新能源形势下火电降负荷调峰问题及二氧化碳电解利用方案一、引言在全球积极推动能源转型，大力发展新能源的形势下，风电、光伏等可再生能源装机容量迅速增长。然而，新能源发电固有的间歇性、波动性和随机性特点，给电力系统的稳定运行带来了巨大挑战。火电作为传统的主力电源，在新能源大规模接入的背景下，承担着重要的调峰任务。在降负荷调峰过程中，火电暴露出一系列问题，亟需创新性的解决方案。利用负荷无法下降的余电和周边可再生能源弃电，电解火电尾气中的二氧化碳制备一氧化碳和氢（合成气），为解决这些问题提供了新的思路。二、新能源形势下火电降负荷调峰带来的问题（一）设备安全与寿命问题1、频繁热应力变化：火电机组在频繁降负荷调峰过程中，锅炉、汽轮机等关键设备需承受大幅度的温度变化和压力波动。例如，锅炉的受热面在温度急剧变化时，会产生热应力，长期积累可能导致金属材料疲劳损伤，引发管道破裂、泄漏等安全事故。2、低负荷运行影响：低负荷运行时，锅炉的燃烧工况变差，容易出现燃烧不完全的情况，导致积灰、结焦等问题，影响锅炉的热传递效率和正常运行。汽轮机在低负荷下运行，蒸汽流量减小，叶片所受的蒸汽冲击力和摩擦力发生变化，容易引起叶片振动、磨损加剧，降低汽轮机的效率和可靠性。（二）经济成本问题1、能耗增加：随着机组负荷率的下降，火电机组的发电标准煤耗通常会先缓慢升高，后迅速升高。在低负荷时，若锅炉燃烧状况恶化，将进一步影响锅炉效率，使发电煤耗大幅上升。据相关数据显示，1000兆瓦超超临界湿冷煤电机组以20%的负荷运行时，供电煤耗为367克/千瓦时-385克/千瓦时，负荷从40%降至20%时，供电煤耗上升了约46克/千瓦时。2、维护成本上升：频繁的降负荷调峰加速了设备的磨损和老化，增加了设备的维修和更换频率，导致维护成本大幅上升。同时，为了适应深度调峰的要求，部分火电机组需要进行技术改造，如增加灵活性改造设备、优化控制系统等，这也需要投入大量的资金。（三）电网稳定运行问题1、调频能力受限：新能源发电的间歇性和波动性使电网的频率稳定性变差。火电降负荷调峰后，开机容量减少，系统的惯量和调频能力降低，难以快速响应电网频率的变化，可能导致电网频率波动超出允许范围，影响电网的安全稳定运行。2、电压支撑不足：火电机组在降负荷调峰过程中，输出的无功功率会发生变化，可能导致电网局部电压降低。特别是在新能源发电集中的地区，如果火电调峰后无法提供足够的电压支撑，容易引发电压稳定问题，如电压崩溃、电压闪变等，影响电力系统的正常供电。稳定的电网运行对于新能源的消纳至关重要，而火电调峰带来的电网问题间接影响了新能源的发展，不利于能源结构向低碳转型，进而影响火电碳中和目标的实现。（四）环保排放问题1、污染物排放增加：火电机组在低负荷运行时，燃烧效率降低，为维持机组稳定运行，往往需要增加燃料供给量，这会导致污染物排放量增加，如二氧化硫、氮氧化物、颗粒物等。同时，低负荷运行时，脱硝、脱硫等环保设备的运行效率也可能受到影响，进一步加剧污染物的排放。这些污染物的排放不仅对环境造成危害，还可能面临更严格的环保监管和处罚，增加火电企业的运营成本。2、温室气体排放增加：由于低负荷运行时能耗增加，相应地，二氧化碳等温室气体的排放量也会随之增加，这与我国“双碳”目标的要求相悖。火电行业作为碳排放的重点领域，其碳排放的增加使得实现碳中和的任务更加艰巨。大量的碳排放不仅受到政策的约束，还面临着来自社会各界对环境保护的压力，火电企业在减排方面面临巨大挑战。三、利用余电和弃电电解火电尾气中二氧化碳制备一氧化碳和氢的方案（一）方案概述该方案旨在利用火电降负荷调峰过程中无法下降的余电以及周边可再生能源产生的弃电，通过电解技术将火电尾气中的二氧化碳转化为一氧化碳和氢（合成气）。具体流程为：首先，从火电尾气中抽取二氧化碳，经过净化和富集处理后，将其输送至电解装置。同时，利用电厂的余电和周边绿电弃电。在电解装置中，二氧化碳和水在电能的作用下发生电解反应，生成一氧化碳和氢（合成气）。生成的一氧化碳和氢（合成气）经...