本文以300MW機組為例，研究不同的蓄熱裝置配置方案對機組一次調(diào)頻能力的影響，旨在分析火電機組靈活性改造推廣后，在提高電力系統(tǒng)調(diào)峰能力的同時對系統(tǒng)一次調(diào)頻能力產(chǎn)生的影響。研究成果對火電靈活性改造影響分析、電力系統(tǒng)一次調(diào)頻缺口評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)，同時知識經(jīng)濟時代對供電電能質(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。

　　火電機組配置蓄熱裝置是解決供熱火電機組調(diào)峰能力不足的有效方式，“十三五”期間，僅“三北”地區(qū)熱電機組靈活性改造約1.33億千瓦?；痣姍C組目前作為我國主力電源，其配置蓄熱裝置對系統(tǒng)調(diào)峰能力的影響已有較多的理論研究和實踐驗證，但現(xiàn)有研究均未針對供熱機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機組為例，研究不同的蓄熱裝置配置方案對機組一次調(diào)頻能力的影響，旨在分析火電機組靈活性改造推廣后，在提高電力系統(tǒng)調(diào)峰能力的同時對系統(tǒng)一次調(diào)頻能力產(chǎn)生的影響。研究成果對火電靈活性改造影響分析、電力系統(tǒng)一次調(diào)頻缺口評估具有積極的借鑒意義。

論文重點內(nèi)容

　　為實現(xiàn)供熱機組熱電解耦，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抽汽供熱機組為例，搭建抽汽式汽輪發(fā)電機組模型、調(diào)速器模型及一次調(diào)頻模型。本文將在火電機組配置不同的蓄熱裝置情況下，設(shè)定蓄熱裝置運行方式，與火電機組協(xié)同運行滿足用戶的熱負荷和電負荷需求。

　　設(shè)定配置蓄熱水罐運行方式為：電負荷低谷、發(fā)生棄風(fēng)棄光時機組減少抽汽、降低出力（假設(shè)出力180MW、抽汽270t/h的工況處于機組熱電特性曲線上），熱負荷缺口由蓄熱水罐供熱補充；電負荷高峰、非棄風(fēng)棄光時，抽汽供熱機組出力不變、增加抽汽（經(jīng)校核應(yīng)符合機組實際熱電特性），并將富余抽汽熱量存儲于蓄熱水罐中。其中，蓄熱水罐蓄熱16個小時，對外供熱8小時，蓄熱效率95%。

　　設(shè)定配置蓄熱電鍋爐運行方式為：電負荷低谷、發(fā)生棄風(fēng)棄光時抽汽供熱機組出力不變、以與棄風(fēng)棄光功率同等大小的廠用電啟動蓄熱電鍋爐蓄熱/供熱；電負荷高峰、非棄風(fēng)棄光時，蓄熱電鍋爐只對外供熱。其中，蓄熱電鍋爐一天中8小時蓄熱、連續(xù)24小時對外恒功率供熱，熱效率97%。

　　配置蓄熱裝置后，按比例分攤至機組的棄風(fēng)棄光都能夠被消納。結(jié)合上述運行方式，設(shè)置不同的仿真試驗工況。由仿真結(jié)果可知，對于抽汽供熱機組配置蓄熱水罐的方案，發(fā)生棄風(fēng)棄光時蓄熱水罐放熱，能夠增強機組一次調(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，蓄熱水罐蓄熱，減弱增強機組一次調(diào)頻能力，而此時由于可再生能源出力占比較小，系統(tǒng)的一次調(diào)頻需求相對較小。對于抽汽供熱機組配置蓄熱電鍋爐的方案，各個時段均能夠增強機組一次調(diào)頻能力，但是增強效果不如配置蓄熱水罐的方案。

各仿真試驗工況下機組一次調(diào)頻能力



　　以北方某300MW抽汽供熱機組為例，分析采暖期典型日機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組的抽汽量、發(fā)電功率實時數(shù)據(jù)作為模型輸入，仿真得到三種方案在典型日某時段的一次調(diào)頻動態(tài)響應(yīng)曲線,經(jīng)做差處理，得到機組配置不同的蓄熱裝置后與未配置蓄熱裝置時在典型日的一次調(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，機組能夠迅速進行一次調(diào)頻動作。相同的頻率偏差下，在棄風(fēng)棄光時段，配置蓄熱水罐的機組一次調(diào)頻負荷調(diào)整幅度最大，配置蓄熱電鍋爐的機組次之；在非棄風(fēng)棄光時段，配置蓄熱電鍋爐的機組一次調(diào)頻負荷調(diào)整最大，而配置蓄熱水罐的機組最小。其中，棄風(fēng)棄光時頻率波動更迅速、一次調(diào)頻動作頻繁變向，因此機組一次調(diào)頻負荷調(diào)整幅度反而小于非棄風(fēng)棄光時段。

研究結(jié)論

　　本文對抽汽供熱機組無蓄熱、配置蓄熱水罐、配置蓄熱電鍋爐三種配置方案進行分析，確立不同配置方案下機組的運行方式，進行機組一次調(diào)頻動態(tài)仿真，探討不同蓄熱裝置配置方案對機組一次調(diào)頻性能的影響。仿真結(jié)果表明，不同配置方案在不同時段對火電機組一次調(diào)頻能力的影響不同，其中，配置蓄熱水罐在發(fā)生棄風(fēng)棄光時能夠增強機組一次調(diào)頻能力，非棄風(fēng)棄光時段略微減弱機組的一次調(diào)頻能力；配置蓄熱電鍋爐無論在棄風(fēng)棄光時段還是非棄風(fēng)棄光時段都能夠略微增加機組的一次調(diào)頻能力。該研究對火電靈活性改造影響分析、電力系統(tǒng)一次調(diào)頻缺口評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，高級工程師，從事促進可再生能源消納相關(guān)研究。

　　E-mail: tianxueqin@chinasperi.sgcc.com.cn。

團隊介紹

　　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)、儲能等網(wǎng)源協(xié)調(diào)領(lǐng)域的規(guī)劃、設(shè)計與咨詢業(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)自動化、可再生能源、技術(shù)經(jīng)濟、政策研究等，其中高級工程師16名，具備項目經(jīng)理能力人員22名，構(gòu)建了國內(nèi)外一流的專家隊伍，與國內(nèi)外主要能源研究機構(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、項目經(jīng)驗，近五年申請專利近20項，申請軟著4項，發(fā)表論文20余篇。