“雙碳”目標下，中國電力還能倚靠“燒開水”嗎？

【文/觀察者網 李煥宇】力爭2030年前實現碳達峯，2060年前實現碳中和，中國的這一宣言，讓世界為之震撼。

不過，在我國“多煤少油缺氣”的資源狀況下，實現“雙碳”目標，構建以新能源為主體的新型電力系統，勢必將對碳排放的大頭，同時也是我國電力的頂樑柱——火電造成嚴重衝擊。

新時代下，火電需要的“開水”該怎麼燒？近日，觀察者網借國資委和中央網信辦聯合主辦的建黨百年主題活動，探訪了全球火電裝備巨頭——東方汽輪機。

東方汽輪機廠區地標——由東汽自研的30萬千瓦煤電汽輪機（實物，已退役） 觀察者網/李煥宇 攝

東方汽輪機隸屬東方電氣集團，起家於“三線建設”時期。2008年，由於廠區被汶川大地震摧毀，東方汽輪機經歷了一次浴火重生。重生後的東汽，無論在技術實力還是市場規模均已走在全球前列，其630℃1000MW級燃煤發電機組首次將煤電發電效率提到50%以上，且技術完全自主。而在市場上，東汽更是佔據了全國三分之一的市場份額。截至2021年5月，東方汽輪機累計發電設備產量達到5億千瓦，產值突破2000億元。

東方汽輪機產品研發中心主任，全國“五一勞動獎章”獲得者範小平向觀察者網表示，佔據我國發電大頭的煤電未來肯定要承擔起電力系統“調節器”的作用，但在靈活性改造這一塊還有技術難題需要克服，東汽已經形成初步技術方案。

如果再放眼未來的話，火電裏碳排量小，發電效率不斷提高的垃圾焚燒、生物質等小型汽輪機組很可能會成為他們的業務支撐。東汽已進行佈局，其技術實力處國內先進水平，部分技術也已達到國際先進水平。

東方汽輪機旗下不同機組的碳排量和發電效率（注:氣電數據指東汽自主研發的50MW等級機組） 數據來源：東方汽輪機

燃煤電站：低排放已實現 靈活性有待提高

火電裏的煤電，是我國碳排放以及電網的主力軍，其利用效率，對“雙碳”有重要意義。

範小平稱，在這一領域，東方汽輪機研發的全球首台630℃1000MW等級燃煤發電機組首次將煤電發電效率提升到50%，且所有設計技術均具有完全自主知識產權，其示範項目——大唐鄆城項目目前正在推進中，這在燃煤發電領域具有里程碑意義。

另外，東汽用“中國芯”替代“進口芯”的方案已經在多個進口機組升級改造中取得成功，其經濟性達到國際先進水平。範小平表示，目前我國煤電機組超低排放改造進行得比較徹底。

但是，在靈活性改造上，煤電還遠遠達不到市場需求。範小平認為，煤電必須承擔起“調節器”的作用，靈活運行，深度參與調峯，保證在需要它的時候，能夠馬上把負荷提起來。因為在以新能源為主體的新型電力系統下，風、光等不穩定的新型電力未來勢必將佔據發電大頭，給電網調控帶來沉重壓力。

東汽的燃機產品 圖片來源：東方汽輪機

兼具超低排放和靈活性的新機組現在是東方汽輪機一個重要研究方向，而且還有着較大的市場前景。範小平指出，存量燃煤電站參與深度調峯主要有三個難點：

第一，調峯深度能力受限，大量機組如需要做到更低的負荷穩定運行還需要解決一些技術問題及進行運行驗證；

第二，調峯響應速度受限，還需要解決快速調整負荷所需的一系列安全可靠性問題；

第三，現有電廠智能化水平還需要提升，深度調峯、靈活運行及源網荷儲一體化都需要建立在所有機組都能智能調控的水平之上。

相比之下，國外較多采用燃氣機組進行調峯。燃氣電站的調峯能力一直都有嚴格的要求並被重點設計，再加上燃機本身在啓停及負荷變化能力上比燃煤鍋爐有天然優勢，所以煤電很難做到氣電的調峯水平。

不過東汽並沒有知難而退。範小平表示，針對一系列難點，東方汽輪機組織多個攻關團隊，廣泛調研瞭解業主需求，針對不同的機型及電廠情況，進行專項研究，重點進行深度調峯技術研究、快速啓停及負荷調整技術研究、智慧電廠技術研究、高效寬負荷技術研究等。目前，他們已經形成初步的技術方案，改造技術和方案是可行的。

小型蒸汽輪機：未來的業務支撐

除了燃煤機組的靈活性改造，用於垃圾發電、生物質發電的小型蒸汽輪機也是東方汽輪機有着較大投入的一個領域，有可能成為東汽的業務支撐。範小平表示，這一領域的持續發展關乎中國的生態文明建設，其長期可持續發展不會有任何問題。

對於今年年初補貼退潮引發的垃圾發電小幅“降温”，範小平認為，垃圾發電長期需要補貼的原因是發電效率太低。但在近幾年，東方汽輪機研發的新一代機組效率大幅提升，很多電廠已經可以在很低或者沒有補貼的情況下生存，具備盈利能力，有較好的經濟效益。而且，垃圾電廠建設初衷就是廢物利用，其環保作用更大，社會效益明顯。

據他介紹，國內首台25MW等級再熱垃圾發電汽輪機及世界最高參數再熱垃圾發電汽輪機均由東汽自主研製並先後成功投運，相比傳統機型效率提升20%以上。在垃圾發電領域，東方汽輪機目前處於引領國內技術發展方向的地位，研發的世界最高參數機組發電效率可達40%，且全部設計技術均為自主研發。

四川自貢35MW等級垃圾焚燒發電汽輪機 圖片來源：東方汽輪機

對於生物質發電，範小平表示，農林生物質發電目前最大困難是燃料來源分散及收集成本高，這一點需要各方持續關注和解決，相信總會找到一個平衡點。

從技術上看，東方汽輪機目前處於引領國內技術發展方向的地位，最高參數機組發電效率可達43%。全部設計技術均自主研發，其研製國內首台40MW高轉速再熱生物質發電汽輪機於2018年投運，比市場同類機型效率提升8%以上，形成了從15MW~80MW生物質發電汽輪機全覆蓋。

對於國外出現的一些將燃煤電站改造為生物質電站的做法，範小平認為，雖然有技術上的可行性，但不具備大規模推廣可行性，其綜合經濟性需要針對具體項目評估。

首先，生物質電站受資源所限，一定地域內所能佈置電站容量較小，如果容量太大，則其燃料收集及運輸成本將會大幅上升；其次，國內目前的生物質電站（主要為垃圾和農林生物質）等已經初步完成佈局，正在大量建設之中，其設計技術較為先進，燃煤電站轉型不具備任何優勢。

宿州市泗縣屏山鎮塗山村的40MW級再熱生物質發電汽輪機 圖片來源：東方汽輪機

除了垃圾發電和生物質發電，東汽也在積極探索餘熱發電技術。據範小平介紹，東方汽輪機在2018年在國內率先完成新一代亞臨界小型再熱汽輪機研製，實現了從30MW~135MW餘熱利用再熱汽輪機產品全覆蓋，目前東汽在該領域市場佔有率超過80%以上，為高效利用餘熱餘氣提供了良好的示範。

光熱：同火電異曲同工的新能源

除了燃煤、燃氣、垃圾焚燒、生物質這樣的正統火電，作為新能源的光熱電站由於跟火電一樣要用汽輪機發電因此也在東方汽輪機的業務範圍。

據範小平介紹，東方汽輪機研製的國內首台50MW等級大功率光熱發電汽輪機於2018年7月成功投運，打破了國外公司壟斷，大幅降低了該型機組售價，目前在光熱發電汽輪機領域東汽市場佔有率超過50%。

他表示，光熱相對光伏其最大優勢在於其配置較低成本的儲能（儲熱），具備較強的調峯能力，綜合發電和儲能考慮會有較大發展前景。不過，由於初期建設成本較高等因素，其短期內發展規模是受限的。

塔式光熱電站 圖片來源：新華社

東方汽輪機：中國火電自力更生的技術後盾

除了煤電、垃圾發電、生物發電，東方汽輪機還是我國唯一一家掌握重型燃機設計、試驗、製造自主技術的單位。不誇張地講，在中國火電的每個領域背後，都有東方汽輪機自主創新的身影。

這確實是東汽的優良傳統。範小平表示，早在上世紀80年代初期，東方汽輪機就在資金及技術都極度缺乏的情況下，齊心協力攻關30萬千瓦機組的試製，並在1983年成功研製，解決了東汽大型機組的有無的問題。

範小平與身後的30萬千瓦“爭氣機” 觀察者網/李煥宇 攝

此後，東汽的自主研發之路從未停止，長期的製造研發過程中，東汽形成了完備的研發團隊，建成國內唯一的多級空氣透平試驗枱，先後成功研發具有自主知識產權的東方第三代和第四代汽輪機技術，形成了高效通流研發體系，走出了一條“理論設計——廠內試驗驗證——改造機組驗證——新機應用推廣”的具有東方特色的科技創新之路，獲得了發電系統集成、通流技術優化、本體結構優化等全方位的創新研究成果。

2010年，東汽自主開發的國內首台1000MW空冷汽輪機在華電靈武成功投運，2014年，自主研發的採用第二代火電設計技術的東汽1000MW汽輪機在六橫、萬州投運，機組首次採用東汽自主研發的國內最長的1200mm葉片的低壓模塊。2019年，採用第三代通流設計技術的蕪湖、橫山1000MW機組投運，是當時國內經濟性最好的濕冷和空冷百萬機組。

近年來，採用東汽自主研發的第四代通流設計技術，用“中國芯”替代“進口芯”在多個進口機組升級改造中取得成功，標誌着我國電力裝備研製能力躋身世界第一梯隊，實現了從“追趕者”到“有力競爭者”的華麗轉身。

範小平表示，作為央企員工，讓每一個卡脖子的核心技術自主可控，是他們應盡的光榮職責。創新過程充滿艱辛，但創新成果更能激勵他們繼續前行。

本文系觀察者網獨家稿件，未經授權，不得轉載。