本文以300MW機(jī)組為例，研究不同的蓄熱裝置配置方案對(duì)機(jī)組一次調(diào)頻能力的影響，旨在分析火電機(jī)組靈活性改造推廣后，在提高電力系統(tǒng)調(diào)峰能力的同時(shí)對(duì)系統(tǒng)一次調(diào)頻能力產(chǎn)生的影響。研究成果對(duì)火電靈活性改造影響分析、電力系統(tǒng)一次調(diào)頻缺口評(píng)估具有積極的借鑒意義。
研究背景
高比例可再生能源接入給電力系統(tǒng)穩(wěn)定性帶來巨大挑戰(zhàn)，同時(shí)知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代對(duì)供電電能質(zhì)量提出更高的要求，因此電力系統(tǒng)調(diào)頻問題將逐漸凸顯。
火電機(jī)組配置蓄熱裝置是解決供熱火電機(jī)組調(diào)峰能力不足的有效方式，“十三五”期間，僅“三北”地區(qū)熱電機(jī)組靈活性改造約1.33億千瓦。火電機(jī)組目前作為我國主力電源，其配置蓄熱裝置對(duì)系統(tǒng)調(diào)峰能力的影響已有較多的理論研究和實(shí)踐驗(yàn)證，但現(xiàn)有研究均未針對(duì)供熱機(jī)組配置蓄熱裝置開展一次調(diào)頻能力研究。
論文所解決的問題及意義
本文以300MW機(jī)組為例，研究不同的蓄熱裝置配置方案對(duì)機(jī)組一次調(diào)頻能力的影響，旨在分析火電機(jī)組靈活性改造推廣后，在提高電力系統(tǒng)調(diào)峰能力的同時(shí)對(duì)系統(tǒng)一次調(diào)頻能力產(chǎn)生的影響。研究成果對(duì)火電靈活性改造影響分析、電力系統(tǒng)一次調(diào)頻缺口評(píng)估具有積極的借鑒意義。
論文重點(diǎn)內(nèi)容
為實(shí)現(xiàn)供熱機(jī)組熱電解耦，在電源側(cè)通常配置兩類蓄熱裝置：蓄熱水罐和蓄熱電鍋爐。
以北方某300MW抽汽供熱機(jī)組為例，搭建抽汽式汽輪發(fā)電機(jī)組模型、調(diào)速器模型及一次調(diào)頻模型。本文將在火電機(jī)組配置不同的蓄熱裝置情況下，設(shè)定蓄熱裝置運(yùn)行方式，與火電機(jī)組協(xié)同運(yùn)行滿足用戶的熱負(fù)荷和電負(fù)荷需求。
設(shè)定配置蓄熱水罐運(yùn)行方式為：電負(fù)荷低谷、發(fā)生棄風(fēng)棄光時(shí)機(jī)組減少抽汽、降低出力（假設(shè)出力180MW、抽汽270t/h的工況處于機(jī)組熱電特性曲線上），熱負(fù)荷缺口由蓄熱水罐供熱補(bǔ)充；電負(fù)荷高峰、非棄風(fēng)棄光時(shí)，抽汽供熱機(jī)組出力不變、增加抽汽（經(jīng)校核應(yīng)符合機(jī)組實(shí)際熱電特性），并將富余抽汽熱量存儲(chǔ)于蓄熱水罐中。其中，蓄熱水罐蓄熱16個(gè)小時(shí)，對(duì)外供熱8小時(shí)，蓄熱效率95%。
設(shè)定配置蓄熱電鍋爐運(yùn)行方式為：電負(fù)荷低谷、發(fā)生棄風(fēng)棄光時(shí)抽汽供熱機(jī)組出力不變、以與棄風(fēng)棄光功率同等大小的廠用電啟動(dòng)蓄熱電鍋爐蓄熱/供熱；電負(fù)荷高峰、非棄風(fēng)棄光時(shí)，蓄熱電鍋爐只對(duì)外供熱。其中，蓄熱電鍋爐一天中8小時(shí)蓄熱、連續(xù)24小時(shí)對(duì)外恒功率供熱，熱效率97%。
配置蓄熱裝置后，按比例分?jǐn)傊翙C(jī)組的棄風(fēng)棄光都能夠被消納。結(jié)合上述運(yùn)行方式，設(shè)置不同的仿真試驗(yàn)工況。由仿真結(jié)果可知，對(duì)于抽汽供熱機(jī)組配置蓄熱水罐的方案，發(fā)生棄風(fēng)棄光時(shí)蓄熱水罐放熱，能夠增強(qiáng)機(jī)組一次調(diào)頻能力，有利于可再生能源高比例滲透；不發(fā)生棄風(fēng)棄光時(shí)，蓄熱水罐蓄熱，減弱增強(qiáng)機(jī)組一次調(diào)頻能力，而此時(shí)由于可再生能源出力占比較小，系統(tǒng)的一次調(diào)頻需求相對(duì)較小。對(duì)于抽汽供熱機(jī)組配置蓄熱電鍋爐的方案，各個(gè)時(shí)段均能夠增強(qiáng)機(jī)組一次調(diào)頻能力，但是增強(qiáng)效果不如配置蓄熱水罐的方案。
各仿真試驗(yàn)工況下機(jī)組一次調(diào)頻能力
以北方某300MW抽汽供熱機(jī)組為例，分析采暖期典型日機(jī)組配置不同蓄熱裝置的一次調(diào)頻效果。其中將配置蓄熱裝置后的火電機(jī)組的抽汽量、發(fā)電功率實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)作為模型輸入，仿真得到三種方案在典型日某時(shí)段的一次調(diào)頻動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線,經(jīng)做差處理，得到機(jī)組配置不同的蓄熱裝置后與未配置蓄熱裝置時(shí)在典型日的一次調(diào)頻調(diào)整功率偏差曲線，如圖所示。
典型日機(jī)組一次調(diào)頻調(diào)整功率偏差曲線
通過分析，電網(wǎng)頻率偏差超過死區(qū)時(shí)，機(jī)組能夠迅速進(jìn)行一次調(diào)頻動(dòng)作。相同的頻率偏差下，在棄風(fēng)棄光時(shí)段，配置蓄熱水罐的機(jī)組一次調(diào)頻負(fù)荷調(diào)整幅度最大，配置蓄熱電鍋爐的機(jī)組次之；在非棄風(fēng)棄光時(shí)段，配置蓄熱電鍋爐的機(jī)組一次調(diào)頻負(fù)荷調(diào)整最大，而配置蓄熱水罐的機(jī)組最小。其中，棄風(fēng)棄光時(shí)頻率波動(dòng)更迅速、一次調(diào)頻動(dòng)作頻繁變向，因此機(jī)組一次調(diào)頻負(fù)荷調(diào)整幅度反而小于非棄風(fēng)棄光時(shí)段。
研究結(jié)論
本文對(duì)抽汽供熱機(jī)組無蓄熱、配置蓄熱水罐、配置蓄熱電鍋爐三種配置方案進(jìn)行分析，確立不同配置方案下機(jī)組的運(yùn)行方式，進(jìn)行機(jī)組一次調(diào)頻動(dòng)態(tài)仿真，探討不同蓄熱裝置配置方案對(duì)機(jī)組一次調(diào)頻性能的影響。仿真結(jié)果表明，不同配置方案在不同時(shí)段對(duì)火電機(jī)組一次調(diào)頻能力的影響不同，其中，配置蓄熱水罐在發(fā)生棄風(fēng)棄光時(shí)能夠增強(qiáng)機(jī)組一次調(diào)頻能力，非棄風(fēng)棄光時(shí)段略微減弱機(jī)組的一次調(diào)頻能力；配置蓄熱電鍋爐無論在棄風(fēng)棄光時(shí)段還是非棄風(fēng)棄光時(shí)段都能夠略微增加機(jī)組的一次調(diào)頻能力。該研究對(duì)火電靈活性改造影響分析、電力系統(tǒng)一次調(diào)頻缺口評(píng)估具有積極的借鑒意義。
主要作者介紹
第一作者：宋崇明，男，碩士，工程師，從事促進(jìn)可再生能源消納相關(guān)研究。
E-mail: songchm_001@163.com。
第二作者：田雪沁，男，碩士，高級(jí)工程師，從事促進(jìn)可再生能源消納相關(guān)研究。
E-mail: tianxueqin@chinasperi.sgcc.com.cn。
團(tuán)隊(duì)介紹
新能源及綜合能源技術(shù)中心（簡稱“新能源中心”）作為國網(wǎng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院有限公司業(yè)務(wù)部門之一，主要從事新能源與可再生能源、分布式能源、熱電聯(lián)產(chǎn)、儲(chǔ)能等網(wǎng)源協(xié)調(diào)領(lǐng)域的規(guī)劃、設(shè)計(jì)與咨詢業(yè)務(wù)。現(xiàn)有技術(shù)骨干30余名，專業(yè)涵蓋了熱能工程、電力系統(tǒng)自動(dòng)化、可再生能源、技術(shù)經(jīng)濟(jì)、政策研究等，其中高級(jí)工程師16名，具備項(xiàng)目經(jīng)理能力人員22名，構(gòu)建了國內(nèi)外一流的專家隊(duì)伍，與國內(nèi)外主要能源研究機(jī)構(gòu)、發(fā)電公司、設(shè)備制造廠等建立了較好的合作關(guān)系。新能源中心總結(jié)多年的科研、項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，近五年申請(qǐng)專利近20項(xiàng)，申請(qǐng)軟著4項(xiàng)，發(fā)表論文20余篇。
