“双碳”目标是破解资源环境约束、实现可持续发展的迫切需要。习近平总书记在党的二十大报告中指出：立足我国能源资源禀赋，坚持先立后破，有计划分步骤实施碳达峰行动。深入推进能源革命，加强煤炭清洁高效利用，加快规划建设新型能源体系，积极参与应对气候变化全球治理。在“双碳”目标约束下，高碳排放的煤电企业面临严峻挑战，碳排放权交易、煤电清洁高效转型等政策的实施，煤电企业为此新增多项成本，如碳交易成本、机组“三改联动”投资成本、煤电搁浅成本等。同时，“双碳”目标实施过程中，煤电由主力电源逐渐转变为调节性电源、备用电源成为必然趋势。在此背景下，煤电企业如何在电力中长期市场、现货市场、辅助服务市场等多市场中进行科学交易决策，对完成角色转变、实现健康发展与转型至关重要。
1.预热燃烧技术
预热燃烧技术由中科院工程热物理研究所提出，在低挥发分煤粉稳定燃烧和NOx减排方面有较大技术优势，目前在工业上已有一些实际应用。煤粉预热燃烧是将粉状燃料先送入预热燃烧器，通过燃料的部分燃烧放热将燃料温度提升至800℃以上，实现燃料改性，形成含有煤气和高活性半焦的高温气固混合燃料后，再进入主燃烧室（如锅炉炉膛）悬浮燃烧。预热燃烧器采用循环流化床的原理实现燃料的温度自持，预热后的固体燃料燃烧特性显著提升，燃料粒径变细，颗粒比表面积增加10~20倍，活性点位增加一倍以上，且温度高于着火点，一进入主燃烧室即快速燃烧，相比于传统燃烧方式有很大改进。预热改性将煤炭改性为高温气/固燃料，此类燃料的温度高于800℃，且为气体燃料和固体燃料的混合物，因此这种燃料同样具备气体燃料燃烧的特性。在预热过程中，燃料中固体焦炭孔隙打开，石墨化程度降低，并引起活性缺陷位增加，使燃料的反应活性大大提升。高温气/固燃料的燃烧以均相反应为主导，更类似于气体燃料的燃烧，解决了低负荷下稳定燃烧困难和效率低的问题，从而实现煤粉锅炉低负荷下的高效稳定燃烧。此外，由于预热装置内为强还原性气氛，预热析出的氮元素大部分被还原为氮气，从而大幅度降低了主燃烧室的氮氧化物生成量，因而是一种比较理想的燃烧技术。
2.余热回收供热技术
余热回收利用改造可提高机组在热电解耦时段的供热能力。在供热季，由于汽轮机组受限于低压缸最小排气流量，即便低负荷时仍有循环水上塔冷却，因此存在大量的循环水余热浪费。可通过热泵技术或者低真空供热技术回收循环水余热供热。低真空供热技术需改造汽轮机转子，而且运行时以热定电运行，灵活性调峰功能较差，因此并不适用。热泵技术需要蒸汽或者电力等作为驱动，回收循环水余热，可提高机组供热能力，同时消耗蒸汽或者电量而降低机组电负荷。低负荷运行时，锅炉产生的连排疏水，吹灰疏水，暖风机疏水等各路疏水的处理上存在能源不能回收加以利用，如：（1）连排疏水蒸汽经连排扩容器后，进入除氧器继续利用，而除氧器排氧门直接对空排气；（2）吹灰疏水通入定排扩容器后直接排放；（3）其他的管路阀门疏水通过锅炉疏水扩容器直接排放。通过添加回收设备，能够统一回收利用连排疏水，吹灰疏水等电厂汽水系统低品位热能，用以加热主凝结水，以减少抽汽，提高机组效率，加温后的凝结水并入低压加热器出口管路。
3.切除低压缸供热技术
切除低压缸供热技术路线，即在供热季将汽轮机低压缸进汽全部切除，仅另外引接一股小流量蒸汽对低压缸进行冷却，使低压缸在高真空条件下空转运行，从而提高机组的供热能力。切除低压缸供热主要考虑在高真空、极低流量条件下，低压转子的运行安全性，低压缸的切除方式以及机组抽汽凝气与背压运行方式的切换问题。该技术路线由于机组以背压机方式运行，无冷源损失，因此供热经济性好。但是，国内在抽汽凝汽式供热机组中，尚未进行相关技术的改造以及长时间运行经验，尤其是机组长时间内处于低负荷并且低压缸切除供热工况下运行，仍需进一步进行研究验证。
4.抽真空系统
抽真空系统是汽轮机冷端系统的重要组成，其工作性能的好坏直接影响机组的安全经济性。通常环境温度在10～15℃以下时，空冷系统进入优化运行区，该温度范围占到全年的60%以上，因此开展空冷系统的优化运行工作对提高空冷系统的经济性具有重要的意义。本机组节能改造配套增加空冷面积，改造后负压系统容积增大，同时整体冷却面积增加，冷却能力提高，理想运行背压应进一步下降，但当抽真空能力不足时，受目前水环真空泵极限运行背压的限制，机组在低气温工况下，考虑到空冷系统防冻要求，机组运行背压的下降幅度会受到明显的限制。本机组改造采用罗茨真空泵组加大容量辅助冷却的汽轮机抽真空技术在提高真空泵的入口压力的同时大幅降低进入真空泵的蒸汽流量，可有效解决直接空冷机组抽真空能力不足和极限真空低等问题，通过加装串联式罗茨泵抽真空系统——罗茨真空泵组，可使水环真空泵的入口压力提高，水环真空泵抽空气能力增加。对于湿冷机组来说，在真空泵处增设罗茨泵抽真空系统能提高抽真空能力。同样，对于直接空冷机组，在抽真空系统的母管上增设串联式罗茨泵抽真空系统，与现有的水环真空泵系统组成罗茨水环真空泵组。
5.辅助服务市场电价测算
目前，我国运行的主要辅助服务品种包括调峰辅助服务、调频辅助服务。在煤电从主力电源转变为调节性电源的背景下，调峰是煤电承担的重要任务，参与电力调峰将是未来煤电企业获得发电收益的主要手段，本文选取调峰辅助服务进行相关电价测算。燃煤机组参与调峰辅助服务市场可以根据调峰发电量获取调峰电量收益，但较低的调峰收益甚至亏损导致火电机组深度调峰的改造缺乏积极性。调峰容量市场鼓励机组进行相关改造，提升调峰能力，从而获得市场收益。调峰电量收益与调峰容量补偿并行的电价机制成为未来调峰辅助服务市场的发展趋势。因此，对调峰电量电价和容量补偿电价进行测算，为燃煤机组在调峰市场中有序高效报价奠定理论基础。电价高低直接影响煤电企业收益，而电价变化幅度较大，尤其近两年煤价上涨幅度较大，煤电企业发电成本激增，产生巨额亏损。设立电价浮动风险预警机制后可帮助企业提前或者及时应对价格上涨或下降风险。同时，设立价格波动风险预警阈值，监控电价波动风险。当价格下跌风险超过阈值，企业可及时调整售电量，尽最大可能避免损失或者保证一定收益率，助力企业实现可持续发展。
结束语
在保障机组安全稳定运行的前提下，本节能改造方案以投资小、收益大为原则，根据机组的运行现状提出采用先进的汽轮机AIBT通流改造技术、空冷增容改造技术和抽真空系统改造技术对机组实施改造，将机组通流改造和冷端增容改造结合起来进行通流边界参数的确定和末级叶片的优化选型，同时对抽真空系统进行改造。该节能改造方案，一方面可实现机组的节能降耗，另一方面可有效解决直接空冷机组抽真空能力不足和冬季防冻问题。
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