为高质量实现“双碳”目标，国家电网积极构建清洁低碳、安全可控、灵活高效、智能友好、开放互动的新型电力系统。“绿电”的建设并非一蹴而就，新型电力系统中除了“绿电”外，还有一部分“碳电”（即生产过程中产生二氧化碳的电力，主要包含燃用煤、油、天然气等化石燃料生产的电能）。“碳电”因其稳定可靠、灵活可控的特性，能平抑新能源大规模接入产生的波动性和随机性，保障新能源消纳和电网稳定，对整个电力系统起着“压舱石”作用。
（来源：微信公众号“浙电e家”作者：融媒体中心）
截至目前，“碳电”仍扮演主力电源的角色。至2021年底，浙江电网“碳电”装机6330万千瓦，占全口径装机容量的57.8%，全年消费“碳电”3035亿千瓦时（不含省外送入），占全社会用电量的55.1%。
建设新型电力系统，如何实现电力系统的脱碳很关键。一方面，需要大力推进“绿电”对“碳电”的替代；另一方面，要积极寻求“碳电”的革新升级，持续降低其生产单位度电的二氧化碳排放量，提高灵活调节能力，促进电网安全保供。
增容挖潜，当好保供“压舱石”
2021年7月，浙江电网全社会最高用电负荷突破1亿千瓦，最高达到10022万千瓦，全社会用电需求保持高位增长态势。随着“双碳”目标的提出，省外清洁能源逐渐“惜售”，而新增的风电、光伏等新能源受天气影响，具有不确定性，电力系统转型面临着保供与低碳的双重压力。
针对上述问题，“碳电”需要充分发挥其稳定可控的优势，深入挖掘供电潜力。“碳电”机组基于安全考虑，设计的最大出力相比核定的额定发电容量有一定的裕度。因此可对“碳电”机组进行增容改造，通过提高汽轮机通流能力和蒸汽参数，挖掘辅机的富余容量，突破“碳电”机组的最大供电能力。
为保证机组的运行安全，还需对增容后机组开展一系列试验，例如出力能力验证试验、发电机温升试验、发电机进相试验、电力系统稳定器参数整定试验等，全面检测“碳电”机组增容后的出力能力、设备运行健康状况以及适应电网的调节性能。截至2022年3月底，浙江电网燃煤机组已完成增容提效改造47台，总计为电网增加1975兆瓦容量。
除增容改造外，还可通过优化燃烧、检修和消缺等策略提升“碳电”机组的供电潜力。在燃烧策略上，加强机组的运行管理和燃料调配，在负荷需求高峰时，通过调配、燃用高热值的煤种使机组“吃得好”、“产得高”。在检修和消缺策略上，根据机组的检修周期和故障缺陷等级，结合电网负荷预测，合理安排机组检修消缺计划，在保证电力供应的同时，做到“应修尽修、修必修好”，深入挖掘发电潜力，提升发用电平衡水平。
以浙江为例，浙江省能监办、国网浙江电力建立了“碳电”机组保供工作机制，开展提升全省电力保供能力的护网保供专项行动，通过现场专项检查，助力“碳电”机组进行燃烧、检修等策略优化。2021年9月至11月，该项行动的实施有效挖掘了相关机组供电潜力，增加供电负荷150万千瓦以上，保障了浙江电网供电安全。
降碳提效，减碳进行时
“碳电”在保供的同时需兼顾低碳，这就需要通过对相关机组的碳排放量进行监测和分析，采取针对性的减碳措施。
国网浙江电力联合各发电企业开发了“火电机组节能减碳分析平台”“火电机组节能减排与烟气排放数据平台”，开展煤电机组能效和碳排放动态监测，推进碳排放分析数字化与智能化升级，实现浙江煤电碳排放因子动态分析。
提高能源利用率是针对“碳电”机组提效减碳的常见措施之一。“碳电”机组变频改造、供热改造等可提高能源的利用率。
变频改造是指在机组辅机上加装变频器调速控制出力，使辅机始终运行在最高效率点，节约用能。供热改造可通过抽汽供热方式向周边的热用户提供热能，既可避免多余的蒸汽在机组内发生能耗损失，又可替代周边效率低下的燃煤小锅炉进行供热，提升工业企业的经济性，降低工业园区二氧化碳及污染物的排放。
据相关数据统计，从2012年至2021年，经过改造，浙江省“碳电”机组每度电的碳排放量累计下降37.10克。以2021年全省“碳电”发电量3035亿千瓦时计算，一年减排二氧化碳1126万吨，节能减碳效果显著。
参与深度调峰，灵活新业态
随着新能源的大规模接入，能源供求格局和结构发生变化，用电峰谷差不断拉大。2016年，浙江电网年最大峰谷差为2257万千瓦，2021年最大峰谷差达到3450.3万千瓦，年均增长率达8.9%，电网调峰面临挑战。
由于新能源发电的强波动性、间歇性和随机性，电力系统源荷特性呈现高度概率化、运行场景多样化特征。在需全额消纳清洁能源及储能容量有限的背景下，针对电网调峰问题，需要大容量出力稳定且实时可控的电力能源深度参与，“碳电”成为首选。
“碳电”主要是通过开展灵活性改造，挖掘深度调峰和快速响应能力，做到“随时上得去，随时下得来”。实现在“绿电”大容量并网时，“碳电”降低出力，为“绿电”让路；在“绿电”出力不足时，“碳电”全面发力，保证电力供应。
增容改造提高了“碳电”“上得去”的上限，但在“下得来”方面，“碳电”机组仍有一定的限制。
由于“碳电”是通过燃烧化石燃料生产电力，若要减少出力需减少燃料的投入。为了保证燃烧的稳定性，燃料的投入减少有一定下限，如同煤气灶台关火，若关得太小，火苗容易熄灭。
为兼顾燃烧稳定性及电网调节需求，国网浙江电科院创新性地提出了采用动态加稳态试验，全面验证机组深度调峰能力的方法，确定机组不助燃最低稳燃出力。
截至目前，浙江电网63台300兆瓦及以上的“碳电”机组已完成深度调峰至40%额定容量的改造。经验证，各项技术指标均满足电网运行和相关标准的要求。改造在未对机组进行大规模技改投资的情况下，为浙江电网增加了近4000兆瓦调峰容量，相当于天荒坪和长龙山两座抽水蓄能电站的总容量，大幅提高了浙江电网运行的灵活性和适应性。
此外，浙江也在对不同容量、不同类型的机组深度调峰至30%额定容量进行研究探索，未来有望做到挖掘更大的调峰容量。
随着能源替代战略逐步调整、辅助服务市场机制逐渐完善以及二次再热、掺烧生物质、耦合储能及二氧化碳捕集、利用与封存等清洁低碳、灵活高效“碳电”技术不断涌现，“碳电”将进一步挖掘自身电力价值。在获得新发展机遇的同时，“碳电”的变革与升级也为新型电力系统建设提供助力。
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