為高質量實現“雙碳”目標，國家電網積極構建清潔低碳、安全可控、靈活高效、智能友好、開放互動的新型電力系統。“綠電”的建設并非一蹴而就，新型電力系統中除了“綠電”外，還有一部分“碳電”（即生產過程中產生二氧化碳的電力，主要包含燃用煤、油、天然氣等化石燃料生產的電能）。“碳電”因其穩定可靠、靈活可控的特性，能平抑新能源大規模接入產生的波動性和隨機性，保障新能源消納和電網穩定，對整個電力系統起著“壓艙石”作用。
截至目前，“碳電”仍扮演主力電源的角色。至2021年底，浙江電網“碳電”裝機6330萬千瓦，占全口徑裝機容量的57.8%，全年消費“碳電”3035億千瓦時（不含省外送入），占全社會用電量的55.1%。
建設新型電力系統，如何實現電力系統的脫碳很關鍵。一方面，需要大力推進“綠電”對“碳電”的替代；另一方面，要積極尋求“碳電”的革新升級，持續降低其生產單位度電的二氧化碳排放量，提高靈活調節能力，促進電網安全保供。
增容挖潛，當好保供“壓艙石”
2021年7月，浙江電網全社會最高用電負荷突破1億千瓦，最高達到10022萬千瓦，全社會用電需求保持高位增長態勢。隨著“雙碳”目標的提出，省外清潔能源逐漸“惜售”，而新增的風電、光伏等新能源受天氣影響，具有不確定性，電力系統轉型面臨著保供與低碳的雙重壓力。
針對上述問題，“碳電”需要充分發揮其穩定可控的優勢，深入挖掘供電潛力。“碳電”機組基于安全考慮，設計的最大出力相比核定的額定發電容量有一定的裕度。因此可對“碳電”機組進行增容改造，通過提高汽輪機通流能力和蒸汽參數，挖掘輔機的富余容量，突破“碳電”機組的最大供電能力。
為保證機組的運行安全，還需對增容后機組開展一系列試驗，例如出力能力驗證試驗、發電機溫升試驗、發電機進相試驗、電力系統穩定器參數整定試驗等，全面檢測“碳電”機組增容后的出力能力、設備運行健康狀況以及適應電網的調節性能。截至2022年3月底，浙江電網燃煤機組已完成增容提效改造47臺，總計為電網增加1975兆瓦容量。
除增容改造外，還可通過優化燃燒、檢修和消缺等策略提升“碳電”機組的供電潛力。在燃燒策略上，加強機組的運行管理和燃料調配，在負荷需求高峰時，通過調配、燃用高熱值的煤種使機組“吃得好”、“產得高”。在檢修和消缺策略上，根據機組的檢修周期和故障缺陷等級，結合電網負荷預測，合理安排機組檢修消缺計劃，在保證電力供應的同時，做到“應修盡修、修必修好”，深入挖掘發電潛力，提升發用電平衡水平。
以浙江為例，浙江省能監辦、國網浙江電力建立了“碳電”機組保供工作機制，開展提升全省電力保供能力的護網保供專項行動，通過現場專項檢查，助力“碳電”機組進行燃燒、檢修等策略優化。2021年9月至11月，該項行動的實施有效挖掘了相關機組供電潛力，增加供電負荷150萬千瓦以上，保障了浙江電網供電安全。
降碳提效，減碳進行時
“碳電”在保供的同時需兼顧低碳，這就需要通過對相關機組的碳排放量進行監測和分析，采取針對性的減碳措施。
國網浙江電力聯合各發電企業開發了“火電機組節能減碳分析平臺”“火電機組節能減排與煙氣排放數據平臺”，開展煤電機組能效和碳排放動態監測，推進碳排放分析數字化與智能化升級，實現浙江煤電碳排放因子動態分析。
提高能源利用率是針對“碳電”機組提效減碳的常見措施之一。“碳電”機組變頻改造、供熱改造等可提高能源的利用率。
變頻改造是指在機組輔機上加裝變頻器調速控制出力，使輔機始終運行在最高效率點，節約用能。供熱改造可通過抽汽供熱方式向周邊的熱用戶提供熱能，既可避免多余的蒸汽在機組內發生能耗損失，又可替代周邊效率低下的燃煤小鍋爐進行供熱，提升工業企業的經濟性，降低工業園區二氧化碳及污染物的排放。
據相關數據統計，從2012年至2021年，經過改造，浙江省“碳電”機組每度電的碳排放量累計下降37.10克。以2021年全省“碳電”發電量3035億千瓦時計算，一年減排二氧化碳1126萬噸，節能減碳效果顯著。
參與深度調峰，靈活新業態
隨著新能源的大規模接入，能源供求格局和結構發生變化，用電峰谷差不斷拉大。2016年，浙江電網年最大峰谷差為2257萬千瓦，2021年最大峰谷差達到3450.3萬千瓦，年均增長率達8.9%，電網調峰面臨挑戰。
由于新能源發電的強波動性、間歇性和隨機性，電力系統源荷特性呈現高度概率化、運行場景多樣化特征。在需全額消納清潔能源及儲能容量有限的背景下，針對電網調峰問題，需要大容量出力穩定且實時可控的電力能源深度參與，“碳電”成為首選。
“碳電”主要是通過開展靈活性改造，挖掘深度調峰和快速響應能力，做到“隨時上得去，隨時下得來”。實現在“綠電”大容量并網時，“碳電”降低出力，為“綠電”讓路；在“綠電”出力不足時，“碳電”全面發力，保證電力供應。
增容改造提高了“碳電”“上得去”的上限，但在“下得來”方面，“碳電”機組仍有一定的限制。
由于“碳電”是通過燃燒化石燃料生產電力，若要減少出力需減少燃料的投入。為了保證燃燒的穩定性，燃料的投入減少有一定下限，如同煤氣灶臺關火，若關得太小，火苗容易熄滅。
為兼顧燃燒穩定性及電網調節需求，國網浙江電科院創新性地提出了采用動態加穩態試驗，全面驗證機組深度調峰能力的方法，確定機組不助燃最低穩燃出力。
截至目前，浙江電網63臺300兆瓦及以上的“碳電”機組已完成深度調峰至40%額定容量的改造。經驗證，各項技術指標均滿足電網運行和相關標準的要求。改造在未對機組進行大規模技改投資的情況下，為浙江電網增加了近4000兆瓦調峰容量，相當于天荒坪和長龍山兩座抽水蓄能電站的總容量，大幅提高了浙江電網運行的靈活性和適應性。
此外，浙江也在對不同容量、不同類型的機組深度調峰至30%額定容量進行研究探索，未來有望做到挖掘更大的調峰容量。
隨著能源替代戰略逐步調整、輔助服務市場機制逐漸完善以及二次再熱、摻燒生物質、耦合儲能及二氧化碳捕集、利用與封存等清潔低碳、靈活高效“碳電”技術不斷涌現，“碳電”將進一步挖掘自身電力價值。在獲得新發展機遇的同時，“碳電”的變革與升級也為新型電力系統建設提供助力。
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