長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)新能源消納政策要求可再生能源發(fā)電全額上網(wǎng)，不惜代價(jià)消納到最后一度。例如，本應(yīng)該保證安全的應(yīng)急調(diào)度也要將“棄風(fēng)棄光”作為威脅“安全”的一項(xiàng)內(nèi)容，又如某區(qū)域市場(chǎng)將清潔能源棄能作為出清的懲罰系數(shù)，要求消納明顯配置劣化的部分可再生能源。當(dāng)講“經(jīng)濟(jì)賬”的時(shí)候，總有一些觀點(diǎn)說(shuō)要“算大賬”，不要在乎局部得失，即使出臺(tái)過(guò)激勵(lì)的調(diào)峰政策也在所不惜。那么問(wèn)題來(lái)了，竭盡全力消納可再生能源的初心是什么？實(shí)際上，盡可能消納可再生能源的初心并不是為了消納而消納，而是為了真正減少碳排放。消納可再生能源電量本身只是手段，不能減少碳排放的可再生消納手段和場(chǎng)景實(shí)際上已經(jīng)背離了初心。

（來(lái)源：電聯(lián)新媒 作者：楊帆）

為可再生能源發(fā)電騰出更多發(fā)電空間需要火電機(jī)組降出力。然而，眾多火電機(jī)組不僅承載著供電的重任，還肩負(fù)著供熱的關(guān)鍵使命，機(jī)組無(wú)法輕易削減供熱量，而這也直接制約了燃煤機(jī)組降低發(fā)電出力的能力。近年來(lái)，電廠對(duì)煤電機(jī)組進(jìn)行靈活性改造，通過(guò)加裝電鍋爐的方式，能夠在實(shí)際機(jī)組不減少出力（保證供熱）的情況下，讓關(guān)口表計(jì)量的上網(wǎng)電量大幅降低，從而實(shí)現(xiàn)新能源消納。但是，使用電鍋爐消納新能源是否沒(méi)有碳排放？是否在所有場(chǎng)景下都可以減少碳排放？

電廠用電鍋爐的發(fā)展歷程及其作用

電鍋爐也稱電加熱鍋爐、電熱鍋爐，顧名思義，它是以電力為能源并將其轉(zhuǎn)化成為熱能，從而經(jīng)過(guò)鍋爐轉(zhuǎn)換，向外輸出具有一定熱能的蒸汽、高溫水或有機(jī)熱載體的鍋爐設(shè)備。

我國(guó)電力工業(yè)起步較晚，解放前，我國(guó)還沒(méi)有自己的電鍋爐制造業(yè)；解放后，我國(guó)先后在哈爾濱、上海、四川、北京、武漢等地建立了電鍋爐生產(chǎn)基地。在民用領(lǐng)域，電極鍋爐及系統(tǒng)主要應(yīng)用于城市供熱；在工業(yè)領(lǐng)域，電極鍋爐廣泛應(yīng)用于火電企業(yè)啟動(dòng)鍋爐，并為造紙、化工、汽車、造船和食品等企業(yè)，提供生產(chǎn)用的高品質(zhì)蒸汽及高溫?zé)崴＝陙?lái)，在我國(guó)東北地區(qū)，電鍋爐與火電機(jī)組配套應(yīng)用快速發(fā)展。在新能源快速發(fā)展的背景下，我國(guó)東北區(qū)域電力總體盈余，低谷調(diào)峰成為東北電力系統(tǒng)運(yùn)行最緊迫的需求，集中表現(xiàn)為熱電矛盾爆發(fā)，風(fēng)電、核電等清潔能源發(fā)電嚴(yán)重受限。2016年春節(jié)期間，東北電力系統(tǒng)低谷調(diào)峰缺口達(dá)500萬(wàn)千瓦，電力平衡極端困難，26座主力熱電廠被迫單機(jī)供熱，存在巨大的民生風(fēng)險(xiǎn)。在調(diào)峰政策的強(qiáng)激勵(lì)下，火電機(jī)組紛紛加裝電鍋爐進(jìn)行靈活性改造，以期在調(diào)峰市場(chǎng)中獲取更高的收益，電鍋爐由此廣泛普及。

火電廠加裝電鍋爐的優(yōu)勢(shì)在于可以提升自身靈活性。供熱期內(nèi)，當(dāng)電網(wǎng)無(wú)法消納風(fēng)、光等新能源發(fā)電負(fù)荷時(shí)，機(jī)組投入電鍋爐，將電能轉(zhuǎn)換為熱能進(jìn)行儲(chǔ)存并向外供熱，電鍋爐功率抵減機(jī)組上網(wǎng)功率，使電廠同時(shí)滿足對(duì)外供熱和調(diào)峰的需要，為新能源機(jī)組讓出發(fā)電空間。在火電廠有頂峰需求時(shí)，電鍋爐放熱，此時(shí)電廠可減少供熱出力，增加發(fā)電出力，達(dá)到增強(qiáng)火電廠頂峰能力的效果。

然而此種方式的問(wèn)題在于，由于電鍋爐供熱是將煤炭轉(zhuǎn)化為高品質(zhì)蒸汽生產(chǎn)電能，然后再次將電能轉(zhuǎn)化為熱能，相較于機(jī)組直接用蒸汽供熱增加了能量轉(zhuǎn)換的過(guò)程。從能源利用效率來(lái)講，能量轉(zhuǎn)換過(guò)程必然存在損失，能量轉(zhuǎn)換次數(shù)增加會(huì)導(dǎo)致能源利用率降低。但是供熱機(jī)組使用電鍋爐可以壓低上網(wǎng)出力，為新能源消納讓出空間，消納的新能源越多，煤耗就節(jié)省的越多。所以要回答“裝電鍋爐來(lái)消納可再生是否真的會(huì)降低碳排放”這個(gè)問(wèn)題，需要計(jì)算不同場(chǎng)景下電鍋爐使用與否兩種情況下的耗煤量。

多場(chǎng)景下的電鍋爐煤耗分析

筆者在“三北”地區(qū)的六省（區(qū)）選取十多個(gè)熱電機(jī)組，以安裝或假設(shè)安裝電鍋爐的場(chǎng)景下進(jìn)行測(cè)算，發(fā)現(xiàn)電鍋爐不是在任何場(chǎng)景下都可以省煤，在系統(tǒng)熱負(fù)荷低的情況下，加裝電鍋爐雖然上網(wǎng)電量為零，但是實(shí)際上總煤耗較不使用電鍋爐煤耗更高。

以某電廠為例，該廠有四臺(tái)300兆瓦機(jī)組，配置一套容量為526.32兆瓦的電極爐調(diào)峰鍋爐，電廠最大供熱能力約為1400兆瓦，最小供熱需求600兆瓦。將熱電機(jī)組煤耗按供電煤耗與供熱煤耗之和作為總煤耗。考慮供熱對(duì)降低供電煤耗的影響，折算不同供電負(fù)荷水平下的煤耗，供熱煤耗標(biāo)準(zhǔn)煤耗率近似取38千克/吉焦。

測(cè)算環(huán)節(jié)設(shè)置兩種場(chǎng)景，第一種為供熱中期早晚間時(shí)段，此時(shí)溫度低供熱需求最大，第二種為供熱早晚期全天時(shí)段、供熱中期午間時(shí)段，此時(shí)環(huán)境溫度回升，供熱需求最小。每種場(chǎng)景下以帶相同的熱負(fù)荷為前提，分別設(shè)置使用電鍋爐和不使用電鍋爐兩種情況，比較兩種情況下的總煤耗。其中，使用電鍋爐情況下，機(jī)組發(fā)電全部用來(lái)供給電鍋爐和廠用電，上網(wǎng)電量為0，而不使用電鍋爐情況下，機(jī)組供熱同時(shí)帶最小電負(fù)荷，此部分電量扣掉廠用電后上網(wǎng)，上網(wǎng)電量相當(dāng)于使用電鍋爐消納掉的新能源出力。

方式一：供熱需求為最大（供熱中期早、晚時(shí)段）

設(shè)置邊界條件為電廠對(duì)外供熱1400兆瓦，以使用電鍋爐供熱、不使用電鍋爐供熱兩種情況分別將能量消耗轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)煤耗，結(jié)果如表1所示。

表1 最大供熱需求下機(jī)組運(yùn)行參數(shù)表

不使用電鍋爐供熱的情況下，電廠實(shí)際上網(wǎng)出力為782兆瓦時(shí)，該部分電量可以視作使用電鍋爐后可再生能源的消納增量。也即，加裝電鍋爐消納可再生并滿足固定的供熱需求，單位可再生折算減少煤耗：(445021.2-316780.80)千克/782兆瓦時(shí)=163.99克/千瓦時(shí)

考慮到兩種方式產(chǎn)生相同的供熱量，可將煤耗均視為供電進(jìn)行對(duì)比，即相當(dāng)于多消納的可再生能源每度電消耗標(biāo)煤310-163.97=146.03克。

方式二：供熱需求最小（供熱中期午間光伏大發(fā)時(shí)段，供熱早、晚期全天時(shí)段）

設(shè)置邊界條件為電廠對(duì)外供熱600兆瓦，此時(shí)有兩種運(yùn)行方式，一種為四臺(tái)機(jī)組運(yùn)行方式，一種為三臺(tái)機(jī)組運(yùn)行方式。

表2 最小供熱需求下4臺(tái)機(jī)組運(yùn)行參數(shù)表

四臺(tái)機(jī)組運(yùn)行方式下，不使用電鍋爐供熱反而更加省煤。可再生消納折算后的煤耗增加量為：

（218460.8-213052.4）千克/278兆瓦時(shí)=19.5克/千瓦時(shí)

相當(dāng)于多消納的可再生度電煤耗370+19.5=389.5克/千瓦時(shí)

表3 最小供熱需求下3臺(tái)機(jī)運(yùn)行參數(shù)表

三臺(tái)機(jī)組運(yùn)行方式下，不使用電鍋爐供熱依然更加省煤。此時(shí)使用電鍋爐來(lái)消納新能源，相當(dāng)于新能源每發(fā)一度電的耗煤為：350+（208461.5-205819.5）/377.37=357克/千瓦時(shí)

由此可見(jiàn)，電鍋爐不是在任何場(chǎng)景下都可以省煤，在供熱中期午間時(shí)段和供熱早、晚期全天時(shí)段供熱需求小，在供熱中期早、晚時(shí)段供熱需求大，在整個(gè)供暖季中，供熱需求小的情景同樣持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間。供熱機(jī)組加裝電鍋爐在熱負(fù)荷高的時(shí)候可以省煤，而在熱負(fù)荷低的時(shí)候反而會(huì)消耗更多煤；同時(shí)使用電鍋爐消納新能源也不是與火電自身壓出力消納新能源減少等量的碳排放，機(jī)組為給電鍋爐供電同樣消耗了能源。這是因?yàn)楫?dāng)機(jī)組負(fù)荷較高時(shí)，減少部分抽氣換電鍋爐帶相應(yīng)的供熱負(fù)荷，此時(shí)機(jī)組鍋爐效率下降幅度相對(duì)較小。而當(dāng)供熱需求變小，機(jī)組為滿足電鍋爐供電需求需要額外帶一部分電負(fù)荷，此時(shí)機(jī)組帶電負(fù)荷多而熱負(fù)荷少，如果機(jī)組繼續(xù)維持較高的熱電比，將出現(xiàn)部分供熱蒸汽排空，而如果機(jī)組降低供熱比，機(jī)組運(yùn)行接近純凝工況，度電煤耗則上升明顯。同時(shí)如果考慮電鍋爐以及新能源的固定投資多帶來(lái)的碳排放，低熱需求下使用電鍋爐耗碳將更多。不使用電鍋爐情況下使用機(jī)組本身抽氣供熱提高了鍋爐的總負(fù)荷帶動(dòng)鍋爐功率上升。同時(shí)計(jì)算在低熱負(fù)荷需求時(shí)機(jī)組壓低電鍋爐出力，保持機(jī)組熱電聯(lián)產(chǎn)的最佳性能，經(jīng)過(guò)計(jì)算也可以降低煤耗。因此，如果機(jī)組在調(diào)峰費(fèi)用過(guò)高的強(qiáng)政策激勵(lì)下，為了獲得較高調(diào)峰收益把電鍋爐帶滿而損失機(jī)組性能，就與電力系統(tǒng)整體節(jié)能減排的方向背道而馳了。

多措并舉實(shí)現(xiàn)低碳發(fā)展

電鍋爐技術(shù)可以增加機(jī)組靈活性，一定情景下能夠有效消納新能源，但在熱負(fù)荷較低時(shí)，使用電鍋爐調(diào)峰反而會(huì)增加碳排放，如果僅僅是為了調(diào)峰而使用電鍋爐，便會(huì)與節(jié)能降碳、綠色發(fā)展的初衷背道而馳。要讓電鍋爐技術(shù)真正為綠色低碳發(fā)展服務(wù)，還需要從以下幾方面進(jìn)行努力。

一是綜合考慮新能源消納成本，全流程核算碳排放。以電鍋爐技術(shù)為例，供熱機(jī)組加裝電鍋爐消納的可再生能源并不是完全沒(méi)有排放的，機(jī)組為滿足電鍋爐供電需求多消耗的煤就是此時(shí)可再生消納的排放來(lái)源。任何新的消納技術(shù)在投入應(yīng)用前都需要經(jīng)過(guò)全流程碳排放核算，并非“只要能消納新能源就一定是更加低碳的技術(shù)”，為了完成新能源消納而降低能源利用效率甚至浪費(fèi)能源是得不償失的。

二是要優(yōu)化調(diào)峰輔助服務(wù)激勵(lì)機(jī)制，避免過(guò)激勵(lì)，調(diào)峰收益不應(yīng)當(dāng)超過(guò)新能源上網(wǎng)電價(jià)。深度調(diào)峰補(bǔ)償?shù)谋疽馐菫榱搜a(bǔ)償機(jī)組在壓低出力時(shí)額外增加的成本，但如果補(bǔ)償額度設(shè)定過(guò)高，則容易導(dǎo)致火電企業(yè)單純?yōu)榱双@取調(diào)峰收益不考慮能耗損失一味追求將上網(wǎng)功率壓到0，看似為了追求“雙碳”實(shí)際上卻與“雙碳”目標(biāo)相悖；調(diào)峰本質(zhì)上是用其他電源少發(fā)一度電換取新能源多發(fā)一度電，如果讓新能源多發(fā)一度電的代價(jià)高于其價(jià)值（新能源上網(wǎng)電價(jià)），那么系統(tǒng)總成本就會(huì)上升，無(wú)法實(shí)現(xiàn)社會(huì)福利最大化。

三是要協(xié)調(diào)機(jī)組靈活性與供熱需求，實(shí)現(xiàn)低碳高效能源管理。要增強(qiáng)機(jī)組自身的快速啟停能力，在新能源大發(fā)的時(shí)段進(jìn)行啟停調(diào)節(jié)，做到調(diào)節(jié)能力達(dá)到最強(qiáng)的同時(shí)碳排放最低。要運(yùn)用創(chuàng)新思維實(shí)現(xiàn)供熱機(jī)組熱電解耦，考慮運(yùn)用相變儲(chǔ)熱等技術(shù)，以不降低能源品質(zhì)為前提，在機(jī)組停機(jī)時(shí)滿足供熱需求，同時(shí)維持必要的尖峰鍋爐，當(dāng)供熱需求達(dá)到尖峰時(shí)能在短時(shí)間內(nèi)投入供熱。要運(yùn)用大數(shù)據(jù)信息化手段變革傳統(tǒng)的熱網(wǎng)模式，根據(jù)熱網(wǎng)特性和控制參數(shù)變動(dòng)，對(duì)熱電聯(lián)產(chǎn)、燃煤鍋爐、燃?xì)忮仩t等熱源進(jìn)行不同規(guī)律調(diào)控，基于熱網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)采集的大數(shù)據(jù)進(jìn)行收斂性分析，給出全熱源范圍內(nèi)的優(yōu)化控制策略，從而實(shí)現(xiàn)功能減排、清潔供熱，最終實(shí)現(xiàn)智慧供熱。

習(xí)總書記提出，綠色發(fā)展是高質(zhì)量發(fā)展的底色，新質(zhì)生產(chǎn)力本身就是綠色生產(chǎn)力，必須加快發(fā)展方式綠色轉(zhuǎn)型，助力碳達(dá)峰碳中和。大力發(fā)展可再生能源是綠色發(fā)展的必由之路，但不能“為了消納而消納”“不惜代價(jià)地消納”。要耐下性子發(fā)展真正低碳的技術(shù)，沉下心來(lái)設(shè)計(jì)更加完善的制度，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益的雙贏。