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 35兆帕,主蒸汽溫度超過 700攝氏度的新一代先進發(fā)電技術(shù),是目前國內(nèi)外的研究熱點。
2011年,國家能源局設(shè)立國家能源領(lǐng)域重點項目“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攝氏度機組總體方案設(shè)計、高溫材料的服役特性及國產(chǎn)化、鍋爐的設(shè)計制造技術(shù)、汽輪機的設(shè)計制造技術(shù)、關(guān)鍵部件驗證平臺的建立及運行、示范電站可行性等方面開展研究。
經(jīng)過近5年的技術(shù)攻關(guān)和共同努力,2015年12月30日,我國首個700攝氏度關(guān)鍵部件驗證試驗平臺成功投運并實現(xiàn)700攝氏度運行。該平臺實現(xiàn)了對國內(nèi)外10個不同牌號新型材料及關(guān)鍵部件的驗證,并以國產(chǎn)材料和工藝為主,表明我國已經(jīng)初步掌握700攝氏度高溫材料冶煉、部件制造加工和現(xiàn)場焊接等關(guān)鍵技術(shù),標志著我國700攝氏度技術(shù)的發(fā)展邁入新階段。目前,相關(guān)驗證工作還在繼續(xù),并不斷有新的材料加入驗證,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攝氏度試驗平臺累計運行時間已達2.1萬小時。
2018年,國家科技部設(shè)立國家重點研發(fā)計劃項目“700攝氏度等級高效超超臨界發(fā)電技術(shù)”,由集團公司牽頭,圍繞 700攝氏度關(guān)鍵部件長周期驗證試驗、鍋爐燃燒及水動力特性、700攝氏度發(fā)電熱力系統(tǒng)、布置方式及機組優(yōu)化集成開展研究,進一步推動我國 700攝氏度技術(shù)的發(fā)展。其中,為了降低 700攝氏度機組造價,使之具有更好的技術(shù)經(jīng)濟性,清能院研發(fā)了新型 M型和倒置鍋爐,已獲得我國和美國發(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,由集團公司牽頭,聯(lián)合一批國內(nèi)一流發(fā)電設(shè)備生產(chǎn)制造企業(yè)、研發(fā)機構(gòu)與高校,共同承擔了國家重點研發(fā)計劃“新型高堿煤液態(tài)排渣鍋爐關(guān)鍵技術(shù)”項目,針對新疆高堿煤的強沾污、結(jié)渣特性,開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的液態(tài)排渣鍋爐技術(shù),力圖實現(xiàn)燃煤鍋爐全燒高堿煤。
研究聚焦于“高堿煤燃燒過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)機制”這一前沿科學(xué)問題,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)機制,以此開發(fā)高堿煤液態(tài)排渣旋風燃燒技術(shù)與液態(tài)排渣氮氧化物控制技術(shù)。通過高堿煤在新型旋風燃燒器內(nèi)與高溫熔渣的多相反應(yīng),實現(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)精準噴氨等新技術(shù),實現(xiàn)高堿煤燃燒過程氮氧化物的有效控制。
集團公司作為國內(nèi)唯一具有 300兆瓦級液態(tài)排渣鍋爐運維經(jīng)驗的發(fā)電集團,研究開發(fā)高堿煤液態(tài)排渣旋風燃燒技術(shù)與氮氧化物控制等技術(shù)具有得天獨厚的優(yōu)勢,為我國開發(fā)液態(tài)排渣鍋爐全燒高堿煤技術(shù)提供了強有力的支撐。本項目將在集團公司系統(tǒng)內(nèi)300兆瓦等級液態(tài)排渣鍋爐上進行工業(yè)示范驗證,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)計與制造技術(shù)。
項目團隊力爭在 2021年前開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高堿煤液態(tài)排渣旋風燃燒鍋爐關(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重沾污、結(jié)渣等難題,為未來進一步大面積開發(fā)和高效利用我國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)國家推進高端制造和智慧能源發(fā)展的號召,落實集團產(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)出華能自主知識產(chǎn)權(quán)的電站智能化技術(shù)體系與標準規(guī)范,運用自適應(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,降低電站運行和維護費用,最終建設(shè)成具備數(shù)字化、自適應(yīng)、互動化、智能診斷分析特征的智能電站。
該研究可實現(xiàn)電廠與智能電網(wǎng)的良好互動,AGC升降負荷速率不低于 2%機組額定負荷每分鐘,并可自適應(yīng)外部環(huán)境變化,綜合運行煤耗降低1 ~ 3克標準煤每千瓦時 ,機組主要參數(shù)控制品質(zhì)優(yōu)于國內(nèi)同類機組平均水平 10%以上,同時全面提升示范電站管理水平,明顯提高機組運行可靠性,降低機組檢修、維護和試驗費用 10%以上,可減少生產(chǎn)管理人員工作量 10%。
風電場精細化微觀選址技術(shù)
目前,我國地形風況復(fù)雜地域的風資源開發(fā)越來越重要。在國家大力推進平價上網(wǎng)的新形勢下,如何在開發(fā)復(fù)雜地形和低風速區(qū)域時獲取合理的投資收益率,給風場設(shè)計,特別是微觀選址帶來極大挑戰(zhàn)。為顯著降低風電開發(fā)投資的不確定性,需要對傳統(tǒng)風場設(shè)計方法的計算精度進行提升,實現(xiàn)精細化的風資源評估、發(fā)電量計算和布機,從而充分保障投資的科學(xué)合理性。
在集團公司重點科技項目和高精尖項目的支持下,清能院目前正在開展“基于計算流體力學(xué)的風電場精細化設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)研究”和“基于湍流模型修正的復(fù)雜地形高精度風況計算技術(shù)”,通過研究復(fù)雜地形建模和具備工程應(yīng)用可行性的風場流動計算精度提升方法,從復(fù)雜地形模型構(gòu)建、湍流模型、風資源數(shù)據(jù)算法、尾流模型等多方面對現(xiàn)有設(shè)計計算方法進行提升,并形成風電場精細化微觀選址平臺,開展工程化應(yīng)用。
目前,該技術(shù)已在風電場精細化微觀選址平臺上實現(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)及風輪扇面等效風速技術(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。該項目計劃于 2019年底完成修正湍流模型的開發(fā),并集成到風電場精細化微觀選址平臺。屆時,相比于現(xiàn)有商業(yè)設(shè)計軟件,該平臺的發(fā)電量計算精度預(yù)計至少能夠提升 5%。該項目成果可用于風電場尤其是復(fù)雜地形風電場微觀選址方案的校核和優(yōu)化,為充分利用風資源,增加投資的確定性,提高風電場收益打下堅實基礎(chǔ)。
超臨界二氧化碳循環(huán)發(fā)電技術(shù)
在國家發(fā)改委工程中心創(chuàng)新能力建設(shè)項目、國家重點研發(fā)計劃項目、國家自然科學(xué)基金和集團公司重點科技項目的支持下,西安熱工院目前正在進行“超臨界二氧化碳高效火力發(fā)電機組關(guān)鍵技術(shù)研究及試驗平臺建設(shè)”的研究工作。旨在深入探索超臨界二氧化碳動力循環(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)的控制和運行經(jīng)驗。
超臨界二氧化碳動力循環(huán)是以超臨界二氧化碳為工質(zhì)的真實氣體閉式布雷頓循環(huán),整個循環(huán)工作在二氧化碳臨界點以上,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 300兆瓦等級小容量機組的發(fā)電效率突破 50%。并且,由于循環(huán)采用了全流量的極限回熱技術(shù),可以實現(xiàn)熱電以任意比例輸出,從而實現(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)簡單等優(yōu)勢,可使機組運行成本和固定投資成本相比同等級蒸汽機組降低 6%以上。
經(jīng)過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)電試驗平臺的建設(shè)工作,計劃于今年底建成。建成后,該試驗平臺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)試驗平臺。該項目的預(yù)期研究成果將會極大地推動新型高效發(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)平臺和技術(shù)儲備。