700攝氏度超超臨界燃煤發(fā)電技術(shù),是指主蒸汽壓力超過(guò) 35兆帕,主蒸汽溫度超過(guò) 700攝氏度的新一代先進(jìn)發(fā)電技術(shù),是目前國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。
2011年,國(guó)家能源局設(shè)立國(guó)家能源領(lǐng)域重點(diǎn)項(xiàng)目“700攝氏度超超臨界燃煤發(fā)電關(guān)鍵設(shè)備研發(fā)及應(yīng)用示范”,由清能院牽頭,圍繞 700攝氏度機(jī)組總體方案設(shè)計(jì)、高溫材料的服役特性及國(guó)產(chǎn)化、鍋爐的設(shè)計(jì)制造技術(shù)、汽輪機(jī)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)、關(guān)鍵部件驗(yàn)證平臺(tái)的建立及運(yùn)行、示范電站可行性等方面開展研究。
經(jīng)過(guò)近5年的技術(shù)攻關(guān)和共同努力,2015年12月30日,我國(guó)首個(gè)700攝氏度關(guān)鍵部件驗(yàn)證試驗(yàn)平臺(tái)成功投運(yùn)并實(shí)現(xiàn)700攝氏度運(yùn)行。該平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了對(duì)國(guó)內(nèi)外10個(gè)不同牌號(hào)新型材料及關(guān)鍵部件的驗(yàn)證,并以國(guó)產(chǎn)材料和工藝為主,表明我國(guó)已經(jīng)初步掌握700攝氏度高溫材料冶煉、部件制造加工和現(xiàn)場(chǎng)焊接等關(guān)鍵技術(shù),標(biāo)志著我國(guó)700攝氏度技術(shù)的發(fā)展邁入新階段。目前,相關(guān)驗(yàn)證工作還在繼續(xù),并不斷有新的材料加入驗(yàn)證,其中包括西安熱工院新研發(fā)的高溫合金材料HT700。截止2018年底,700攝氏度試驗(yàn)平臺(tái)累計(jì)運(yùn)行時(shí)間已達(dá)2.1萬(wàn)小時(shí)。
2018年,國(guó)家科技部設(shè)立國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“700攝氏度等級(jí)高效超超臨界發(fā)電技術(shù)”,由集團(tuán)公司牽頭,圍繞 700攝氏度關(guān)鍵部件長(zhǎng)周期驗(yàn)證試驗(yàn)、鍋爐燃燒及水動(dòng)力特性、700攝氏度發(fā)電熱力系統(tǒng)、布置方式及機(jī)組優(yōu)化集成開展研究,進(jìn)一步推動(dòng)我國(guó) 700攝氏度技術(shù)的發(fā)展。其中,為了降低 700攝氏度機(jī)組造價(jià),使之具有更好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性,清能院研發(fā)了新型 M型和倒置鍋爐,已獲得我國(guó)和美國(guó)發(fā)明專利授權(quán),目前正在深入開展相關(guān)研究。
新型高堿煤液態(tài)排渣鍋爐關(guān)鍵技術(shù)
2018年,由集團(tuán)公司牽頭,聯(lián)合一批國(guó)內(nèi)一流發(fā)電設(shè)備生產(chǎn)制造企業(yè)、研發(fā)機(jī)構(gòu)與高校,共同承擔(dān)了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“新型高堿煤液態(tài)排渣鍋爐關(guān)鍵技術(shù)”項(xiàng)目,針對(duì)新疆高堿煤的強(qiáng)沾污、結(jié)渣特性,開發(fā)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的液態(tài)排渣鍋爐技術(shù),力圖實(shí)現(xiàn)燃煤鍋爐全燒高堿煤。
研究聚焦于“高堿煤燃燒過(guò)程中高溫熔渣與氣相鈉、鉀等堿金屬間的氣—液—固多相反應(yīng)機(jī)制”這一前沿科學(xué)問(wèn)題,力圖揭示新疆高堿煤中堿金屬在液態(tài)排渣復(fù)雜熱力環(huán)境下的賦存形態(tài)及其在燃燒過(guò)程中的遷移、轉(zhuǎn)化規(guī)律,獲得鈉、鉀等與熔渣礦物質(zhì)間的多相反應(yīng)機(jī)制,以此開發(fā)高堿煤液態(tài)排渣旋風(fēng)燃燒技術(shù)與液態(tài)排渣氮氧化物控制技術(shù)。通過(guò)高堿煤在新型旋風(fēng)燃燒器內(nèi)與高溫熔渣的多相反應(yīng),實(shí)現(xiàn)在燃燒器內(nèi)低氧高效低氮燃燒,鈉、鉀等堿金屬的高效捕集,并配合還原區(qū)精準(zhǔn)噴氨等新技術(shù),實(shí)現(xiàn)高堿煤燃燒過(guò)程氮氧化物的有效控制。
集團(tuán)公司作為國(guó)內(nèi)唯一具有 300兆瓦級(jí)液態(tài)排渣鍋爐運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)的發(fā)電集團(tuán),研究開發(fā)高堿煤液態(tài)排渣旋風(fēng)燃燒技術(shù)與氮氧化物控制等技術(shù)具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì),為我國(guó)開發(fā)液態(tài)排渣鍋爐全燒高堿煤技術(shù)提供了強(qiáng)有力的支撐。本項(xiàng)目將在集團(tuán)公司系統(tǒng)內(nèi)300兆瓦等級(jí)液態(tài)排渣鍋爐上進(jìn)行工業(yè)示范驗(yàn)證,在此基礎(chǔ)上最終形成完整的全燒高堿煤新型液態(tài)排渣鍋爐成套設(shè)計(jì)與制造技術(shù)。
項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)力爭(zhēng)在 2021年前開發(fā)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高堿煤液態(tài)排渣旋風(fēng)燃燒鍋爐關(guān)鍵技術(shù)及其加工制造工藝,有效解決現(xiàn)有固態(tài)排渣鍋爐燃用高堿煤存在的嚴(yán)重沾污、結(jié)渣等難題,為未來(lái)進(jìn)一步大面積開發(fā)和高效利用我國(guó)新疆高堿煤資源提供有力的技術(shù)支撐。
智能電站關(guān)鍵技術(shù)
為響應(yīng)國(guó)家推進(jìn)高端制造和智慧能源發(fā)展的號(hào)召,落實(shí)集團(tuán)產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略及“十三五”規(guī)劃,全面提升電力生產(chǎn)的智能化水平,西安熱工院開展了智能電站關(guān)鍵技術(shù)研究,著力開發(fā)出華能自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的電站智能化技術(shù)體系與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,運(yùn)用自適應(yīng)控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等現(xiàn)代控制理論,采用大數(shù)據(jù)、“互聯(lián)網(wǎng) +”等信息技術(shù),整合電站節(jié)能環(huán)保運(yùn)行優(yōu)化技術(shù)、設(shè)備性能診斷與故障預(yù)警技術(shù),開發(fā)相關(guān)智能技術(shù)和產(chǎn)品,全面提升電站安全與管理水平,降低電站運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用,最終建設(shè)成具備數(shù)字化、自適應(yīng)、互動(dòng)化、智能診斷分析特征的智能電站。
該研究可實(shí)現(xiàn)電廠與智能電網(wǎng)的良好互動(dòng),AGC升降負(fù)荷速率不低于 2%機(jī)組額定負(fù)荷每分鐘,并可自適應(yīng)外部環(huán)境變化,綜合運(yùn)行煤耗降低1 ~ 3克標(biāo)準(zhǔn)煤每千瓦時(shí) ,機(jī)組主要參數(shù)控制品質(zhì)優(yōu)于國(guó)內(nèi)同類機(jī)組平均水平 10%以上,同時(shí)全面提升示范電站管理水平,明顯提高機(jī)組運(yùn)行可靠性,降低機(jī)組檢修、維護(hù)和試驗(yàn)費(fèi)用 10%以上,可減少生產(chǎn)管理人員工作量 10%。
風(fēng)電場(chǎng)精細(xì)化微觀選址技術(shù)
目前,我國(guó)地形風(fēng)況復(fù)雜地域的風(fēng)資源開發(fā)越來(lái)越重要。在國(guó)家大力推進(jìn)平價(jià)上網(wǎng)的新形勢(shì)下,如何在開發(fā)復(fù)雜地形和低風(fēng)速區(qū)域時(shí)獲取合理的投資收益率,給風(fēng)場(chǎng)設(shè)計(jì),特別是微觀選址帶來(lái)極大挑戰(zhàn)。為顯著降低風(fēng)電開發(fā)投資的不確定性,需要對(duì)傳統(tǒng)風(fēng)場(chǎng)設(shè)計(jì)方法的計(jì)算精度進(jìn)行提升,實(shí)現(xiàn)精細(xì)化的風(fēng)資源評(píng)估、發(fā)電量計(jì)算和布機(jī),從而充分保障投資的科學(xué)合理性。
在集團(tuán)公司重點(diǎn)科技項(xiàng)目和高精尖項(xiàng)目的支持下,清能院目前正在開展“基于計(jì)算流體力學(xué)的風(fēng)電場(chǎng)精細(xì)化設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)研究”和“基于湍流模型修正的復(fù)雜地形高精度風(fēng)況計(jì)算技術(shù)”,通過(guò)研究復(fù)雜地形建模和具備工程應(yīng)用可行性的風(fēng)場(chǎng)流動(dòng)計(jì)算精度提升方法,從復(fù)雜地形模型構(gòu)建、湍流模型、風(fēng)資源數(shù)據(jù)算法、尾流模型等多方面對(duì)現(xiàn)有設(shè)計(jì)計(jì)算方法進(jìn)行提升,并形成風(fēng)電場(chǎng)精細(xì)化微觀選址平臺(tái),開展工程化應(yīng)用。
目前,該技術(shù)已在風(fēng)電場(chǎng)精細(xì)化微觀選址平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了基于高質(zhì)量貼體網(wǎng)格精確復(fù)現(xiàn)復(fù)雜地形和障礙物技術(shù)、分區(qū)線性插值技術(shù)及風(fēng)輪扇面等效風(fēng)速技術(shù),開發(fā)了耦合 CFD的工程尾流模型,將高精度尾流模型的大規(guī)模工程應(yīng)用變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。該項(xiàng)目計(jì)劃于 2019年底完成修正湍流模型的開發(fā),并集成到風(fēng)電場(chǎng)精細(xì)化微觀選址平臺(tái)。屆時(shí),相比于現(xiàn)有商業(yè)設(shè)計(jì)軟件,該平臺(tái)的發(fā)電量計(jì)算精度預(yù)計(jì)至少能夠提升 5%。該項(xiàng)目成果可用于風(fēng)電場(chǎng)尤其是復(fù)雜地形風(fēng)電場(chǎng)微觀選址方案的校核和優(yōu)化,為充分利用風(fēng)資源,增加投資的確定性,提高風(fēng)電場(chǎng)收益打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
超臨界二氧化碳循環(huán)發(fā)電技術(shù)
在國(guó)家發(fā)改委工程中心創(chuàng)新能力建設(shè)項(xiàng)目、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金和集團(tuán)公司重點(diǎn)科技項(xiàng)目的支持下,西安熱工院目前正在進(jìn)行“超臨界二氧化碳高效火力發(fā)電機(jī)組關(guān)鍵技術(shù)研究及試驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)”的研究工作。旨在深入探索超臨界二氧化碳動(dòng)力循環(huán)的基本原理,全面掌握循環(huán)系統(tǒng)及核心設(shè)備涉及的關(guān)鍵技術(shù),逐步積累超臨界二氧化碳循環(huán)的控制和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。
超臨界二氧化碳動(dòng)力循環(huán)是以超臨界二氧化碳為工質(zhì)的真實(shí)氣體閉式布雷頓循環(huán),整個(gè)循環(huán)工作在二氧化碳臨界點(diǎn)以上,循環(huán)結(jié)構(gòu)接近理論最優(yōu)的廣義卡諾循環(huán),且隨著發(fā)電參數(shù)的提高,發(fā)電效率優(yōu)勢(shì)越明顯。該循環(huán)在工質(zhì)參數(shù) 32兆帕,620攝氏度條件下,采用現(xiàn)有材料和污染物超低排放技術(shù),可使 300兆瓦等級(jí)小容量機(jī)組的發(fā)電效率突破 50%。并且,由于循環(huán)采用了全流量的極限回?zé)峒夹g(shù),可以實(shí)現(xiàn)熱電以任意比例輸出,從而實(shí)現(xiàn)熱電完全解耦。此外,由于該循環(huán)具有高效靈活、設(shè)備緊湊、系統(tǒng)簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì),可使機(jī)組運(yùn)行成本和固定投資成本相比同等級(jí)蒸汽機(jī)組降低 6%以上。
經(jīng)過(guò)前期充分的理論研究和技術(shù)論證,目前西安熱工院已全面展開 5兆瓦超臨界二氧化碳循環(huán)發(fā)電試驗(yàn)平臺(tái)的建設(shè)工作,計(jì)劃于今年底建成。建成后,該試驗(yàn)平臺(tái)將成為目前世界上容量最大、參數(shù)最高的超臨界二氧化碳循環(huán)試驗(yàn)平臺(tái)。該項(xiàng)目的預(yù)期研究成果將會(huì)極大地推動(dòng)新型高效發(fā)電技術(shù)的發(fā)展,并為該技術(shù)的推廣應(yīng)用提供重要的基礎(chǔ)平臺(tái)和技術(shù)儲(chǔ)備。