华北电力大学杜小泽、庞力平教授团队日前成功研发出世界首台超临界机组燃煤锅炉汽水分离器温度场主动调控装置和系统，并在华电新疆五彩湾发电有限公司2号机组投入现场运行。该装置是国家重点研发计划项目“超（超）临界机组宽负荷快速灵活调峰关键技术”的标志性成果，通过锅炉厚壁部件的温度场调控和应力补偿，保障燃煤发电机组的安全、高效快速启停和变负荷运行。
煤电是我国的主要发电形式，2023年仍占全国总发电量近六成，居主导地位，并将长期作为基础保障电源发挥兜底作用。同时，随着我国能源转型深入推进和新型电力系统建设，煤电作为电力生产“压舱石”的同时，还需为比例日益提高的可再生能源接入电网承担灵活调节电源的功能。
“远程电力输送需要稳定性，而太阳能、风能由于不稳定性，无法提供持续稳定的电量。因此，当太阳或风力没那么强时，就需要用煤电迅速补上缺口。有专家将燃煤机组比作一头大象——负荷大、动力强。而能源转型时期，则需要让它变成一头‘灵活、会跳舞’的大象。”杜小泽说。
杜小泽告诉记者，燃煤机组的锅炉系统及厚壁部件都存在巨大的热惯性，机组的频繁变工况运行、温度条件变化等都会使设备内部产生热应力，造成厚壁部件的寿命损耗，甚至可能引发机组安全事故风险。
庞力平解释：“就像一根铁丝，经过一次弯折不易折断，但反复多次弯折后就非常容易折断。对燃煤锅炉进行灵活性技术改造，则会有效降低发电过程对设备的寿命损耗。这项技术中温度调控装置就像给锅炉厚壁部件贴上了‘电暖宝’，可以通过主动加热以减少热应力对锅炉的冲击，相当于控制了铁丝弯折幅度，由此增加其可弯折次数。‘电暖宝’延长了高温部件的使用寿命，同时也提高了安全性。”
“这项成果的亮点还在于，通过提前预热，温度调控装置使设备以较低能耗维持在‘待机状态’。需要运行时，处于热备用状态的燃煤锅炉也可快速响应，上水时间缩短近一半，不仅满足了机组快速启停和灵活变负荷的需求，也有效抑制了设备的热应力破坏，保障了机组的安全运行。”庞力平透露，在厚壁部件铺设的温度调控装置，是在原有锅炉部件基础上进行改造，不影响后续的设备更新升级。同时，该加热装置的模块化设计广泛适用于所有煤电机组的厚壁部件，有望向全国燃煤机组推广。
杜小泽表示，作为热力学、材料、控制等学科的跨学科交叉研究成果，快速启停和变负荷装置完成了从研究、开发到应用的“三步走”——第一代“电暖宝”采用的是远红外加热方式，第二代将以电感应加热为核心技术，“目前正在实验研发中，投用后有望达到更安全、更快速、更节能的调控效果”。（记者晋浩天 通讯员向周宇）