发电行业能源管理能效提升典型解决方案

发电行业能源管理能效提升典型解决方案一、发电企业能效服务市场空间分析市场规模近年来，我国发电装机容量不断提高，并且一直保持着增长趋势，2012-2019年，我国发电装机累计容量从11.47亿千瓦增长到20.11亿千瓦。但2015年之后，装机容量增速呈下降趋势，2019年我国装机容量同比增速为5.84%。2019年，在全国发电装机容量中，火电装机11.91亿千瓦，占总装机容量的59.2%；水电装机3.56亿千瓦，占总装机容量的17.7%；核电、风电和太阳能装机容量分别为4874万千瓦、2.1亿千瓦和2.05亿千瓦。清洁能源装机总容量已经达到8.20亿千瓦，占总装机容量的40.8%。目前，我国发电装机容量已居世界前列，但是我国电力行业的能效水平与发达国家以及先进企业存在较大的差距，并且国内发电业仍有巨大的产能没有得到释放，这势必会造成更加激烈的市场竞争，企业的生存环境非常严峻。节能挖潜、提质增效是发电企业今后发展的必经阶段，开展电力行业的综合节能服务，市场前景非常广阔。保守估计：电力行业整体能效水平提升3~5%，相当于年节约能源2000-3000万吨标准煤，节约价值约160-240亿元，能效服务市场空间巨大。政策环境控制能源消耗是我国工业可持续发展的一项重要战略。节能降耗是贯彻科学发展观、实施可持续发展战略、建设节约型社会的重要组成部分，是实现经济、社会和环境协调发展的一项重要措施，也是减少碳排放的重要途径。近年来，降低能源消耗已经成为我国各级政府的工作重点。我国是一个发展中国家，人均资源拥有量远远低于发达国家和世界平均水平。随着人口规模和经济规模的不断增长，我国的工业化进程对资源的依赖程度越来越高，必须要转变现行的发展方式，走一条科技含量高、经济效益好、生活富裕、生态良好、人与自然和谐的文明发展道路，实现经济增长方式由粗犷型向集约型转变。发电企业作为能源消耗重点行业，其面临的行业发展和地区发展生存环境受到越来越严重的挤压，《关于印发浙江省煤炭消费减量替代工作方案和浙江省燃煤发电项目煤炭替代管理暂行办法的通知》（苏政办发〔2016〕5号）、浙江省政府关于推进绿色产业发展的意见（苏政发〔2020〕28号）、《省发展改革委关于进一步促进煤电企业优化升级高质量发展的指导意见》（苏发改能源发〔2020〕994号）等限煤、限焦、行业准入等要求不断提高。此外，浙江省地方标准《单位能耗限额》（DB32/2060-2018）等各种文件、标准对能耗的指标要求越来越严格，将有效加速推动电力行业节能减排工作的高效开展。二、发电行业概况及用能现状行业概况及用能现状1）作为基础产业支撑了国民经济的平稳发展。近20年来，中国经济保持了较高的增长速度，全年总发电量从不足1.3万亿千瓦时增加到超过8万亿千瓦时，发电总量是美国的2倍左右，为国民经济的快速发展提供了重要的电力保障。2）技术装备水平大幅度提高。电力科技创新在特高压、智能电网、大容量高参数低能耗火电机组、高效洁净燃煤发电、第三代核电工程设计和设备制造、可再生能源发电等技术领域不断取得重大突破，对转变电力发展方式起到巨大的推动作用。在特高压输电技术领域，高压直流断路器关键技术、大电网规划与运行控制技术重大专项研究等多项技术取得新的进展。高压大容量多端柔性直流输电关键技术开发、装备研制及工程应用有了新的进展，世界首次采用大容量柔性直流与常规直流组合模式的背靠背直流工程——鲁西背靠背直流工程正式开工建设，世界上首个采用真双极接线±320kv柔性直流输电科技示范工程在厦门正式投运，标志着我国全面掌握和具备了高压大容量柔性直流输电关键技术和工程成套能力。我国二次再热发电技术获重大突破。随着世界首台66万千瓦超超临界二次再热燃煤机组——中国华能集团公司江西安源电厂1号机组和世界首台100万千瓦超超临界二次再热燃煤发电机组——中国国电集团公司泰州电厂二期工程3号机组相继投运，标志着二次再热发电技术在国内得到推广应用；世界首台最大容量等级的四川白马60万千瓦超临界循环流化床示范电站体现了我国已经完全掌握了循环流化床锅炉的核心技术，并在循环流化床燃烧大型化、高参数等方面达到了世界领先水平，随着2015年世界首台35万千瓦超临界循环流化床机组——山西国金电力公司1号机组投运，全国共有5台35万千瓦超临界循环流化床机组投入商业运行。我国自主三代核电技术“华龙一号”示范工程——中国核工业集团公司福清5号核电机组正式开工建设，使我国成为继美国、法国、俄罗斯之后第四个具有自主三代核电技术的国家，也将成为我国正式迈入世界先进核电技术国家阵营的里程碑。3）电力行业能耗水平整体偏高。我国发电企业经过一段较长时期的快速发展，淘汰了陈旧落后的产能，目前装备水平和工艺技术都得到提升，产品能耗特别是单位发电量煤耗下降显著，目前单位发电量煤耗大约在300g/KWh，相比本世纪初能耗水平，下降了10%-12%。但是，当前我国发电的能耗水平相比国内先进企业以及世界先进水平，仍有较大差距。用能工艺特点及存在的问题我国经济的快速发展，使得能源资源利用量迅速增加，火力发电是能源消耗的主要门户，目前我国火力发电燃料主要利用煤炭、石油、天然气。其中以煤炭为燃料的比重最大。据统计，2019年我国煤炭消耗量约28亿吨，其中约15亿吨为发电用煤。当然，电力生产中也存在一些问题：1）火力发电比重过高。虽然国家已经出台了一系列政策，例如关停小火电机组、鼓励“上大压小”、热电联产等，但由于火力发电长期以来占有的比重较大，另一方面，由于清洁能源的利用技术不成熟、发展规模较小，虽然政策上一直鼓励清洁能源的发展，但仍然较为缓慢。因此，虽然国家一直在对电力生产结构进行调整，但火力发电仍占有相当的比重。2）能源消耗大，利用效率低。我国电力工业的能源利用效率同国际先进水平比较，差距较大。由于生产技术以及管理技术不够先进，我国的电力工业的供电煤耗以及厂用电量与国际相比，一直处在较高水平，这直接导致能源资源的过量消费3）环境污染较为严重。环境污染现象主要存在于火力发电过程中，统计显示，2019年全国粉尘、氮氧化物排放总量和二氧化硫排放总量分别为18万吨、93万吨和89万吨，电厂燃煤过程中产生的粉尘、二氧化硫、氮氧化物等污染物对大气环境造成了严重污染。近年来我国部分地区出现的严重雾霾天气、酸雨现象与电厂燃煤有很大的关系。另据，电力行业的二氧化碳排放主要由燃煤发电产生，而二氧化碳的大量排放是导致温室效应的直接原因。此外，电力生产过程中，也存在一定的水污染现象。电力行业节能的发展趋势电力行业的节能趋势，需要从两大方面、三个层次进行，这也是未来节能的主要方向：第一方面：发挥能源转换功能，从电力生产流程自身提高能效，分两个层次：从设备和单体工艺技术节能、流程结构优化节能、余热余能利用；构建和优化全厂的能量系统，突出系统节能。第二方面：着眼综合能效的提高（即第三层次），与其他行业和社会构建循环经济链（如炉渣回收利用、锅炉余热供社区使用、海水淡化、工业制盐等），另外还要注重产品全生产周期的节能。三、发电企业能效提升解决方案能效提升技术方案发电企业综合能源服务核心在于将发电厂打造成综合能源服务站、需要充分发挥源端优势，拓展综合能源服务范畴，借助大物移云智链等先进技术实现系统集成优化，实现智能监控、智能运维、智能管理、智能经营、智能服务，发挥各能源单元1+1>2的协同优化，为终端用户提供一体化集成能源服务，提升服务水平和质量，在技术模式上，发电企业综合能源服务，主要体现为“存量+”模式。“存量+”主要体现为充分发挥现有火电、可再生能源发电、热电、热网等存量资产作用，因地制宜，新增布置储能、制氢、热泵等改造升级，提质增效，将本增收，为周边工业园区、产业园区等提供冷、热、电、气、水等综合能源服务。典型技术应用如下：煤场、灰场棚顶光伏技术思路：充分利用存量火电煤场、灰场棚顶等厂区布置，新增分布式光伏、储能等，促进可再生能源的融合消纳，提升火电机组经济运行和灵活运行水平。应用案例一：京能（锡林郭勒）发电有限公司4.95MWP封闭煤棚光伏发电项目该项目利用京能锡林郭勒发电厂1、2号煤棚铺设光伏板，总装机容量为4.95MWP，预计年发电量为668.18万千瓦时。项目全部建成后，每年可节省标煤2242吨，减少排放温室效应气体二氧化碳5589.3吨，减少灰渣1451吨，减少二氧化硫17吨，氮氧化物10.3吨，同时降低厂用电率0.1个百分点。应用案例二：济宁矿业集团物流有限公司储煤棚光伏发电项目该钢结构储煤棚占地203.96亩、总长度为660米、总宽度为206米，储煤棚中心高度为52.8米。济矿物流储煤棚的棚顶安装13.3兆瓦的光伏发电系统，以光伏组件方阵替代常规的棚顶彩钢瓦面板，组件方阵与煤棚顶部坡度保持一致，兼具防水、隔热和发电功能，可实现年发电1328.58万度，采用“自发自用、余电上网”的并网模式。每年可节约45万元电费。另外，以光伏组件方阵替代棚顶彩钢瓦面板不止是实用环保，同时也一次性节省了彩钢瓦面板材料费580万元。储能辅助一次调频技术思路：通过利用电厂现有场地建设蓄电储能单元，参与机组的一次调频和功率跟踪，提高机组AGC和一次调频的响应速度，使得电厂具备参与电力系统调频辅助服务的能力。储能调频技术无论在响应速度还是在调节精度上均表现出相比火电机组调节装置具有一定的优势，表现出极佳的调频性能。10兆瓦的储能系统可以在1秒钟内精确调节最多达20兆瓦的调频任务，而传统火电机组则需几分钟。二者相比，精度和响应时间相差50～100倍。据测算，储能调频效果是水电机组的1.7倍，燃气机组的2.5倍，燃煤机组的20倍以上。应用案例：华润电力唐山丰润有限公司储能联合调频项目华润电力唐山丰润有限公司储能联合调频项目采用一套9MW/4.5MWh锂电池储能系统，与火电机组联合参与电网AGC调频。测试结果表明，储能联合调频系统在出力控制方面，其实际误差平均低于28KW，仅占储能系统的额定容量的1.4%。储能系统在额定功率情况下，其并网线路的实际损耗只有21.4KW，低于额定功率容量的1%。在直流侧，储能联合调频系统的能量效率达到93%，在交流侧，其能量效率能够达到86%。运行结果表明，储能联合机组调频性能明显优于机组单独调频，调节深度明显提高。储能和机组联合运行明显提高补偿收益。1号机组AGC调节性能明显的提升，供热期单日KP值由原来平均3.3左右提升至平均4.1左右；日补偿费用由原来几千元最高可提升至5万元左右。在非供热期单日KP值预计达到4.8以上，日补偿费用可提升至8~10万元左右。储热辅助调峰技术思路：增加储热单元，通过将过剩电能及热能通过直接储热、电热转换、热化学存储等方式帮助机组进行灵活调峰。如利用供热机组现有场地安装高压电极锅炉+蓄热罐，在供热期的各个阶段，高压电极锅炉和蓄热罐配合供热机组采用不同的运行方式，可在满足不同供热量的同时，实现机组热电解耦和深度调峰，机组上网负荷可降至0MW。类似的，可采用熔融盐储热手段，直接由蒸汽加热熔融盐并存储热量，满足火电机组运行灵活性提升的要求，实现机组提高运行效率同时有效参与火电市场辅助服务获取收益的目的。高压电极锅炉+储热示意图蒸汽拖动空压机集中供气（金通灵）应用案例:国家电投集团宁夏能源铝业中卫热电有限公司灵活性调峰供热改造项目该项目利用中卫热电两台350兆瓦超临界供热发电机组及现有的供热管网等设施，建设6台40兆瓦高压电极锅炉加1个5000立方米蓄热罐实现电储能调峰。通过厂内的电热转换，改变燃煤供热机组传统的“以热定电”运行方式，进而实现“热电解耦”，实现最大15.7%的调峰深度。D.热电气联产技术思路：热电厂普遍存在大量富余蒸汽未得到充分利用，且背压机负荷率低的现象众多，集中供气站可利用富余蒸汽，采用汽轮机直接拖动离心空压机，形成热电气三联产，切实提高能源综合利用效率。应用案例：华润电力(常熟)有限公司常熟经济开发区集中供压缩空气项目常熟经开区内有近100家企业在使用压缩空气，年用气量近35亿标方。但目前使用的压缩空气大都由小型电机驱动空压机产生，能耗高、用电量大。项目采用华润常熟电厂产生的蒸汽驱动汽轮机来带动大型空压机，产生的压缩空气经过除湿、干燥等处理后，通过管道分别送至各用户企业。一期建设每分钟4500标准立方米供气能力的空压机以及相应的蒸汽轮机，计划为观致汽车有限公司等12家企业供气，全年供气量约22.3亿标准立方米。煤电耦合生物质发电技术思路：利用燃煤电厂现有设备，以耦合燃烧的的方式对生物质进行资源化利用。同时，可以借助电厂已有的烟气处理设备，在不增加大额投资的前提下避免生物质利用带来的污染。当前，燃煤电厂采用气化耦合燃烧技术用于秸秆类生物质的耦合发电以及采用干化耦合燃烧技术用于污泥类生物质的耦合发电均为可行的技术方向。应用案例：常熟市污泥耦合发电项目该项目建设9×100吨/天(9条)干化生产线，处理污泥30万吨/年，是目前国内最大规模超临界机组燃煤耦合污泥发电项目。利用电厂余热对污泥干化处理，再由电厂燃煤锅炉耦合焚烧，是一种高效的可再生能源利用方式，可有效利用现有燃煤电厂的富余产能、低品质余热、烟气治理及粉煤灰处理系统，达到节能控煤、超净排放，以及废物减量化、无害化、资源化和规模化处置氟塑钢烟气换热技术技术思路：氟塑钢是指将可溶性聚四氟乙烯（PFA）或其他氟塑料通过热熔方式直接成型于金属管表面并与金属管无缝紧密结合在一起的一种复合材料。利用氟塑钢新材料制成的换热器进行烟气余热回收来加热锅炉化补水、热网水或则凝结水，从而达到降低系统自用汽的目的，其换热器具有极强的耐腐蚀性、良好的表面不沾性，较宽的温度范围和耐老化等优点。应用案例：浙江嘉善协联热电有限公司氟塑钢低低温省煤器氟塑钢低低温省煤器布置于引风机与脱硫塔之间的烟道，利用烟气余热加热除盐水或热网水。烟气侧温度由130℃左右降低至100℃左右，水侧温度由40℃上升至80℃左右。既达到了余热回收利用的目的，也大大降低了排烟温度，进而降低排烟损失，从而提高锅炉效率。大型火力发电厂碳捕集+CO2高值化综合利用技术思路：利用大型热力发电厂蒸汽捕获烟气中的二氧化碳，同时充分利用电解水制氢，进一步制备甲醇等副产品。在实现火电厂碳减排的同时，又获得了甲醇等有价值的副产品。应用案例：国家能源集团浙江泰州电厂二氧化碳捕集与资源化能源化利用技术研究及示范”项目该项目研发新一代吸收剂，依托泰州电厂现有资源，开发低成本二氧化碳捕集技术，形成低能耗二氧化碳吸收工艺。项目将实现二氧化碳捕集率大于90%，二氧化碳纯度高于99%，再生能耗小于2.4GJ/t二氧化碳，投资及捕集成本较传统工艺降低30%。建立火电厂与周边工业园区以碳循环为核心的循环经济模式，利用该公司周边园区工业副产氢资源，开展工业副产氢与二氧化碳制取甲醇商业模式分析目前综合能源服务普遍盈利性较差，随着能源体制机制改革逐步深入，综合能源服务商业模式也不断多元化，需要在电热收入的基础上，拓展收入渠道。从目前看，综合能源服务比较成熟的商业模式主要体现为调峰调频辅助服务收入、终端园区峰谷价差、冷热电联供，远期主要是基于综合供能的增值服务。源端参与调峰调频获得辅助服务收入主要通过功率型储能、风光、制氢等参与调峰调频，其中，调峰更加侧重调峰的深度，调频更加侧重调节的速率、调节精度的响应时间。在电改的大背景下，各地相继出台了辅助服务市场相关文件，鼓励发电企业等各类市场主体参与调峰调频服务。在调频方面，山西省按“调频里程和调频性能”补偿，广东省按“调频里程和AGC容量”补偿，机组响应能力强、调节速率快，跟踪性能好的调频辅助服务资源“走过的里程”更长，对于系统的贡献更大，获得的补偿也就更高。节终端削峰填谷、用电峰谷价差套利模式主要针对电源侧终端园区能量型储能、蓄电蓄冷蓄热装置，参与削峰填谷，在用电低峰储能，在用电高峰放能。目前中东部经济发达区域峰谷价差较大。虽然部分地区峰谷电价差缩小延长了项目的投资回收期，但从中长期看，储能的盈利更应该与其参与需求响应、辅助服务、可再生能源电量交易相关。供需互动，网源合一热电冷综合能源服务中东部经济发达地区，冷热负荷稳定的园区、医院、数据中心等，深入开展冷热电多能供应、冷热销售、热水直供等业务。以背压机、燃机分布式等为主，配置太阳能、生物质能、储能等协同应用，自发自用，余量上网，以智能管网为基础，为用户提供