(lián)結(jié)以及經(jīng)濟收益分析

5

未見相關(guān)研究。

（3）飛輪儲能

圖2-3飛輪儲能裝置結(jié)構(gòu)示意圖

飛輪儲能技術(shù)是將電能轉(zhuǎn)化為飛輪的旋轉(zhuǎn)動能后再進行儲存的技術(shù)，具有單

機功率大、效率高、響應速度極快的優(yōu)點。充電過程中飛輪吸收能量提高轉(zhuǎn)動速

度，直至設(shè)定的最高轉(zhuǎn)速（VYCON,20000r/min）；放電過程中，飛輪將動能傳

遞給發(fā)電機后降低轉(zhuǎn)動速度，直至設(shè)定的最低轉(zhuǎn)速（VYCON,10000r/min）；保

持過程中，如果忽略自身的能量損耗，飛輪轉(zhuǎn)速將保持不變。

國外發(fā)達國家已經(jīng)出現(xiàn)了很多高性能的飛輪儲能產(chǎn)品。美國進展最快：美國

ActivePower公司的100~2000kWUPS、Pentadyne公司的65~1000kVAUPS、

BeaconPower公司的25MWSmartEnergyMatrix、波音公司高溫超導磁浮軸承

的100kW/5kWh飛輪儲能，以及SatConTechnology公司的315~2200kVA

UPS等產(chǎn)品已經(jīng)應用于電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制、電力質(zhì)量改善和電力調(diào)峰和風力發(fā)

電全頻調(diào)峰等領(lǐng)域。在高溫超導飛輪儲能系統(tǒng)的研制方面，美國波音、德國ATZ

等公司處在世界前列，日本ISTEC和韓國KEPRI也進行了卓有成效的研究。

我國飛輪儲能處于關(guān)鍵技術(shù)突破階段，與國外先進技術(shù)水平的差距約5到

10年。有十余家公司從事飛輪儲能的技術(shù)研發(fā)單位有：北京飛輪儲能（柔性）

研究所、核工業(yè)理化工程研究院、中科院電工研究所、清華大學、華北電力大學、

北京航空航天大學、中科院長春光學精密機械與物理研究所等。目前國內(nèi)從事飛

輪儲能系統(tǒng)實際應用開發(fā)的公司有：沈陽微控新能源技術(shù)有限公司、北京泓慧國

際能源技術(shù)發(fā)展有限公司、北京奇峰聚能科技有限公司、中核集團核工業(yè)西南物

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理研究院二重德陽儲能科技有限公司、盾石磁能科技有限責任公司、上海航天控

制技術(shù)研究所、貝肯新能源（天津）有限公司、大連亨利科技有限公司等。2019

年4月，由二重德陽儲能科技有限公司自主研制的首臺（套）100kW飛輪儲能

不間斷供電系統(tǒng)在二重（德陽）重型裝備有限公司數(shù)據(jù)中心安裝調(diào)試完畢并開始

正式投入運行。

（4）熔融鹽儲熱技術(shù)

圖2-4雙罐簡介儲熱熔融鹽系統(tǒng)

熔融鹽儲熱是一種顯熱儲熱技術(shù)，具有價格便宜、蒸氣壓低、工作溫度高、

環(huán)境友好、不可燃的優(yōu)點。目前廣泛應用于太陽能光熱電站，在國外和國內(nèi)已經(jīng)

成功實現(xiàn)商業(yè)化應用，熔融鹽儲熱技術(shù)可以使光熱發(fā)電系統(tǒng)具備連續(xù)、穩(wěn)定發(fā)電

的能力，滿足電網(wǎng)對電能品質(zhì)的要求。據(jù)統(tǒng)計，目前全球共建成有超過100座太

陽能光熱電站，這些電站幾乎全部采用雙罐式熔融鹽儲熱。

根據(jù)CNESA項目庫的不完全統(tǒng)計，截止2018年12月底，全球已投運儲能

項目的累計裝機規(guī)模為180.9GW，其中，抽水蓄能的累計裝機規(guī)模最大，為

170.7GW，電化學儲能和熔融鹽儲熱的累計裝機規(guī)模緊隨其后，分別為6.5GW

和2.8GW。

2020年1月成功并網(wǎng)的內(nèi)蒙古烏拉特中旗導熱油槽式100MW光熱發(fā)電站

同樣采用了雙罐式熔融鹽儲熱，電站占地7300畝，配置10h儲熱系統(tǒng)，用鹽

（60%NaNO3+40%KNO3）大約73000噸。

（5）水罐儲熱技術(shù)

水儲熱技術(shù)也是一種顯熱儲熱技術(shù)，具有技術(shù)簡單、價格便宜的優(yōu)勢，通常

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情況下采用的都是單罐系統(tǒng)，基本原理是利用水密度隨溫度的變化來實現(xiàn)水的自

然分層，冷熱混合形成的斜溫層成為熱水區(qū)和冷水區(qū)的分隔層。幾乎所有大規(guī)模

水儲熱系統(tǒng)都建設(shè)在熱電廠內(nèi)，熱源為汽輪機組抽汽，在特殊情況下也可以采用

電極鍋爐作為熱源。

圖2-5水罐儲熱系統(tǒng)原理圖

在丹麥等國家，水儲熱技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛的應用，國內(nèi)目前的應用案例相

對較少。華電能源股份有限公司富拉爾基熱電廠已安裝一臺有效容積為8000m3

的蓄熱水罐，設(shè)計工作溫度為98/60℃；國電吉林江南熱電有限公司和通遼熱電

有限責任公司也已建成蓄熱容積為22000m3和30000m3的蓄熱水罐

（6）電鍋爐固體儲熱技術(shù)

電鍋爐固體蓄熱技術(shù)是將電能轉(zhuǎn)化為固體材料顯熱后再進行儲存的技術(shù)，放

熱過程中釋放的能量可用于供熱，它存在降低能量品位的缺點，主要應用于熱電

廠調(diào)峰，在這種應用場景下可以將電廠上網(wǎng)功率降低至零。如果僅從能量品位角

度考慮，該技術(shù)并不是一種合理的能量存儲技術(shù)。在某些分布式供熱場景下，可

以利用電價較低的低谷電來驅(qū)動電鍋爐，以降低運行成本。

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圖2-6電鍋爐固體儲熱系統(tǒng)

目前電鍋爐最高工作電壓可以達到66kV，電熱轉(zhuǎn)換效率一般高于97%，在

火電廠、煤改電清潔供暖等方面應用較多。吉林長春熱電廠、黑龍江伊春熱電廠、

調(diào)兵山煤矸石熱電廠和丹東熱電廠都安裝了電鍋爐固體蓄熱系統(tǒng)，容量分別為

320MW、320MW、280MW和260MW。

與煤電可耦合使用的靈活性新技術(shù)詳細介紹見附件2。

7.典型案例

在國家的大力倡導下，國內(nèi)煤電近幾年做了一些靈活性改造示范項目，典型

的燃煤鍋爐最低穩(wěn)燃下探項目，熱電解耦的低壓缸零出力、電鍋爐、水罐蓄熱等

項目，很大程度上緩解了新能源上網(wǎng)消納問題。相關(guān)典型案例詳見附件1。

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三、火電靈活性改造標準體系

根據(jù)火電靈活性改造的技術(shù)路線的分析，火電靈活性改造標準體系可分為系統(tǒng)通用級和部件（或設(shè)備）級標準。

系統(tǒng)通用級標準包括：1）各種技術(shù)路線的適用性。解決用戶根據(jù)自己的現(xiàn)有條件選擇不同的靈活性路線問題。2）各種靈活性改

造的方案的比較及評價方法。3）系統(tǒng)安全性風險及評估、評價方法標準。

部件（或設(shè)備）級標準包括：鍋爐、汽輪機、發(fā)電機、熱工控制、涉網(wǎng)側(cè)、儲能等專業(yè)技術(shù)標準。

本文從靈活性改造中的系統(tǒng)通用類和部件或設(shè)備類的角度給出了煤電靈活性改造的標準體系結(jié)構(gòu)，見下圖。

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0靈活性改造通用標準

1鍋爐2汽機3發(fā)電機4熱控5涉網(wǎng)側(cè)6儲能

1.22.24.14.25.16.16.3

1.11.32.12.33.16.2

低負荷熱電低負荷低負荷能力核儲電電鍋

安全性脫硝安全性節(jié)能安全性儲熱

穩(wěn)燃解耦安全提升定爐

6.1.16.1.26.1.3

電池電容飛輪

圖3-1靈活性改造通用標準體系

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四、煤電機組靈活性改造標準需求分析

1.鍋爐相關(guān)靈活性標準梳理及需求分析

（1）深度調(diào)峰安全性

深度調(diào)峰之后，鍋爐及其輔助系統(tǒng)會出現(xiàn)新的安全問題，典型的有堵煤，爆管、空預器堵塞、風機失速等問題，目前沒有針對這

些新問題需要制修訂以下標準。

表4-1鍋爐深度調(diào)峰安全性方面需要制修訂標準

序體系標準編號/標準議立項

標準名稱需求分析

號編號計劃編號層級時間

頻繁調(diào)峰火電機組常規(guī)火電機組的設(shè)計壽命為30年，火電機組的承壓部件壽命的影響因素主要為蠕變損2023年

行業(yè)

11.1的承壓部件壽命評耗和疲勞損耗及其相互作用。靈活性調(diào)峰機組的如按常規(guī)設(shè)計，是否能夠維持30年的

標準

估導則設(shè)計壽命，需要進一步分析

超（超）臨界鍋爐水超（超）臨界機組調(diào)峰深度達到一定深度后，會出現(xiàn)鍋爐干濕態(tài)轉(zhuǎn)化的問題，存在水動行業(yè)2022年

21.1

動力安全性校核力安全性校核的必要性。標準

低負荷空預器堵塞調(diào)峰深度達到一定深度后，煙氣流速減慢，灰塵存在賭塞煙道的可能性，存在較大的安行業(yè)2022年

31.1

治理導則全隱患。標準

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（2）低負荷穩(wěn)燃

在現(xiàn)有煤質(zhì)和設(shè)備條件下對鍋爐低負荷穩(wěn)燃能力的挖掘，當機組低負荷運行時，燃燒器、制粉系統(tǒng)、煙風系統(tǒng)都處于一個非正常

工況運行，會出現(xiàn)各種問題需要改造解決，相關(guān)標準應同時增設(shè)或修訂：

表4-2鍋爐低負荷穩(wěn)燃方面需要制修訂標準

序體系標準編號標準建議立

標準名稱需求分析

號編號/計劃編號層級項時間

大容量煤粉燃燒鍋爐爐常規(guī)運行狀態(tài)的鍋爐，應進一步分析該選型導則的對靈活性調(diào)峰運行鍋爐的行業(yè)2022年

11.2DL/T831-2015

膛選型導則適應性，提出靈活性調(diào)峰運行鍋爐的爐膛特征參數(shù)的選取準則和限值標準

回轉(zhuǎn)式空氣預熱器運行行業(yè)2022年

21.2DL/T750修訂增加分析空預器對靈活性運行的適應性

維護規(guī)程標準

NB/T大型煤粉鍋爐爐膛及燃行業(yè)2022年

31.2增加靈活性運行時相關(guān)參數(shù)的選取原則

10127-2018燒器性能設(shè)計規(guī)范標準

1.細化低負荷穩(wěn)燃試驗相關(guān)要求與標準、程序等新加至該標準中。2.低負荷工國家2022年

41.2GB10184電站鍋爐性能試驗規(guī)程況下，空氣預熱器需要連續(xù)吹灰，該項內(nèi)容是否應該進行邊界修訂或者外來標準

熱量計算。

電站磨煤機及制粉系統(tǒng)由于部分機組深度調(diào)峰期間需燃用叫高揮發(fā)分煤種，制粉系統(tǒng)會相應做出改行業(yè)2022年

51.2DL/T467－2019

性能試驗造，改造后新煤種所對應的性能試驗應該做單獨說明。標準

火力發(fā)電廠制粉系統(tǒng)設(shè)計算規(guī)定中要結(jié)合深度調(diào)峰機組在不同調(diào)峰階段，針對不同煤種對應最佳煤行業(yè)2022年

61.2DL/T5145-2002

計計算技術(shù)規(guī)定粉細度、最佳一次風速、最佳出口風溫進行重新制定。標準

由于部分機組深度調(diào)峰期間需燃用叫高揮發(fā)分煤種，制粉系統(tǒng)會相應做出改行業(yè)2022年

電站磨煤機及制粉系統(tǒng)

71.2DLT466-2018造，制粉系統(tǒng)的防磨防爆改造需要重新評定，例如對于剛球磨煤機改燒高揮標準

選型導則

發(fā)分煤種的改造要求

電站煤粉鍋爐摻燒城鎮(zhèn)并不建議調(diào)峰煤粉機組摻燒污泥。需在導則中加注煤粉機組最低摻燒污泥負在編

81.2

污泥技術(shù)導則荷，或低負荷摻燒污泥品質(zhì)的下限。

燃煤電廠環(huán)保設(shè)施節(jié)能在編

91.2建議增加對深度調(diào)峰設(shè)計要求

運行優(yōu)化技術(shù)導則

101.2燃煤機組深度調(diào)峰鍋爐請鍋爐廠補充2022年

13

改造設(shè)計導則

（3）低負荷脫硝

燃煤機組深度快速靈活調(diào)峰之后，出現(xiàn)了SCR煙氣脫硝催化劑低負荷硫酸氫銨ABS異常失活、NOx排放濃度波動幅度大、空預

器堵塞嚴重等問題，極大地影響了機組節(jié)能減排運行水平。這些問題的出現(xiàn)與鍋爐低氮燃燒風粉不協(xié)調(diào)、SCR煙氣脫硝進口煙氣溫度

偏低以及SCR煙氣脫硝氨逃逸濃度高等相關(guān)，具體到煙氣脫硝設(shè)備系統(tǒng)本體，則與設(shè)計、選型、運行等密切相關(guān)。

SCR煙氣脫硝運行涉及的相關(guān)標準主要有國家標準管理委員會發(fā)布的《燃煤煙氣脫硝技術(shù)裝備》等3項國家標準、國家能源局發(fā)

布的《火電廠煙氣脫硝技術(shù)導則》等4項行業(yè)標準以及工業(yè)和信息化部發(fā)布的《燃煤煙氣脫硝技術(shù)裝備設(shè)計規(guī)范》等4項行業(yè)標準，

其中：大部分標準的相關(guān)條例要求與靈活調(diào)峰不抵觸，不需要修訂；《燃煤煙氣脫硝技術(shù)裝備》等少數(shù)幾個標準的SCR煙氣脫硝噴氨

運行溫度下限要求，與足靈活調(diào)峰需求相抵觸，需要修訂。

SCR煙氣脫硝裝置本體及上下游設(shè)備之所以出現(xiàn)諸多問題，與現(xiàn)有標準規(guī)范缺乏針對燃煤機組NOx超低/超超低排放和靈活調(diào)峰

運行模式的具體要求相關(guān)，主要體現(xiàn)在SCR噴氨投運安全溫度下限評估、煙氣提溫方案與選擇、噴氨控制響應時間以及性能測試評估

等方面。因此，在華能集團企業(yè)標準《燃煤機組SCR煙氣脫硝低負荷運行導則》以及眾多SCR低負荷提溫改造案例基礎(chǔ)上，建議新

增行業(yè)標準《SCR煙氣脫硝靈活調(diào)峰技術(shù)規(guī)范》立項，從SCR脫硝低負荷投運方案選擇原則與技術(shù)要求、SCR脫硝靈活調(diào)峰運行控

制要求、SCR脫硝靈活調(diào)峰運行性能測試要求等方面，對靈活調(diào)峰下的SCR煙氣脫硝裝置及其運行提出全面要求，健全現(xiàn)有的標準體

系，并為實現(xiàn)燃煤機組NOx超低/超超低排放和靈活調(diào)峰而正在開展的SCR煙氣脫硝改造相關(guān)工作提供技術(shù)指導。

綜上，為滿足燃煤機組靈活調(diào)峰運行要求，SCR煙氣脫硝板塊需對現(xiàn)有的3項標準進行修訂，并新增1項行業(yè)標準立項，具體說

明詳見下表。

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表4-3鍋爐低負荷脫硝方面需要制修訂標準

序體系標準編號標準

標準名稱需求分析建議立項時間

號編號/計劃編號層級

4.2.4.2催化劑正常工作溫度范圍一般控制在320℃~425℃

4.3.5SCR反應器入口煙氣溫度在320℃~425℃之外時，應自動停

燃煤煙氣脫硝技術(shù)裝國家

11.3GB/T21509-2008止供氨2022年

備標準

需求分析：催化劑運行溫度和停止噴氨運行溫度與機組靈活調(diào)峰要

求相矛盾，建議進行修訂。

需求分析：該標準缺少SCR低負荷運行溫度、SCR噴氨運行控制

火電廠煙氣脫硝技術(shù)對快速調(diào)峰適應性等方面的要求，缺少適應機組靈活調(diào)峰的深度低行業(yè)已立項，修訂后標準進

21.3DL/T296-2011

導則溫調(diào)峰和快速變負荷要求的相關(guān)內(nèi)容，建議增補低負荷運行和運行標準入征求意見階段

控制相關(guān)內(nèi)容，進行修訂。

4.1.2性能驗收試驗宜在設(shè)計工況下持續(xù)3天以上，對煙氣脫硝裝

置宜進行3天100%機組負荷試驗、1天75%負荷試驗和1天50%

燃煤電廠煙氣脫硝裝機組負荷試驗行業(yè)

31.3DL/T260-20122022年

置性能驗收試驗規(guī)范需求分析：試驗工況的負荷范圍沒有涵蓋機組低負荷，不能體現(xiàn)機標準

組深度調(diào)峰下的脫硝性能狀況，建議增補深度調(diào)峰下的試驗測試要

求和快速調(diào)峰期間的NOx排放濃度的波動狀況評估。