聚焦｜各類型電源調(diào)峰技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

2017-08-01 10:18:52 大云網(wǎng)　點(diǎn)擊量：評(píng)論 (0)

我們講到，隨著可再生能源的發(fā)展，電力系統(tǒng)調(diào)峰平衡的形勢(shì)將越來(lái)越嚴(yán)峻，有必要采取措施解決日益突出的調(diào)峰問(wèn)題，以保證電網(wǎng)安全運(yùn)行，保證可再生能源發(fā)電的持續(xù)性發(fā)展。在此次專題2中，我們進(jìn)一步來(lái)討論一下幾種

一般而言，電網(wǎng)可以調(diào)峰的機(jī)組包括常規(guī)水電、火電、核電、燃汽輪機(jī)電廠、抽水蓄能電站。

一、常規(guī)火電

在這6類電源中常規(guī)水電調(diào)峰最經(jīng)濟(jì)、易于調(diào)度，且調(diào)峰能力率為100%，但是這些電網(wǎng)常規(guī)水力資源不足，建設(shè)條件較好的大中型水電站基本已開(kāi)發(fā);且現(xiàn)有的常規(guī)水電中有相當(dāng)部分的是徑流式小水電，調(diào)節(jié)能力十分有限。

二、煤電機(jī)組

2006年以后電網(wǎng)內(nèi)新增的機(jī)組基本是60、100萬(wàn)千瓦機(jī)組、擁有50%左右調(diào)峰能力率，2010年以后華東電網(wǎng)內(nèi)部的火電機(jī)組的綜合技術(shù)調(diào)峰能力有所提高，最高可達(dá)60%，但基本不低于50%。

煤電機(jī)組具備的調(diào)峰運(yùn)行方式主要3種：低負(fù)荷調(diào)峰、啟停調(diào)峰和停機(jī)調(diào)峰模式。目前，電網(wǎng)煤電機(jī)組采用的主要是低負(fù)荷調(diào)峰方式，在電網(wǎng)調(diào)峰較為困難的情況下，也采用停機(jī)調(diào)峰和啟停的方式。

低負(fù)荷調(diào)峰，在負(fù)荷低谷時(shí)段通過(guò)降低機(jī)組出力以滿足系統(tǒng)調(diào)峰需要的運(yùn)行方式。這種方式實(shí)現(xiàn)較為容易，機(jī)組壽命損耗小(約為啟停調(diào)峰壽命損耗率的1/8-1/4)，安全性、機(jī)動(dòng)性好，是目前省內(nèi)煤電機(jī)組主要的調(diào)峰運(yùn)行方式。該方式調(diào)峰成本主要由低負(fù)荷下機(jī)組效率低于設(shè)計(jì)工況而引起的，在負(fù)載率降低時(shí)煤耗增加較多，提高了發(fā)電成本。

啟停調(diào)峰，機(jī)組由于電網(wǎng)調(diào)峰需要而停機(jī)，并在24小時(shí)內(nèi)再度開(kāi)啟的調(diào)峰方式。該方式的優(yōu)點(diǎn)是夜間停機(jī)后監(jiān)護(hù)簡(jiǎn)單，機(jī)組可調(diào)出力大，可達(dá)100%額定出力，但由于啟停頻繁，操作復(fù)雜，其安全性、機(jī)動(dòng)性較差，事故概率較高。常規(guī)，參與啟停調(diào)峰的主要為單機(jī)容量10-12.5萬(wàn)千瓦及以下的小火電，而華東電網(wǎng)內(nèi)電網(wǎng)調(diào)峰困難時(shí)，30萬(wàn)千瓦和60萬(wàn)千瓦機(jī)組也參與啟停調(diào)峰。該方式調(diào)峰成本主要為：由于啟停時(shí)工況急劇大幅度變化，產(chǎn)生冷熱交變應(yīng)力，使得部件產(chǎn)生低周疲勞，最終影響機(jī)組壽命，以上海汽輪機(jī)廠30萬(wàn)千瓦機(jī)組為例，熱態(tài)啟停一次的壽命損耗時(shí)間為1.8天;在啟動(dòng)過(guò)程中，水、蒸汽、燃油、廠用電的消耗量較大，費(fèi)用較高。

停機(jī)調(diào)峰，在國(guó)慶、春節(jié)等長(zhǎng)假期間，系統(tǒng)負(fù)荷較同期正常工作日下降較多，此時(shí)除需盡量安排機(jī)組正常檢修外，還需安排大量煤電機(jī)組停機(jī)以適應(yīng)系統(tǒng)長(zhǎng)周期(一般為三天以上)低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)。停機(jī)調(diào)峰與啟停調(diào)峰類似，停機(jī)調(diào)峰對(duì)機(jī)組的影響主要為壽命損耗和啟停費(fèi)用兩方面，在壽命損耗方面，每次冷態(tài)啟動(dòng)的壽命損耗率是熱態(tài)啟停的5倍;在啟停費(fèi)用方面，由于冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)所需時(shí)間較長(zhǎng)，約為熱態(tài)啟動(dòng)的3～4倍，啟動(dòng)費(fèi)用也比熱態(tài)啟動(dòng)時(shí)高。

應(yīng)當(dāng)指出，煤電機(jī)組參與調(diào)峰后，除發(fā)電量指標(biāo)、能耗指標(biāo)下降外，其檢修間隔、檢修費(fèi)用、臨檢次數(shù)等指標(biāo)也會(huì)一定程度地上升。

對(duì)于煤電機(jī)組，最小技術(shù)出力、爬坡速度是衡量煤電機(jī)組調(diào)峰性能的兩個(gè)主要指標(biāo)。目前，電網(wǎng)內(nèi)100、60萬(wàn)千瓦級(jí)煤電機(jī)組多為近幾年新建機(jī)組，一般最小技術(shù)出力率約在40%—50%左右;30萬(wàn)千瓦級(jí)煤電機(jī)組調(diào)峰能力相差較大，一般國(guó)產(chǎn)老機(jī)組調(diào)峰能力相對(duì)較差，一般最小技術(shù)出力率約在50%—80%; 20萬(wàn)千瓦及以下容量的煤電機(jī)組，其最小技術(shù)出力率約在65%～80%之間;供熱機(jī)組由于供熱的需要，一般最小技術(shù)出力率約在70%—80%左右。電網(wǎng)內(nèi)30萬(wàn)千瓦及以上煤電機(jī)組的平均爬坡速度約為1.5%～2%FP/min，部分新建機(jī)組調(diào)節(jié)速率較快，達(dá)2.5% FP/min。30萬(wàn)千瓦以下煤電機(jī)組爬坡速度較慢，約為1% FP /min左右。

三、核電

盡管根據(jù)設(shè)計(jì)核電廠有一定的調(diào)峰能力，但由于我國(guó)目前建成投運(yùn)的核電均在經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)地區(qū)，人口密度較高，為保證核電廠安全運(yùn)行，我國(guó)目前投運(yùn)的核電均以帶基荷運(yùn)行為主，僅在電網(wǎng)調(diào)峰極其困難的時(shí)期如春節(jié)、國(guó)慶或者夏季臺(tái)風(fēng)時(shí)期，核電才降功率運(yùn)行。

四、燃?xì)廨啓C(jī)電廠

燃機(jī)具有啟停方便、響應(yīng)速度快的特點(diǎn)，調(diào)峰能力和跟蹤負(fù)荷的性能高于火電廠。目前電網(wǎng)選用的燃汽輪機(jī)機(jī)型主要為聯(lián)合循環(huán)機(jī)組，燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組從冷態(tài)啟動(dòng)開(kāi)始26min后，燃機(jī)就可以并網(wǎng)，整個(gè)機(jī)組啟動(dòng)到滿負(fù)荷只需2～3h，同時(shí)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組停機(jī)時(shí)間也遠(yuǎn)比燃煤機(jī)組快，從100%負(fù)荷到停機(jī)僅需50min;負(fù)荷變動(dòng)速率，目前燃煤機(jī)組(30萬(wàn)千瓦)正常情況下從50%負(fù)荷至100%負(fù)荷至少需30min，而簡(jiǎn)單燃機(jī)循環(huán)則可在12min內(nèi)實(shí)現(xiàn)100%全負(fù)荷的升降。聯(lián)合循環(huán)的燃?xì)鈾C(jī)組最低出力率一般按30%考慮，燃?xì)鈾C(jī)組在低出力運(yùn)行情況下熱效率將明顯下降。供熱的燃?xì)鈾C(jī)組也是由于供熱的需要，一般最小技術(shù)出力率約在70%—80%左右。

由于燃?xì)廨啓C(jī)額定工況的設(shè)計(jì)溫度為25℃，因此在高溫日(35℃)約有10%出力受阻，導(dǎo)致高溫季節(jié)燃?xì)廨啓C(jī)與煤機(jī)壓出力運(yùn)行的調(diào)峰能力差異不大，均為60%左右，對(duì)系統(tǒng)可再生能源消納能力的影響差異不大。而同采用啟停運(yùn)行方式時(shí)，燃機(jī)較煤機(jī)具有啟停迅速和調(diào)節(jié)速率快得優(yōu)勢(shì)。

五、抽水蓄能電站

抽水蓄能電站是電力系統(tǒng)重要的調(diào)峰電源之一，具有調(diào)峰填谷雙重功能，抽水蓄能電站具有反應(yīng)迅速、運(yùn)行靈活、啟停方便的特點(diǎn)，從靜止?fàn)顟B(tài)到滿載發(fā)電只需2～4分鐘，從空載到滿載只需30～35秒，從抽水狀態(tài)緊急轉(zhuǎn)換到滿載狀態(tài)也只需3～4分鐘，可滿足系統(tǒng)的各種運(yùn)行方式的要求，是性能優(yōu)良的調(diào)峰電源。因此，抽水蓄能電站是現(xiàn)代電網(wǎng)中不可缺少、優(yōu)選的調(diào)峰電源，但抽水蓄能電站的建設(shè)受建設(shè)條件的限制很大。

另外關(guān)于各類機(jī)組對(duì)于風(fēng)電的消納能力我們進(jìn)行了分析計(jì)算，根據(jù)我國(guó)各地區(qū)負(fù)荷和風(fēng)電出力特點(diǎn)，電網(wǎng)的日最小負(fù)荷率一般為0.55-0.75，風(fēng)電高峰出力一般為5%-15%、低谷出力一般為60%-100%，我們的計(jì)算結(jié)論為：

a) 火電和風(fēng)電的組合，風(fēng)電可占的比例為12—33%;

b) 70%調(diào)峰能力的燃機(jī)和風(fēng)電的組合，風(fēng)電可占的比例為20—39%;

c) 啟停燃機(jī)(可調(diào)常規(guī)水電)和風(fēng)電的組合，風(fēng)電可占的比例為37—52%;

d) 抽水蓄能機(jī)組和風(fēng)電的組合，風(fēng)電可占的比例為64—73%。

責(zé)任編輯：lixin

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