隨著國家“雙碳”目標的深入推進，新能源在電力係統中所占比例持續增加，而在我國能源安全穩定供應方麵起重要作用的煤電占比逐漸降低，煤電在調度中的作用發生根本性改變，將從主力電源向基礎保障性和係統調節性電源轉型。

（來源：電聯新媒 作者：楊彪 等）

未來新型電力係統建設要立足我國能源資源稟賦，考慮到新能源出力的間歇性與波動性，如何發揮煤電在能源轉型進程中的基礎保障和係統調節作用，促進煤電與新能源的協調發展，對於增強係統調節能力、保障電力可靠供應與推進綠色低碳發展具有重大意義。

煤電調峰技術發展現狀

煤炭是我國最為重要的基礎能源，也是我國自主保障能力最強的能源。煤電調峰可維持有功功率平衡，保證係統頻率穩定，調整各類發電機組出力以適應用電負荷的波動。

火電機組的調峰能力主要取決於對高低負荷的適應能力，其調峰幅度定義為機組的最小出力與最大出力之比。深度調峰是受電網負荷峰穀差較大影響，而導致各火電廠降出力，發電機組超過基本調峰範圍進行調峰的一種運行方式，一般深度調峰的負荷率多為40%～30%。在規定時間內，火電機組能夠安全、平穩、高效地升降負荷，降至的負荷越低，機組的深度調峰能力越強。

近年來，為充分挖掘火電深度調峰能力，國內外已廣泛開展火電機組靈活性改造。火電機組的運行靈活性主要指標包括調峰幅度、爬坡速率及啟停時間等，核心目標是充分響應電力係統的波動性變化，實現降低最小出力、快速啟停、快速升降負荷。國外火電機組深度調峰技術發展國外對火電機組靈活性改造主要采用熱電解耦技術，其中以儲熱裝置的研究與應用較為廣泛，主要方法是運用儲熱技術開發和利用儲熱鍋爐及儲熱式設備，建立靈活機動的中小型儲熱電站點。目前常見的儲能蓄熱技術主要有蒸汽蓄熱技術、熔鹽蓄熱技術、相變材料蓄熱技術及固體材料蓄熱技術等。

丹麥、德國等北歐國家由於供暖周期長，常用熱電解耦技術即可滿足機組深度調峰。從歐洲發達國家在風能、太陽能、生物質能、二氧化碳的捕獲和儲存等增加新能源占比和新能源領域技術發展的經驗來看，通過開展火電機組靈活性改造可以消納更多的新能源。

國內火電機組深度調峰技術發展多年來，我國火電機組深度調峰技術獲得長足發展。2011年，內蒙古京隆發電有限責任公司對兩台600兆瓦火電機組進行深度調峰試驗，單機負荷能夠在210兆瓦（額定負荷的35%）下實現穩定燃燒；2012年，東北某電廠對600兆瓦火電鍋爐機組進行低負荷運行試驗研究，機組負荷最低可以降到229兆瓦（額定負荷34.82%）；2015年，大唐三門峽發電公司對兩台600兆瓦火電機組進行深度調峰試驗，可實現雙機最低負荷350兆瓦（額定負荷30%）下穩定運行。

2016年以來，在國家政策大力支持下，火電機組靈活性改造邁上新台階。2016年，華能丹東電廠對300兆瓦亞臨界機組進行深度調峰試驗，實現了機組在30%負荷下的安全穩定運行；2017年9月，遼寧大連莊河發電廠1、2號機組實現深度調峰至30%（180兆瓦）負荷運行；2017年11月，遼寧東方發電公司1號機組采用低壓缸零出力靈活性改造方案，實現機組負荷在26%～100%範圍內靈活調整；2019年6月，廣西北海電廠1、2號機組實現快速調頻，同時投用微油時鍋爐最低可帶90兆瓦（30%）負荷穩定運行；2021年4月，鶴淇電廠1、2號機組，開展了30%深調工況下的調壓、進相試驗，取得一係列進展。

新型電力係統對煤電調峰的要求

隨著“弱支撐性”的新能源發電的主體地位日益凸顯，具有“強支撐性”的傳統火電機組出力空間受限，涉網性能所依據的係統、設計和運行邊界條件發生了巨大變化。一方麵，采用電力電子變流設備的新能源和直流輸電大規模並網，極大改變了電力係統電壓穩定特性，暫態過程的時間尺度更小、非線性特征更強；另一方麵，具有強暫態電壓支撐和強過載能力的同步發電機被新能源發電大量替代，動態無功電源大幅缺失，電網呈現“空心化”，核心區域的單一交流故障就可能引發全局性電壓失穩，電力係統的無功需求將急劇上升，電壓穩定麵臨巨大挑戰。現有調峰技術難以減少大比例新能源消納對電網帶來的安全和穩定風險，主要表現在以下五個方麵：

一是深度調峰火電機組調壓特性評估指標和方法難以擴展到新型電力係統中，電網調峰資源需求與深度調峰機組涉網性能的安全指標亟需建立健全，探索和製定深度調峰安全邊界條件。

二是在深度調峰工況下，一次調頻性能迅速下降，缺乏電力係統穩定分析的深度調峰機組調速模型，無法完成深度調峰工況下的電網一次調頻安全特性分析，電網頻率安全受到嚴重威脅。

三是考慮到新能源出力的間歇性，電力係統發用電平衡在發電容量有效性方麵麵臨巨大的挑戰，亟需研究構建有效容量評估能力，以及與容量有效性相匹配的結算方式，激勵包括新能源和傳統煤電在內的各類主體提升自身發電容量的可用性，實現多資源綜合可用容量的提升。

四是煤電等傳統電源存在收益激勵不足的客觀現狀，亟需通過多類型資源調節能力的成本特性與回報機製開展研究，建立包括傳統煤電在內的各類調節主體價值回報方式，激勵多類型資源實現多時間尺度波動性的綜合平衡調節能力提升。

五是隨著新能源占比的不斷提高，一方麵，統籌協調發電側、負荷側各種靈活性調節資源，提高電力係統的新能源消納水平與整體調節能力是目前的難點問題；另一方麵，未考慮煤電的減量替代、定位轉型，缺乏對以新能源為主體的新型電力係統下的煤電與新型資源協調優化調度的針對性研究。因此，亟需開展電網調峰資源需求與涉網性能評價研究，解決電網調峰需求與設備安全、電網運行穩定之間的協調問題，在保障電網運行本質安全的前提下，最大限度支撐新能源接入。

煤電與靈活性資源協調優化

針對煤電的轉型定位與電力綠色低碳發展要求，需要研究煤電與新型資源協調優化調度關鍵技術。電力係統靈活性資源優化配置的目的是能夠調用足夠的靈活性資源，來匹配可再生能源和負荷的變化帶來的淨負荷波動，同時兼顧係統的經濟性，需要綜合考慮不同的運行狀況得到靈活性資源優化配置的方案。

未來新型電力係統建設要立足我國能源資源稟賦。習近平總書記指出：“建設以大型風光電基地為基礎、以其周邊清潔高效先進節能的煤電為支撐、以穩定安全可靠的特高壓輸變電線路為載體的新能源供給消納體係。”《煤炭清潔高效利用攻關方案》中提出，要“研究煤電機組、抽水蓄能、儲能、新能源發電、大型耗能企業等多類型資源跨時空互補優化調度技術，研究計及多資源平衡能力的電力輔助服務與容量市場機製和交易運營技術，研發麵向新型電力係統的煤電與新能源綜合調節和優化運行係統並開展驗證。”

未來，煤電功能逐步轉向調節與支撐，傳統的電力規劃優化方法及單一電能量市場不再適用，需要研究科學有效的煤電與新能源協同規劃關鍵技術，考慮煤電、抽水蓄能、儲能在爬坡率、功率水平和電量等方麵的約束，建立各類可調節資源的數學模型，依據不同資源之間存在的特性差異，如時間、空間、有功出力、技術水平等，從可靠性、穩定性、經濟性等多個方麵出發，提出不同時間尺度和不同調控場景下多類型資源互補調控能力的評價方法，從指令響應速度、出力維持時間等多個方麵評估多類型資源互補係統的調控能力。

充分發揮煤電、水電、儲能、綠氫等各類資源的調節能力，保障電力平衡與可靠供應，促進煤電等多資源協同綠色低碳發展。提出覆蓋煤電、儲能、新能源、電製氫等多類型資源跨時空互補優化方法，建立與電能量市場相銜接的容量、輔助服務等支撐機製，研發煤電與新能源綜合調節和優化運行係統，保障電力平衡與可靠供應，助力構建以大型風光電基地為基礎、以周邊清潔高效先進節能的煤電為支撐、以穩定安全可靠的特高壓輸變電線路為載體的新能源供給消納體係。

在煤電與新能源協同規劃研究中，傳統電源規劃考慮在經濟成本最小的條件下確定係統最優的發電投資組合，在電力係統低碳化轉型的背景下，還應將二氧化碳排放帶來的影響納入規劃模型，深入挖掘煤電在新能源並網、聯網外送、係統備用、多能協同等方麵的多維價值。從運行策略、協同技術、市場機製等角度構建“雙碳”背景下煤電與新能源協同規劃模型和能量-容量市場機製，製定科學有序的煤電與新能源高效利用與規劃方案。

隨著新能源滲透率的不斷提升，極端天氣和季節性供需不平衡對電力係統的安全運行提出了嚴峻挑戰，傳統的電力充裕性評估方法在對高比例新能源電力係統電源實際發電能力的評估方麵略顯不足，無法兼容構建新型電力係統發展背景下不同時間尺度的靈活性需求，常規煤電、應急備用煤電、儲能、新能源、需求側等不同類型靈活資源調節能力與不同時間尺度充裕性需求的匹配機理尚需理清。

總結與建議

新能源電力波動大、間歇性強，在大規模、低成本儲能技術成熟應用之前，適當比例的煤電可為電力係統的穩定運行提供足夠的轉動慣量，平抑大比例新能源發電並網帶來的波動，保障電網係統的安全。電力係統需要火力發電尤其是煤電充分發揮“兜底保障”的重要作用。在新型電力係統建設背景下，現有技術未考慮煤電的減量替代、由傳統電源向調節支撐主體電源的轉型和新型調節資源的協調優化問題，煤電可在新型電力係統中發揮關鍵作用。

一是開展火電機組深度調峰改造的試點工程。我國現役火電機組在設計階段基本均未考慮深度調峰工況，隨著高比例新能源的不斷加入，深度調峰和快速升降負荷時的運行工況嚴重偏離設計工況，導致運行過程中調峰能力比較差。深度調峰常態化以後，大量設備運行在非正常工況，對機組安全性、環保性和經濟性的影響不可忽視，需要投入更多的研究工作。

二是進一步研究電網中各類電源和負荷的出力特性。深入挖掘煤電、風電、光伏、水電、儲能、電製氫等不同類型資源在不同時間尺度、不同空間尺度的互補特性，促進不同資源在不同調度時序間的優化配置，提升平衡資源的時空分布合理性，以降低源端不確定性，提高電源整體靈活可控能力。

三是煤電要積極轉變角色，由傳統提供電力、電量的主體性電源，向提供可靠電力、調峰調頻能力的基礎性電源轉變，積極參與調峰、調頻、調壓、備用等輔助服務，提升電力係統對新能源發電的消納能力，將更多的電量市場讓給低碳電力。

四是為實現“雙碳”目標，需要全局統籌優化能源消費側與生產側的轉型時序關係與實施路徑，並配套推動低碳技術的普及應用。針對能源戰略的製定有必要發展下一代評估推演關鍵技術，以重構能源發展戰略分析理念和方法的整體框架，以適應能源革命帶來的高度複雜性和不確定性新局麵。“雙碳”目標下，實現複雜能源係統的多部門、多目標、多階段的全局優化，製定合理的分部門碳排放達峰路徑，提出我國中長期煤炭清潔高效利用發展路徑和時空布局，是目前亟待解決的問題。

（本文由國網能源研究院有限公司青年英才工程項目“基於複雜網絡理論的數字新基建運行模型構建與評估研究”資助。）