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华能:科技破局 布子未来
发布人:中国华能 发布时间:2019-06-12 浏览次数:87
700摄氏度先进超超临界发电技术
       700摄氏度超超临界燃煤发电技术,是指主蒸汽压力超过35兆帕,主蒸汽温度超过700摄氏度的新一代先进发电技术,是目前国内外的研究热点。
       2011年,国家能源局设立国家能源领域重点项目“700摄氏度超超临界燃煤发电关键设备研发及应用示范”,由清能院牵头,围绕700摄氏度机组总体方案设计、高温材料的服役特性及国产化、锅炉的设计制造技术、汽轮机的设计制造技术、关键部件验证平台的建立及运行、示范电站可行性等方面开展研究。
       经过近5年的技术攻关和共同努力,2015年12月30日,我国首个700摄氏度关键部件验证试验平台成功投运并实现700摄氏度运行。该平台实现了对国内外10个不同牌号新型材料及关键部件的验证,并以国产材料和工艺为主,表明我国已经初步掌握700摄氏度高温材料冶炼、部件制造加工和现场焊接等关键技术,标志着我国700摄氏度技术的发展迈入新阶段。目前,相关验证工作还在继续,并不断有新的材料加入验证,其中包括西安热工院新研发的高温合金材料HT700。截止2018年底,700摄氏度试验平台累计运行时间已达2.1万小时。
       2018年,国家科技部设立国家重点研发计划项目“700摄氏度等级高效超超临界发电技术”,由集团公司牵头,围绕700摄氏度关键部件长周期验证试验、锅炉燃烧及水动力特性、700摄氏度发电热力系统、布置方式及机组优化集成开展研究,进一步推动我国700摄氏度技术的发展。其中,为了降低700摄氏度机组造价,使之具有更好的技术经济性,清能院研发了新型M型和倒置锅炉,已获得我国和美国发明专利授权,目前正在深入开展相关研究。
新型高碱煤液态排渣锅炉关键技术
       2018年,由集团公司牵头,联合一批国内一流发电设备生产制造企业、研发机构与高校,共同承担了国家重点研发计划“新型高碱煤液态排渣锅炉关键技术”项目,针对新疆高碱煤的强沾污、结渣特性,开发出具有自主知识产权的液态排渣锅炉技术,力图实现燃煤锅炉全烧高碱煤。
       研究聚焦于“高碱煤燃烧过程中高温熔渣与气相钠、钾等碱金属间的气—液—固多相反应机制”这一前沿科学问题,力图揭示新疆高碱煤中碱金属在液态排渣复杂热力环境下的赋存形态及其在燃烧过程中的迁移、转化规律,获得钠、钾等与熔渣矿物质间的多相反应机制,以此开发高碱煤液态排渣旋风燃烧技术与液态排渣氮氧化物控制技术。通过高碱煤在新型旋风燃烧器内与高温熔渣的多相反应,实现在燃烧器内低氧高效低氮燃烧,钠、钾等碱金属的高效捕集,并配合还原区精准喷氨等新技术,实现高碱煤燃烧过程氮氧化物的有效控制。
       集团公司作为国内唯一具有300兆瓦级液态排渣锅炉运维经验的发电集团,研究开发高碱煤液态排渣旋风燃烧技术与氮氧化物控制等技术具有得天独厚的优势,为我国开发液态排渣锅炉全烧高碱煤技术提供了强有力的支撑。本项目将在集团公司系统内300兆瓦等级液态排渣锅炉上进行工业示范验证,在此基础上最终形成完整的全烧高碱煤新型液态排渣锅炉成套设计与制造技术。
项目团队力争在2021年前开发出具有自主知识产权的高碱煤液态排渣旋风燃烧锅炉关键技术及其加工制造工艺,有效解决现有固态排渣锅炉燃用高碱煤存在的严重沾污、结渣等难题,为未来进一步大面积开发和高效利用我国新疆高碱煤资源提供有力的技术支撑。
智能电站关键技术
       为响应国家推进高端制造和智慧能源发展的号召,落实集团产业发展战略及“十三五”规划,全面提升电力生产的智能化水平,西安热工院开展了智能电站关键技术研究,着力开发出华能自主知识产权的电站智能化技术体系与标准规范,运用自适应控制、模糊控制、神经网络控制等现代控制理论,采用大数据、“互联网+”等信息技术,整合电站节能环保运行优化技术、设备性能诊断与故障预警技术,开发相关智能技术和产品,全面提升电站安全与管理水平,降低电站运行和维护费用,最终建设成具备数字化、自适应、互动化、智能诊断分析特征的智能电站。
       该研究可实现电厂与智能电网的良好互动,AGC升降负荷速率不低于2%机组额定负荷每分钟,并可自适应外部环境变化,综合运行煤耗降低1~3克标准煤每千瓦时,机组主要参数控制品质优于国内同类机组平均水平10%以上,同时全面提升示范电站管理水平,明显提高机组运行可靠性,降低机组检修、维护和试验费用10%以上,可减少生产管理人员工作量10%。
风电场精细化微观选址技术
       目前,我国地形风况复杂地域的风资源开发越来越重要。在国家大力推进平价上网的新形势下,如何在开发复杂地形和低风速区域时获取合理的投资收益率,给风场设计,特别是微观选址带来极大挑战。为显著降低风电开发投资的不确定性,需要对传统风场设计方法的计算精度进行提升,实现精细化的风资源评估、发电量计算和布机,从而充分保障投资的科学合理性。
       在集团公司重点科技项目和高精尖项目的支持下,清能院目前正在开展“基于计算流体力学的风电场精细化设计关键技术研究”和“基于湍流模型修正的复杂地形高精度风况计算技术”,通过研究复杂地形建模和具备工程应用可行性的风场流动计算精度提升方法,从复杂地形模型构建、湍流模型、风资源数据算法、尾流模型等多方面对现有设计计算方法进行提升,并形成风电场精细化微观选址平台,开展工程化应用。
       目前,该技术已在风电场精细化微观选址平台上实现了基于高质量贴体网格精确复现复杂地形和障碍物技术、分区线性插值技术及风轮扇面等效风速技术,开发了耦合CFD的工程尾流模型,将高精度尾流模型的大规模工程应用变为现实。该项目计划于2019年底完成修正湍流模型的开发,并集成到风电场精细化微观选址平台。届时,相比于现有商业设计软件,该平台的发电量计算精度预计至少能够提升5%。该项目成果可用于风电场尤其是复杂地形风电场微观选址方案的校核和优化,为充分利用风资源,增加投资的确定性,提高风电场收益打下坚实基础。
超临界二氧化碳循环发电技术
       在国家发改委工程中心创新能力建设项目、国家重点研发计划项目、国家自然科学基金和集团公司重点科技项目的支持下,西安热工院目前正在进行“超临界二氧化碳高效火力发电机组关键技术研究及试验平台建设”的研究工作。旨在深入探索超临界二氧化碳动力循环的基本原理,全面掌握循环系统及核心设备涉及的关键技术,逐步积累超临界二氧化碳循环的控制和运行经验。
       超临界二氧化碳动力循环是以超临界二氧化碳为工质的真实气体闭式布雷顿循环,整个循环工作在二氧化碳临界点以上,循环结构接近理论最优的广义卡诺循环,且随着发电参数的提高,发电效率优势越明显。该循环在工质参数32兆帕,620摄氏度条件下,采用现有材料和污染物超低排放技术,可使300兆瓦等级小容量机组的发电效率突破50%。并且,由于循环采用了全流量的极限回热技术,可以实现热电以任意比例输出,从而实现热电完全解耦。此外,由于该循环具有高效灵活、设备紧凑、系统简单等优势,可使机组运行成本和固定投资成本相比同等级蒸汽机组降低 6%以上。
       经过前期充分的理论研究和技术论证,目前西安热工院已全面展开5兆瓦超临界二氧化碳循环发电试验平台的建设工作,计划于今年底建成。建成后,该试验平台将成为目前世界上容量最大、参数最高的超临界二氧化碳循环试验平台。该项目的预期研究成果将会极大地推动新型高效发电技术的发展,并为该技术的推广应用提供重要的基础平台和技术储备。