大型熱電廠參與深度調(diào)峰方式的探討

1、大型熱電廠參與深度調(diào)峰方式的探討摘要：東北地區(qū)由于調(diào)峰條件差，棄風(fēng)、棄核現(xiàn)象嚴(yán)重，本文通過對電網(wǎng)現(xiàn)有 調(diào)峰方式的分析，針對大型熱電廠供暖期熱電耦合問題，提出在大型熱電廠側(cè)設(shè) 置大功率電蓄熱鍋爐組合的調(diào)峰方式，為以后大型熱電廠的熱電解耦、進(jìn)行調(diào)峰 輔助服務(wù)改造提供有益的參考。關(guān)鍵詞：大型熱電廠；調(diào)峰；電蓄熱鍋爐；組合1電網(wǎng)系統(tǒng)調(diào)峰困難東北地區(qū)由于燃煤熱電比例高，調(diào)峰電源建設(shè)條件差，冬季供暖期調(diào)峰困難， 棄風(fēng)、棄核等問題嚴(yán)重，電力系統(tǒng)的新能源消納能力成為制約我國可再生能源發(fā) 展的關(guān)鍵因素。本文以吉林省電力系統(tǒng)為例，2015年，吉林省棄風(fēng)電量達(dá)27億 千瓦時，棄風(fēng)率為32%，全省風(fēng)電平均利用小時數(shù)為

2、1430小時，電網(wǎng)電力供應(yīng) 依然保持平衡有余，供大于求的局面。采暖期，供熱機(jī)組占比高，電網(wǎng)調(diào)峰能力 不足，尖峰時段，月均最大發(fā)電能力余額在3230MW左右，按滿足供熱期最小開 機(jī)方式安排火電機(jī)組運行，低谷時段無下旋備，電力電量平衡十分困難；非采暖 期，供熱機(jī)組大量停備，純凝、大容量火電機(jī)組運行較多，電網(wǎng)調(diào)峰能力增強(qiáng)， 能夠滿足迎峰度夏期間電力電量平衡。2015年吉林省供電負(fù)荷持續(xù)走低，聯(lián)絡(luò)線外送電量同比大幅降低，電源裝機(jī) 進(jìn)一步增加，電網(wǎng)調(diào)峰和風(fēng)電消納矛盾愈加突出，同時產(chǎn)生三個嚴(yán)重后果：1、 電網(wǎng)低谷電力平衡異常困難，調(diào)度壓力巨大，增加了電網(wǎng)安全運行風(fēng)險；2、電 網(wǎng)消納風(fēng)電、核電等新能源的能力

3、嚴(yán)重不足，棄風(fēng)問題十分突出，不利于地區(qū)節(jié) 能減排和能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級；3、電網(wǎng)調(diào)峰與火電機(jī)組供熱之間矛盾突出，影響 居民冬季供暖安全，存在引發(fā)民生問題的風(fēng)險。2電網(wǎng)系統(tǒng)現(xiàn)有的調(diào)峰服務(wù)方式目前，電網(wǎng)系統(tǒng)現(xiàn)有的主要調(diào)峰服務(wù)方式有實時深度調(diào)峰、可中斷負(fù)荷調(diào)峰、 電儲能調(diào)峰、火電停機(jī)備用調(diào)峰、火電應(yīng)急啟停調(diào)峰等。實時深度調(diào)峰是指火電廠開機(jī)機(jī)組通過在日內(nèi)調(diào)減出力，使火電廠機(jī)組平均 負(fù)荷率小于或等于調(diào)峰基準(zhǔn)；可中斷負(fù)荷調(diào)峰暫指具有電蓄熱設(shè)施并主要在電網(wǎng) 低谷時段用電蓄熱，能夠在負(fù)荷側(cè)為電網(wǎng)提供的調(diào)峰的方式；電儲能調(diào)峰是指蓄 電設(shè)施通過在低谷或棄風(fēng)、棄核時段儲存電力，在其他時段釋放電力；火電停機(jī) 備用調(diào)峰是指

4、火電機(jī)組通過停機(jī)備用將低谷時段電力空間出讓給風(fēng)電、光電、核 電，同時將非低谷時段電量出讓給其他機(jī)組，以緩解電網(wǎng)調(diào)峰矛盾，促進(jìn)清潔能 源消納；火電應(yīng)急啟停調(diào)峰是指供熱期火電機(jī)組根據(jù)調(diào)度指令，在核定的最小運 行方式以下通過應(yīng)急啟停而滿足電網(wǎng)調(diào)峰需求。國內(nèi)現(xiàn)役機(jī)組由于存在鍋爐低負(fù)荷穩(wěn)燃和低負(fù)荷SCR系統(tǒng)運行問題、鍋爐水 冷壁及汽機(jī)進(jìn)汽系統(tǒng)金屬壁厚不能適應(yīng)負(fù)荷快速爬升和變動、DCS系統(tǒng)缺乏深度 調(diào)峰的控制程序和系統(tǒng)等等問題，現(xiàn)役機(jī)組一般最小出力可降低到額定出力的30% 左右就到極限了，對于電網(wǎng)核定的最小運行方式來說，調(diào)峰能力是很有限的（供 熱期：有償調(diào)峰補(bǔ)償?shù)谝粰n純凝火電機(jī)組要求負(fù)荷率為40%負(fù)荷率4

5、8%，熱電 機(jī)組要求40%負(fù)荷率50%；非供熱期：有償調(diào)峰補(bǔ)償?shù)谝粰n純凝火電機(jī)組要求 40%負(fù)荷率50%，熱電機(jī)組要求40%負(fù)荷率48%；全部火電機(jī)組第二檔要求負(fù) 荷率40%。）；對于熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組以熱定電，熱電耦合，按滿足供熱期最小開機(jī) 方式運行，電力調(diào)峰能力更差?？芍袛嘭?fù)荷、電儲能、火電停機(jī)備用、火電應(yīng)急 啟停等調(diào)峰方式雖然可以在一定程度上滿足電網(wǎng)調(diào)峰的需求，但對于發(fā)電供熱側(cè) 的電廠來說，不能產(chǎn)生直接的經(jīng)濟(jì)效益。3大功率電蓄熱調(diào)峰服務(wù)方式的提出在熱電機(jī)組側(cè)設(shè)置大功率電蓄熱鍋爐組合，將發(fā)電機(jī)組電能轉(zhuǎn)換成熱能補(bǔ)充 到熱網(wǎng)，可以實現(xiàn)燃煤火電機(jī)組在不降低出力的情況下，實現(xiàn)對電網(wǎng)的深度調(diào)峰， 對于提高

6、電力系統(tǒng)可再生能源消納能力有十分重要的意義。此外，新增的電蓄熱 爐可增加高峰期熱量供應(yīng)，提高熱電廠供熱能力，有利于周邊地區(qū)進(jìn)一步治理散 煤燃燒，降低燃煤污染物排放量，對大氣污染防治有積極的意義。4電蓄熱調(diào)峰的原理電蓄熱調(diào)峰以熱電廠為主，是因為熱電廠可以將電能轉(zhuǎn)換成熱能用于集中供 熱，純凝電廠由于沒有熱負(fù)荷，如果將電能儲存再轉(zhuǎn)化成電能或者其他能量形式 損失較大，因此純凝電廠參與調(diào)峰主要是減負(fù)荷。熱電廠的運行采取以熱定電 的方式，如果不增加儲能設(shè)備，熱電廠根據(jù)供熱量決定其發(fā)電量，而增加了儲能 設(shè)施后，電廠在不減負(fù)荷的情況下可以把電能儲存成熱能，在其他時段再作為熱 能供給熱網(wǎng)，實現(xiàn)電能的轉(zhuǎn)換。圖-1

7、熱電廠配置儲能示意圖圖-1為各種能源形式運行上網(wǎng)的示意圖，各電廠均發(fā)電通過電網(wǎng)向用戶輸送， 在電負(fù)荷和熱負(fù)荷一定的情況下，各種能源方式根據(jù)需要，通過電網(wǎng)調(diào)度進(jìn)行分 配，如果燃煤電廠上網(wǎng)電量大，勢必要減少風(fēng)電、光電、核電等清潔能源的上網(wǎng) 電量。從圖中可以看出，光電、風(fēng)電、核電、純凝電廠沒有自主調(diào)節(jié)能力，由于 電無法直接儲存，只能上網(wǎng)，因此當(dāng)電負(fù)荷發(fā)生變化時，這幾類電廠只能調(diào)整發(fā) 電量；而供熱電廠由于輸出的有熱能和電能兩種形式，如果增加儲能設(shè)施，可以 將多余的電能通過儲能設(shè)施轉(zhuǎn)變成熱能儲存起來。因此供熱電廠在用電低谷時， 可以通過減少上網(wǎng)電量，增加光電、風(fēng)電、核電等清潔能源的上網(wǎng)電量（也可直 接從

8、網(wǎng)上受電），變相的通過儲能設(shè)施增加了光電、風(fēng)電、核電等清潔能源的上 網(wǎng)電量，以達(dá)到電網(wǎng)深度調(diào)峰的目的。5電蓄熱鍋爐組合調(diào)峰技術(shù)目前國內(nèi)主要的電蓄熱調(diào)峰技術(shù)有高壓固體電蓄熱鍋爐調(diào)峰技術(shù)（以下簡稱 固體蓄熱技術(shù)”）和高電壓水蓄熱鍋爐調(diào)峰技術(shù)（以下簡稱水蓄熱技術(shù)”）。1）固體蓄熱技術(shù)固體蓄熱是一種利用電作為動力的新型技術(shù)設(shè)備，屬于國家863項目，是利 用低谷電或棄光、棄風(fēng)、棄核等清潔電采取固體儲熱方式的一種大功率新型熱源。 該設(shè)備可以直接在66KV （或更高的220KV）電壓等級下工作，設(shè)備可以大量消納 棄光、棄風(fēng)、棄核等電，實現(xiàn)了大規(guī)模和超大規(guī)模城市區(qū)域24小時連續(xù)供熱能 力，可以替代目前廣泛使用

9、的燃煤、燃?xì)?、燃油鍋爐，使用過程中沒有任何廢氣、 廢水、廢渣產(chǎn)生，實現(xiàn)了二氧化碳零排放，是供熱領(lǐng)域環(huán)保升級換代產(chǎn)品。固體蓄熱設(shè)備由高壓電發(fā)熱體、高溫蓄能體、高溫?zé)峤粨Q器、熱輸出控制器、 耐高溫保溫外殼和自動控制系統(tǒng)等組成。工作原理是：在預(yù)設(shè)的電網(wǎng)低谷時間段或棄光、棄風(fēng)、棄核等時段，自動控 制系統(tǒng)接通高壓開關(guān)，高壓電網(wǎng)為高壓電發(fā)熱體供電，高壓電發(fā)熱體將電能轉(zhuǎn)換 為熱能同時被高溫蓄能體不斷吸收，當(dāng)高溫蓄熱體的溫度達(dá)到設(shè)定的上限溫度或 電網(wǎng)低谷時段結(jié)束或棄光、棄風(fēng)、棄核等時段結(jié)束時，自動控制系統(tǒng)切斷高壓開 關(guān)，高壓電網(wǎng)停止供電，高壓電發(fā)熱體停止工作。高溫蓄熱體通過熱輸出控制器 與高溫?zé)峤粨Q器連接，高

10、溫?zé)峤粨Q器將高溫蓄熱體儲存的高溫?zé)崮苻D(zhuǎn)換為熱水、 熱風(fēng)或蒸汽輸出。工作原理圖:2）水蓄熱技術(shù)水蓄熱系統(tǒng)主要由：電極式鍋爐、蓄熱水罐、循環(huán)水泵、定壓補(bǔ)水設(shè)備、換 熱器等設(shè)備組成。它的工作過程是將電能轉(zhuǎn)化熱能，并將熱能傳遞給介質(zhì)的能量 轉(zhuǎn)換裝置，它由兩個環(huán)節(jié)組成：將電能轉(zhuǎn)化熱能：電極式鍋爐通過電極與水接觸 產(chǎn)生熱量；將熱能傳遞給介質(zhì)：電極通電后，不斷地產(chǎn)生熱量，并被介質(zhì)（水） 不斷地吸收帶走，介質(zhì)（水）由低溫升至高溫，再由循環(huán)水泵送到熱用戶，釋放 能量，介質(zhì)（水）再由高溫降至低溫，進(jìn)入電極鍋爐，以此往復(fù)保持熱量平衡。4）電蓄熱鍋爐組合技術(shù)通過以上兩種電蓄熱技術(shù)的綜合比較，可以看出兩種電蓄熱技術(shù)各有優(yōu)缺點。固體蓄熱 具有較大的技術(shù)優(yōu)勢：更高的高壓電直供，可以減少變壓器的初投資；加熱儲熱一體，儲熱 溫度高、儲熱能力強(qiáng)，系統(tǒng)具有體積小、熱容量大等特點；操作簡單，無需專人值守；系統(tǒng) 在無壓狀態(tài)下運行，安全可靠，運行無耗材、無需安評、環(huán)評等等。水蓄熱也有其獨特的技 術(shù)優(yōu)勢：無極調(diào)速，可不對電網(wǎng)產(chǎn)生任何沖擊影響。因此，在將來的實施中可以根據(jù)電廠實 際情況靈活采取兩種電蓄熱的組合方式。6結(jié)束語目前，電蓄熱設(shè)備已在各地多個項目供暖使用，效果良好。特別是電蓄熱組合技術(shù)可以 更好的大量消納棄光、棄風(fēng)