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近年来，随着可再生能源迅猛发展，电源结构、电网结构发生重大变化，新能源大规模集中并网增加了电网的调峰、调频难度，局部地区弃风、弃光、弃水、限核和系统调峰、供暖季电热矛盾等问题突出，电力辅助服务利益关系日趋复杂。为解决这一系列问题，保障电力安全供应和民生供热，大幅提高可再生能源消纳比例，我国政府先后推出一系列政策，推动火电灵活性改造，加强电力系统调峰能力建设，以提升电力系统灵活性。
什么是火电灵活性改造
火电灵活性通常指火电机组的
打开CPEM了解更多运行灵活性，即适应出力大幅波动、快速响应各类变化的能力，主要指标包括调峰幅度、爬坡速率及启停时间等。目前，国内火电灵活性改造的核心目标是充分响应电力系统的波动性变化，其中 降低最小出力，即增加调峰能力 是目前最为广泛和主要的改造目标。
灵活性改造涉及电厂内部多个子系统的变化，包括改造本体机组设备、新建其他辅助设备等，而热电机组和纯凝机组的改造范围也因机组是否承担供热角色而存在差异。对纯凝机组，通过优化燃料供应、锅炉和烟气化学处理系统，实现最低负荷工况下提升煤粉燃烧稳定性，并保证低负荷运行时脱硝、除尘器和脱硫等系统的正常投运，达到节能及环保指标。对供热机组，一般较少涉及锅炉低负荷运行问题，主要举措为通过汽轮机本体改造，改善汽轮机在低负荷运行下的运行特性，增加电锅炉、储热罐等热电解耦设备，增加热电机组的调峰能力（图 1 ）。
图1 灵活性改造涉及子系统示意图
我国火电灵活性改造现状
为了充分挖掘火电机组调峰潜力，提高系统可再生能源消纳能力，国家能源局于 2016 年 6 月遴选了华电丹东金山热电厂等 16 个项目开展灵活性改造试点推广，其中热电机组 14 个、纯凝机组 2 个； 2016 年 7 月，又遴选了华能长春热电厂等 6 个项目作为第二批提升火电灵活性改造试点项目，全部为热电机组。两批试点共涉及 22 个项目，总容量约 1700 万 kW ，分布于可再生能源消纳问题突出的辽宁、吉林、黑龙江、内蒙古、甘肃、广西、河北 7 省区，其中东北地区占比最高，达 1352 万 kW 。除国电庄河发电厂和国电双辽发电厂部分机组为纯凝机组外（国投靖远电厂 2016 年后已完成供热改造）其余全部为热电机组。 22 个试点项目主要改造目的在于深度调峰，仅少数试点项目对负荷响应速率进行了提升，这与当时弃风、弃光及热点矛盾突出等主要矛盾有关。据不完全统计，此轮灵活性改造后，热电机组普遍增加 20% 额定容量的调峰能力，最小技术出力达到 40%~50% 额定容量，纯凝机组增加 15%~20% 额定容量的调峰能力，最小技术出力达到 30%~35% 额定容量，部分具备改造条件的电厂预期达到国际先进水平，机组不投油稳燃时纯凝工况最小技术出力达到 20%~25% 。
虽然我国早在 2016 年就启动火电灵活性改造试点工作，并在国家 十三五 电力规划中制定了明确的灵活性改造目标，但由于各个区域内不同省份的电量、电价均有较大差异，配套调峰补偿条件设定的门槛高，补偿政策长远预期存在不确定性。在增加安全运行和环保风险的同时，还要牺牲机组能耗、增加改造投入，这些因素都极大影响了火电企业主动实施改造和参与调峰的积极性。截至 2020 年底， 三北 地区火电机组灵活性改造只完成 8241 万千瓦，只达到改造目标的 38% ，内蒙古、山西、新疆、甘肃各省区仅完成改造目标的 2.1% 、 3.3% 、 2.4% 和 4.1% 。
火电灵活性改造政策发展趋势
2016年起，国家发改委、能源局联合多部门出台了《热电联产管理办法》（发改能源 [2016]67 号）、《第一批火电活性改造试点项目的通知》（国能综电力[ 2016]397 号）、《可再生能源调峰机组优先发电试行办法》（发改运行 [2016]1558 号）、《第二批火电活性改造试点项目的通知》（国能综电力[ 2016] 474号）等一系列政策，拟通过试点项目，带动火电灵活性改造。在2016年发布的《电力发展十三五规划》中，明确提出了三北地区热电机组灵活性改造目标。
2018 年，国家发改委、能源局印发了《关于提升电力系统调节能力的指导意见》（发改能源 [2018]364 号）、《清洁能源消纳行动计划（ 2018-2020 年）》（发改能源 [2018]1575 号），提出建立健全包括辅助服务补偿（市场）机制在内的支撑体系，将各地火电灵活性改造规模与新能源规模总量挂钩，明确了通过体制机制的优化鼓励火电灵活性改造。在一系列辅助服务政策引导下，各区域电网陆续修改两个细则的条款，加大两个细则考核和补偿力度，开展火电机组灵活性辅助服务。
2020 年 9 月，我国提出双碳目标以来，火电机组灵活性改造按下加速键， 2021 年中共中央、国务院印发《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》及《 2030 年前碳达峰行动方案》均明确提出加快现役机组节能升级和灵活性改造；国家发改委、能源局《关于鼓励可再生能源发电企业自建或购买调峰能力增加并网规模的通知》（发改运行 [2021]1138 号）鼓励发电企业通过自建或购买调峰储能能力的方式，增加可再生能源发电装机并网规模，而《关于开展全国煤电机组改造升级的通知》（发改运行 [2021]1519 号）更是明确提出：煤电机组灵活性改造应改尽改，‘十四五’期间完成灵活性改造 2 亿千瓦，可增加系统调节能力 3000-4000 万千瓦。
从当前可再生能源发展趋势、新型电力系统建设要求，及近五年来相关政策的变化可见，火电机组灵活性改造的价值逐步被认可，改造趋势已经从鼓励试点向必然要求渐进转变，其改造规模和可再生能源配置容量逐步捆绑。我国火电机组基数庞大，火电灵活性资源潜力巨大，是未来高比例新能源电力系统的重要组成部分，如何因地制宜培育灵活性市场、实事求是制定改造方案，将成为十四五期间电力系统灵活性发展的重要研究课题。
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