山西電網(wǎng)節(jié)能調(diào)度策略探討

馬慶中,石紅暉,曹蓉秀

(1.山西電力科學(xué)研究院,山西太原 030001;2.山西電力勘測設(shè)計院,山西太原 030001)

1 山西電網(wǎng)現(xiàn)狀及網(wǎng)內(nèi)機組概況

隨著晉東南—南陽—荊門1 000 kV特高壓交流試驗示范工程建成投產(chǎn),標(biāo)志著山西電網(wǎng)步入“特高壓電網(wǎng)”發(fā)展的新時代。為了配合特高壓輸電線路的需要,《山西省電力產(chǎn)業(yè)調(diào)整和振興規(guī)劃》已正式出臺,描繪了新的電力工業(yè)發(fā)展宏偉藍(lán)圖:2011年,電力裝機達(dá)55 000 MW,其中外送電裝機達(dá)18 000 MW;2015年,電力裝機達(dá)到80 000 MW,其中外送電裝機達(dá)30 000 MW。截止2009年底山西電網(wǎng)裝機容量及類型如表1所示。

表1 山西電網(wǎng)裝機類型及容量 MW

山西電網(wǎng)總裝機為34 369.25 MW,其中外送機組容量為5 800 MW。按照送受電關(guān)系,山西電網(wǎng)劃分為北部、中部、南部和東南部四大供電區(qū)域。其中各分區(qū)裝機容量分別為:大同電網(wǎng)總裝機5 110 MW,外送機組容量3 600 MW,忻朔電網(wǎng)總裝機8 628 MW,外送機組容量1 000 MW,中部電網(wǎng)總裝機8 100 MW,晉南電網(wǎng)總裝機6 900 MW,晉東南電網(wǎng)總裝機5 630 MW,外送容量1 200 MW。省調(diào)機組中火力機組占總?cè)萘康?8%,超高壓、亞臨界中間再熱大型機組為主力機組,其中,空冷機組占到65.9%,大多屬于主力機組。由上可以看出,山西電網(wǎng)存在如下特點:山西電網(wǎng)外送負(fù)荷多,占到總裝機容量的16.9%,這比例還將逐漸增加;山西電網(wǎng)機組類型多,空冷機組比例大,小機組比重大,高參數(shù)大容量的超超臨界機組項目比重很小;電源布局不合理,電源點比較分散;新能源和可再生能源發(fā)展緩慢;特高壓電網(wǎng)投運后,山西電網(wǎng)不同工況下機組負(fù)荷率變化大。針對上述特點,在全面掌握不同類型機組動力特性的基礎(chǔ)上,尤其是空冷機組與濕冷機組的動力特性差異,優(yōu)化電廠運行組合,制定合理可行的節(jié)能調(diào)度策略方案,對科學(xué)規(guī)劃、配置電力資源,提高山西電網(wǎng)的整體運行水平,推進(jìn)節(jié)能減排具有重要的意義。

2 開展節(jié)能調(diào)度策略研究的必要性

國務(wù)院辦公廳以國辦發(fā) [2007]53號文件發(fā)布的 《節(jié)能發(fā)電調(diào)度辦法 (試行)》明確指出:按照節(jié)能、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)的原則,以保障電力可靠供應(yīng)為前提,優(yōu)先調(diào)度風(fēng)能、太陽能、海洋能、水能、生物質(zhì)能、核能等清潔能源發(fā)電,對火電機組,按照煤耗水平調(diào)度發(fā)電,煤耗低的多發(fā)、滿發(fā),煤耗高的機組少發(fā)或不發(fā),并在部分省份進(jìn)行試點,取得了可喜的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益[1]。

電力系統(tǒng)節(jié)能發(fā)電調(diào)度與傳統(tǒng)的發(fā)電調(diào)度的比較見表2。節(jié)能發(fā)電調(diào)度改變了傳統(tǒng)的發(fā)電調(diào)度方式,取消了按行政計劃分配發(fā)電量指標(biāo)的做法,制定并實施新的調(diào)度規(guī)則,也就是以節(jié)能、環(huán)保為目標(biāo),合理調(diào)用電力系統(tǒng)內(nèi)發(fā)、供電設(shè)備能力,最大限度地降低能源消耗,減少污染物排放,保證電力系統(tǒng)的高效、清潔運行。

表2 節(jié)能發(fā)電調(diào)度與傳統(tǒng)發(fā)電調(diào)度的比較

3 節(jié)能調(diào)度帶來的變化

山西電網(wǎng)的節(jié)能調(diào)度排序大致為:排在前列是風(fēng)能和水能,風(fēng)電受功率預(yù)測難、并網(wǎng)技術(shù)不成熟等多種因素限制,現(xiàn)在山西電網(wǎng)總裝機份額中很小,而山西水利資源緊缺,且水能機組一般作為調(diào)峰機組使用,它們對整體調(diào)度策略影響不大;次后為以煤矸石為燃料的循環(huán)流化床坑口電廠,裝機多為135 MW小機組 (除2×300 MW平朔電廠外);接著是城市周邊的供熱機組,多為200 MW、300 MW機組;最后為同類型燃煤火力發(fā)電機組,一部分為新建的坑口電廠,多為亞臨界的300 MW、600 MW空冷機組,另部分為后來老廠擴(kuò)建的主力機組,濕冷空冷均有,最后部分為未關(guān)停的100 MW及以下的小機組。

如此排序,使得網(wǎng)內(nèi)大多性能高的主力機組排在了調(diào)度次序的后列,這一特殊現(xiàn)象的產(chǎn)生是山西網(wǎng)內(nèi)機組的結(jié)構(gòu)造成的。山西煤炭資源豐富,但水資源極度貧乏,這使得網(wǎng)內(nèi)機組主要以坑口空冷機組為主,但在這些坑口機組中,多數(shù)為135 MW的循環(huán)流化床機組和亞臨界300 MW、600 MW直接空冷機組。循環(huán)流化床機組盡管具有環(huán)境友好的特點,但是由于技術(shù)和業(yè)主等原因,所建立的機組多數(shù)有135 MW小型機組,機組本身熱耗就偏高,且廠址較為分散,不利于經(jīng)濟(jì)調(diào)度。而在山西大型主力機組中,80%容量為空冷機組,且大多數(shù)為直接空冷機組,直接空冷機組由于設(shè)計、制造、運行及環(huán)境參數(shù)等因素使得煤耗較同等級濕冷機組高出20 g/(kW?h),這使得空冷機組較濕冷機組調(diào)度排序處在不利地位。同時各直接空冷機組之間的實際煤耗受電源點所在地的環(huán)境參數(shù)和運行水平等因素影響,且各電源點與負(fù)荷中心的距離不同,它們之間的合理調(diào)度也需進(jìn)一步研究。

4 山西電網(wǎng)節(jié)能調(diào)度對策

4.1 編制節(jié)能調(diào)度排序計劃表

收集整理網(wǎng)內(nèi)統(tǒng)調(diào)各類發(fā)電機組的相關(guān)資料,全面掌握各機組在不同環(huán)境特性下的運行動力特性基礎(chǔ)上,兼顧空冷機組的節(jié)水社會效益,依據(jù) 《節(jié)能發(fā)電調(diào)度辦法 (試行)》進(jìn)行發(fā)電排序,編制出《山西電網(wǎng)節(jié)能發(fā)電調(diào)度排序計劃表》,為優(yōu)化發(fā)電機組的檢修啟停、調(diào)度員實時調(diào)整調(diào)度和分配各電廠出力提供依據(jù),為實現(xiàn) “三公調(diào)度”提供依據(jù),力爭做到電能生產(chǎn)中消耗的能源少,社會環(huán)保性能高。

4.2 合理優(yōu)化電廠運行組合

節(jié)能發(fā)電調(diào)度必須建立在滿足電網(wǎng)安全可靠運行和連續(xù)平穩(wěn)供電的基礎(chǔ)上。由于山西電網(wǎng)負(fù)荷變化率大,機組型號繁多,電網(wǎng)調(diào)峰能力要求高,為防止出現(xiàn)電氣設(shè)備過載和電壓崩潰等危險,應(yīng)結(jié)合潮流和仿真計算結(jié)果,制定出網(wǎng)內(nèi)機組最少運行組合方案,指導(dǎo)電網(wǎng)運行方式安排和調(diào)度員實時調(diào)度控制。

由于空冷機組與濕冷機組動力特性和節(jié)水特性的不同,應(yīng)根據(jù)不同季節(jié)、不同環(huán)境氣溫和不同運行工況,開展節(jié)水節(jié)能效益評價,從而研究確定合理的負(fù)荷分配。據(jù)研究表明,合理優(yōu)化空冷與濕冷機組的調(diào)度組合,對于整個電網(wǎng)節(jié)水節(jié)能有著很大的影響力,同時可大大地提高山西電網(wǎng)的一次調(diào)頻能力。[2]

4.3 利用在線監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行機組節(jié)能調(diào)度研究

盡管目前調(diào)度的自動發(fā)電控制AGC(Automatic Generation Control)系統(tǒng)具有經(jīng)濟(jì)分配功能,但由于各電廠機組與調(diào)度中心的信息不對稱,在調(diào)度側(cè)難以做到對各臺機組負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)分配。實時調(diào)度安排負(fù)荷節(jié)能分配,需要進(jìn)行大量準(zhǔn)備工作。首先需要發(fā)電廠提供有效可信的實時負(fù)荷和煤耗特性曲線,包括電廠的實時廠用電率,建立完整的負(fù)荷煤耗配對計算模型;結(jié)合網(wǎng)損計算,在實時負(fù)荷預(yù)測后,建立多種負(fù)荷分配方案,最終確定滿足電網(wǎng)安全的負(fù)荷分配方案。

利用在線監(jiān)測系統(tǒng),對各電廠、各典型機組中的重要數(shù)據(jù)進(jìn)行實時監(jiān)測采集,通過后臺軟件計算處理,統(tǒng)計分析各運行機組的在線能耗、實時排放指標(biāo)及供熱情況,為合理確定電網(wǎng)的節(jié)能調(diào)度曲線提供技術(shù)支持。

4.4 開展電網(wǎng)電源點負(fù)荷分布的建模研究

在轉(zhuǎn)型發(fā)展中,山西省正在加快實施輸煤輸電并舉、輸電為主的發(fā)展戰(zhàn)略?！渡轿魇‰娏Ξa(chǎn)業(yè)調(diào)整和振興規(guī)劃》中也明確指出:2009年-2015年重點圍繞1 000 kV特高壓外送通道,在晉北、晉中和晉東三大煤炭基地建設(shè)若干大型電廠。這一舉措為山西電網(wǎng)進(jìn)一步提高電網(wǎng)資源配置能力提供了新的舞臺,也為山西電網(wǎng)的節(jié)能調(diào)度提出了新的機遇和挑戰(zhàn)。

為充分考慮特高壓等網(wǎng)架的特點,應(yīng)積極開展電源點、電網(wǎng)負(fù)荷分布模型的建模研究,合理長遠(yuǎn)規(guī)劃電源點的建設(shè),并以機組調(diào)峰能力等為限制條件,確定不同電源點的機組負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍,確保電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟(jì)調(diào)度。

[1] 馬慶中.直接空冷凝結(jié)器尖峰噴霧冷卻系統(tǒng)的研究與開發(fā)[R].太原:山西電力科學(xué)研究院,2009.