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華能:科技破局 布子未來
發布人:中國華能 發布時間:2019-06-12 瀏覽次數:147
700攝氏度先進超超臨界發電技術
       700攝氏度超超臨界燃煤發電技術,是指主蒸汽壓力超過35兆帕,主蒸汽溫度超過700攝氏度的新一代先進發電技術,是目前國內外的研究熱點。
       2011年,國家能源局設立國家能源領域重點項目“700攝氏度超超臨界燃煤發電關鍵設備研發及應用示范”,由清能院牽頭,圍繞700攝氏度機組總體方案設計、高溫材料的服役特性及國產化、鍋爐的設計制造技術、汽輪機的設計制造技術、關鍵部件驗證平臺的建立及運行、示范電站可行性等方面開展研究。
       經過近5年的技術攻關和共同努力,2015年12月30日,我國首個700攝氏度關鍵部件驗證試驗平臺成功投運并實現700攝氏度運行。該平臺實現了對國內外10個不同牌號新型材料及關鍵部件的驗證,并以國產材料和工藝為主,表明我國已經初步掌握700攝氏度高溫材料冶煉、部件制造加工和現場焊接等關鍵技術,標志著我國700攝氏度技術的發展邁入新階段。目前,相關驗證工作還在繼續,并不斷有新的材料加入驗證,其中包括西安熱工院新研發的高溫合金材料HT700。截止2018年底,700攝氏度試驗平臺累計運行時間已達2.1萬小時。
       2018年,國家科技部設立國家重點研發計劃項目“700攝氏度等級高效超超臨界發電技術”,由集團公司牽頭,圍繞700攝氏度關鍵部件長周期驗證試驗、鍋爐燃燒及水動力特性、700攝氏度發電熱力系統、布置方式及機組優化集成開展研究,進一步推動我國700攝氏度技術的發展。其中,為了降低700攝氏度機組造價,使之具有更好的技術經濟性,清能院研發了新型M型和倒置鍋爐,已獲得我國和美國發明專利授權,目前正在深入開展相關研究。
新型高堿煤液態排渣鍋爐關鍵技術
       2018年,由集團公司牽頭,聯合一批國內一流發電設備生產制造企業、研發機構與高校,共同承擔了國家重點研發計劃“新型高堿煤液態排渣鍋爐關鍵技術”項目,針對新疆高堿煤的強沾污、結渣特性,開發出具有自主知識產權的液態排渣鍋爐技術,力圖實現燃煤鍋爐全燒高堿煤。
       研究聚焦于“高堿煤燃燒過程中高溫熔渣與氣相鈉、鉀等堿金屬間的氣—液—固多相反應機制”這一前沿科學問題,力圖揭示新疆高堿煤中堿金屬在液態排渣復雜熱力環境下的賦存形態及其在燃燒過程中的遷移、轉化規律,獲得鈉、鉀等與熔渣礦物質間的多相反應機制,以此開發高堿煤液態排渣旋風燃燒技術與液態排渣氮氧化物控制技術。通過高堿煤在新型旋風燃燒器內與高溫熔渣的多相反應,實現在燃燒器內低氧高效低氮燃燒,鈉、鉀等堿金屬的高效捕集,并配合還原區精準噴氨等新技術,實現高堿煤燃燒過程氮氧化物的有效控制。
       集團公司作為國內唯一具有300兆瓦級液態排渣鍋爐運維經驗的發電集團,研究開發高堿煤液態排渣旋風燃燒技術與氮氧化物控制等技術具有得天獨厚的優勢,為我國開發液態排渣鍋爐全燒高堿煤技術提供了強有力的支撐。本項目將在集團公司系統內300兆瓦等級液態排渣鍋爐上進行工業示范驗證,在此基礎上最終形成完整的全燒高堿煤新型液態排渣鍋爐成套設計與制造技術。
項目團隊力爭在2021年前開發出具有自主知識產權的高堿煤液態排渣旋風燃燒鍋爐關鍵技術及其加工制造工藝,有效解決現有固態排渣鍋爐燃用高堿煤存在的嚴重沾污、結渣等難題,為未來進一步大面積開發和高效利用我國新疆高堿煤資源提供有力的技術支撐。
智能電站關鍵技術
       為響應國家推進高端制造和智慧能源發展的號召,落實集團產業發展戰略及“十三五”規劃,全面提升電力生產的智能化水平,西安熱工院開展了智能電站關鍵技術研究,著力開發出華能自主知識產權的電站智能化技術體系與標準規范,運用自適應控制、模糊控制、神經網絡控制等現代控制理論,采用大數據、“互聯網+”等信息技術,整合電站節能環保運行優化技術、設備性能診斷與故障預警技術,開發相關智能技術和產品,全面提升電站安全與管理水平,降低電站運行和維護費用,最終建設成具備數字化、自適應、互動化、智能診斷分析特征的智能電站。
       該研究可實現電廠與智能電網的良好互動,AGC升降負荷速率不低于2%機組額定負荷每分鐘,并可自適應外部環境變化,綜合運行煤耗降低1~3克標準煤每千瓦時,機組主要參數控制品質優于國內同類機組平均水平10%以上,同時全面提升示范電站管理水平,明顯提高機組運行可靠性,降低機組檢修、維護和試驗費用10%以上,可減少生產管理人員工作量10%。
風電場精細化微觀選址技術
       目前,我國地形風況復雜地域的風資源開發越來越重要。在國家大力推進平價上網的新形勢下,如何在開發復雜地形和低風速區域時獲取合理的投資收益率,給風場設計,特別是微觀選址帶來極大挑戰。為顯著降低風電開發投資的不確定性,需要對傳統風場設計方法的計算精度進行提升,實現精細化的風資源評估、發電量計算和布機,從而充分保障投資的科學合理性。
       在集團公司重點科技項目和高精尖項目的支持下,清能院目前正在開展“基于計算流體力學的風電場精細化設計關鍵技術研究”和“基于湍流模型修正的復雜地形高精度風況計算技術”,通過研究復雜地形建模和具備工程應用可行性的風場流動計算精度提升方法,從復雜地形模型構建、湍流模型、風資源數據算法、尾流模型等多方面對現有設計計算方法進行提升,并形成風電場精細化微觀選址平臺,開展工程化應用。
       目前,該技術已在風電場精細化微觀選址平臺上實現了基于高質量貼體網格精確復現復雜地形和障礙物技術、分區線性插值技術及風輪扇面等效風速技術,開發了耦合CFD的工程尾流模型,將高精度尾流模型的大規模工程應用變為現實。該項目計劃于2019年底完成修正湍流模型的開發,并集成到風電場精細化微觀選址平臺。屆時,相比于現有商業設計軟件,該平臺的發電量計算精度預計至少能夠提升5%。該項目成果可用于風電場尤其是復雜地形風電場微觀選址方案的校核和優化,為充分利用風資源,增加投資的確定性,提高風電場收益打下堅實基礎。
超臨界二氧化碳循環發電技術
       在國家發改委工程中心創新能力建設項目、國家重點研發計劃項目、國家自然科學基金和集團公司重點科技項目的支持下,西安熱工院目前正在進行“超臨界二氧化碳高效火力發電機組關鍵技術研究及試驗平臺建設”的研究工作。旨在深入探索超臨界二氧化碳動力循環的基本原理,全面掌握循環系統及核心設備涉及的關鍵技術,逐步積累超臨界二氧化碳循環的控制和運行經驗。
       超臨界二氧化碳動力循環是以超臨界二氧化碳為工質的真實氣體閉式布雷頓循環,整個循環工作在二氧化碳臨界點以上,循環結構接近理論最優的廣義卡諾循環,且隨著發電參數的提高,發電效率優勢越明顯。該循環在工質參數32兆帕,620攝氏度條件下,采用現有材料和污染物超低排放技術,可使300兆瓦等級小容量機組的發電效率突破50%。并且,由于循環采用了全流量的極限回熱技術,可以實現熱電以任意比例輸出,從而實現熱電完全解耦。此外,由于該循環具有高效靈活、設備緊湊、系統簡單等優勢,可使機組運行成本和固定投資成本相比同等級蒸汽機組降低 6%以上。
       經過前期充分的理論研究和技術論證,目前西安熱工院已全面展開5兆瓦超臨界二氧化碳循環發電試驗平臺的建設工作,計劃于今年底建成。建成后,該試驗平臺將成為目前世界上容量最大、參數最高的超臨界二氧化碳循環試驗平臺。該項目的預期研究成果將會極大地推動新型高效發電技術的發展,并為該技術的推廣應用提供重要的基礎平臺和技術儲備。
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