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煤电与新能源技术现状及协同发展路径

1、研究背景

加快构建以新能源为主体的新型电力系统，是实现碳达峰、碳中和的关键环节。面对电力系统转型的迫切需要，国家能源局明确指出安全高效是构建新型电力系统的基本前提，既要积极推进新能源的大规模发展，也要充分强化煤电的基础能源地位，加快灵活调节改造，提升兜底保障能力。现阶段，我国新能源发电产业已步入高速增长阶段，成为全球最大的太阳能和风能市场之一。然而，由于新能源电力供应的波动性、随机性和间歇性，电力系统固有的灵活性难以支持高比例新能源电力的消纳，系统在稳定控制、安全运行等方面面临不同时间尺度的多重挑战。大规模新能源并网导致发电侧随机性持续攀升，而当前最大调峰电源煤电机组的调节能力不能满足新能源发电大规

模的装机与消纳，面向新型电力系统的构建，协同推进新能源发展与煤电转型，加快提升系统调峰能力成为当务之急。

2、研究意义

在“双碳”目标的引领下，构建以新能源为主体的新型电力系统是我国能源转型的必然方向。然而，新能源发电因其波动性、随机性与间歇性，给电力系统的安全性与稳定性带来了诸多挑战。与此同时，煤电作为传统电力系统的基础能源，凭借其在负荷保障、调峰能力以及应对极端工况时的兜底作用，依然在电力系统中占据不可替代的地位。因此，煤电与新能源的协同发展，不仅是应对高比例新能源电力消纳挑战的技术突破口，更是确保新型电力系统安全稳定运行的重要

战略需求。为此，本文从煤电转型、新能源电力稳定技术、煤电与新能源耦合技术三个方面展开论述，分析总结煤电与新能源协同发展的研究现状和技术瓶颈，提出煤电与新能源协同能源系统构想，旨在为低碳、经济、安全稳定的新型电力系统建设提供参考。

3、重点内容

1.煤电转型研究进展

我国作为世界上煤电装机容量最高的国家，长期以来一直依赖燃煤发电来满足电力需求。更高效、更清洁、更灵活是煤电转型的3个主要方向。

1)高效煤电技术

(1)700℃超高参数超超临界机组

(2)二次再热超超临界机组

(3)超临界二氧化碳燃煤发电系统

2)耦合碳捕集系统的清洁煤电技术

(1)燃烧前捕集

(2)燃烧后捕集

(3)富氧燃烧

3)耦合储能系统的灵活煤电技术

(1)耦合储热技术

(2)其他储能技术

2.新能源发电稳定运行技术研究进展

新能源电力具有波动性、随机性和间歇性，大规模并网会对电网的安全性造成威胁。为提升新能源发电的稳定性，风光发电功率预测、集成储热的光热发电、风光发电控制策略和电解水制氢等技术受到广泛关注。

1)风光发电功率预测技术

2)集成储能的光热发电技术

3)风光发电控制策略

4)新能源制氢

(1)风电制氢

(2)太阳能制氢

(3)余电制氢

3.煤电与新能源耦合技术研究进展

1)燃煤-太阳能耦合发电系统

2)燃煤-生物质耦合发电系统

3)多能互补系统

4)煤电与新能源协同能源系统构想

针对煤电与新能源协同能源系统的未来发展路径，笔者提出了一种协同发展路线，旨在解决煤电碳排放高和电网调峰困难的问题。在该路线中，煤电机组采用富氧燃烧方式且主要在设计负荷下运行供电，而新能源发电主要用于电解水制氢。同时，当电网负荷需求较小时煤电机组可根据经济性选择调峰或用余电电解水制氢。电解水制氢产生

的0?用于煤电富氧燃烧，而产生的H?与富氧燃烧煤电机组捕集的CO?通过加氢技术生成烃类或醇类等更便于远距输运和长期储备的燃料。

煤电与新能源协同的能源系统

该技术方案具有以下显著优势：①煤电机组无需长时间低负荷运行，机组的运行效率、经济性和寿命得到保障。相关研究表明，对于亚临界30万、60万kW等级机组，机组在40%负荷下运行时的供电煤耗率相对额定负荷升高约30~50g/(kW·h),而超超临界60万、100万kW等级机组供电煤耗率的升高可能超过50g/(kW·h)。②煤电机组无需加装空分制氧系统，大幅降低了碳捕集的能耗和成本，煤电碳捕集成本将随新能源发电成本的不断降低而进一步下降，有利于推动煤电机组碳捕集技术大规模工程实施。③煤电大规模碳捕集所得的CO?不仅可以被CO?加氢技术大规模消纳，同时也为CO?加氢合成工艺技术提供充足的原料来源。④氢能的储运以醇类作载体，便于长期安全储备和远距输运，避免了氢气储运成本高、安全性差的问题，有利于实现新能源在新形态下的战略储备。

4、结论

1)高效、清洁、灵活是煤电机组未来发展的重要方向。为进一步提

升煤电机组效率，需关注700℃机组耐高温高压材料在变负荷期间的安全问题、二次再热机组汽温调节及轴系稳定性、超临界二氧化碳燃煤发电系统的变负荷性能及控制策略等相关问题。对于耦合碳捕集系统的清洁煤电机组，关键在于实现低