供熱機(jī)組發(fā)電調(diào)度的研究及應(yīng)用

張宇1，劉衛(wèi)平1，鄂志君2，王偉臣2，徐元孚2，沙威1，甘智勇1，張利1王建1

（1．天津市電力公司電力科學(xué)研究院天津市 300384；2．天津市電力公司調(diào)度控制中心天津市 300010）

供熱機(jī)組發(fā)電調(diào)度的研究及應(yīng)用

張宇1，劉衛(wèi)平1，鄂志君2，王偉臣2，徐元孚2，沙威1，甘智勇1，張利1王建1

（1．天津市電力公司電力科學(xué)研究院天津市 300384；2．天津市電力公司調(diào)度控制中心天津市 300010）

天津市電力公司建立“天津電網(wǎng)供熱機(jī)組調(diào)峰能力在線監(jiān)測(cè)與輔助決策系統(tǒng)”。本文結(jié)合該系統(tǒng)的研究建設(shè)，分別對(duì)系統(tǒng)建設(shè)、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、電負(fù)荷調(diào)峰區(qū)間實(shí)時(shí)計(jì)算、次日電負(fù)荷可調(diào)區(qū)間計(jì)算等核心內(nèi)容進(jìn)行論述，并對(duì)系統(tǒng)在首個(gè)采暖投運(yùn)期的應(yīng)用情況進(jìn)行分析。

供熱機(jī)組；節(jié)能發(fā)電調(diào)度；以熱定電；節(jié)能減排；調(diào)峰能力；次日負(fù)荷區(qū)間預(yù)測(cè)

1 引言

天津市電力公司于2009年10月負(fù)責(zé)獨(dú)立調(diào)度天津電網(wǎng)220 kV電廠以及對(duì)外聯(lián)絡(luò)線調(diào)度，按照《國(guó)務(wù)院辦公廳關(guān)于轉(zhuǎn)發(fā)發(fā)展改革委等部門(mén)節(jié)能發(fā)電調(diào)度辦法（試行）的通知》（國(guó)辦發(fā)[2007]53號(hào)）的要求，切實(shí)落實(shí)供熱機(jī)組“以熱定電”政策，對(duì)供熱機(jī)組必須安裝并實(shí)時(shí)運(yùn)行熱負(fù)荷實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置，并與電力調(diào)度機(jī)構(gòu)聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)管。

到2010年天津電網(wǎng)4大主力調(diào)峰電廠，合計(jì)14臺(tái)主力調(diào)峰機(jī)組，均為供熱機(jī)組，總共裝機(jī)容量4000MW，占天津電網(wǎng)總裝機(jī)容量的58%。正在籌建的新增機(jī)組也全部為供熱機(jī)組，供熱機(jī)組容量比重在不斷地增加。在冬季供熱期間以熱定電的情況下，調(diào)峰能力就隨之下降。因此，對(duì)于供熱機(jī)組調(diào)峰能力的研究更加重要，建立“天津電網(wǎng)供熱機(jī)組調(diào)峰能力在線監(jiān)測(cè)與輔助決策系統(tǒng)”，為進(jìn)一步掌握和挖掘冬季供熱期供熱機(jī)組調(diào)峰能力，切實(shí)落實(shí)供熱機(jī)組“以熱定電”政策，同時(shí)為我國(guó)在部分網(wǎng)省公司實(shí)現(xiàn)“節(jié)能發(fā)電調(diào)度”奠定基礎(chǔ)有著重要意義。通過(guò)調(diào)度綜合業(yè)務(wù)信息網(wǎng)將電廠數(shù)據(jù)傳回到天津市電力公司內(nèi)網(wǎng)，在電力公司ATM網(wǎng)內(nèi)設(shè)置通訊服務(wù)器用來(lái)接收數(shù)據(jù)存至數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，通訊服務(wù)器前置硬件防火墻，計(jì)算服務(wù)器通過(guò)模型計(jì)算后，通過(guò)Web發(fā)布服務(wù)器將關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行內(nèi)網(wǎng)發(fā)布。

系統(tǒng)通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、調(diào)度支持、熱數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、統(tǒng)計(jì)報(bào)表、公告信息、系統(tǒng)管理等6個(gè)主模塊，分別提供供熱機(jī)組實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、電負(fù)荷調(diào)整區(qū)間、次日負(fù)荷預(yù)測(cè)區(qū)間、供熱指標(biāo)計(jì)算、統(tǒng)計(jì)報(bào)表等主要信息。

圖1 系統(tǒng)總監(jiān)控界面

2 系統(tǒng)建設(shè)方案

“天津電網(wǎng)供熱機(jī)組調(diào)峰能力在線監(jiān)測(cè)與輔助決策系統(tǒng)”是一套基于Web結(jié)構(gòu)、實(shí)時(shí)通訊的在線監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)

圖2 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

3 調(diào)峰能力在線計(jì)算

對(duì)于供熱機(jī)組的發(fā)電調(diào)度，供熱機(jī)組調(diào)峰能力在線計(jì)算是其核心部分，包括供熱機(jī)組數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和電負(fù)荷調(diào)峰區(qū)間實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)兩部分主要內(nèi)容。

3.1 供熱數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

供熱數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸是實(shí)現(xiàn)供熱數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)以及實(shí)現(xiàn)供熱機(jī)組發(fā)電調(diào)度的基礎(chǔ)?？紤]到節(jié)能、安全、可靠的建設(shè)原則，系統(tǒng)利用數(shù)據(jù)專網(wǎng)進(jìn)行集中式數(shù)據(jù)傳輸管理。通過(guò)調(diào)度綜合業(yè)務(wù)信息網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳回到公司內(nèi)網(wǎng)，最終通過(guò)Web發(fā)布服務(wù)器將重點(diǎn)參數(shù)進(jìn)行內(nèi)網(wǎng)發(fā)布。

系統(tǒng)對(duì)所有供熱數(shù)據(jù)進(jìn)行區(qū)分，通過(guò)實(shí)時(shí)供熱工況圖、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)列表、統(tǒng)計(jì)報(bào)表等不同方式進(jìn)行界面展示。其中實(shí)時(shí)供熱工況圖做為系統(tǒng)展示中心內(nèi)容，分別對(duì)不同機(jī)組進(jìn)行主要供熱生產(chǎn)流程展示，提出影響機(jī)組出力和安全的關(guān)鍵參數(shù)的可調(diào)整控制范圍，并加入機(jī)組最小進(jìn)汽量限制線和機(jī)組最低負(fù)荷限制線。

圖3 系統(tǒng)工況信息圖界面

3.2 電負(fù)荷調(diào)峰區(qū)間實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

供熱機(jī)組發(fā)電調(diào)度中電負(fù)荷調(diào)峰區(qū)間實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)以及熱電比、節(jié)能比等主要監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)取自供熱機(jī)組熱力曲線數(shù)學(xué)模型的計(jì)算結(jié)果，系統(tǒng)計(jì)算服務(wù)器通過(guò)集中式數(shù)據(jù)傳輸管理接收來(lái)自不同電廠的供熱實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，按照數(shù)學(xué)模型進(jìn)行計(jì)算，并將計(jì)算經(jīng)過(guò)通過(guò)不同模塊進(jìn)行展示。

雖然不同類型的供熱機(jī)組熱電制約關(guān)系差別較大，但是基于機(jī)組生產(chǎn)流程和熱電關(guān)系的共性，并且天津電網(wǎng)14臺(tái)主力調(diào)峰供熱機(jī)組中，10臺(tái)為300MW等級(jí)亞臨界機(jī)組，其余4臺(tái)為200MW改造機(jī)組，為構(gòu)建通用數(shù)學(xué)模型帶來(lái)了便利條件。同時(shí)為了保證數(shù)學(xué)模型的科學(xué)性，項(xiàng)目組對(duì)不同機(jī)組進(jìn)行了供熱機(jī)組調(diào)峰能力試驗(yàn)，通過(guò)試驗(yàn)真實(shí)數(shù)據(jù)對(duì)理論數(shù)學(xué)模型的等效熱降值進(jìn)行系數(shù)修正，得出不同機(jī)組真實(shí)準(zhǔn)確的熱力曲線數(shù)學(xué)模型。

熱力曲線數(shù)學(xué)模型是利用等效熱降法，通過(guò)改變新蒸汽的參數(shù)，來(lái)確定機(jī)組的供電負(fù)荷。由方程式可以看出，供熱機(jī)組在冬季供熱工況，確保供熱負(fù)荷的條件下，即保證采暖抽汽流量GCN一定，通過(guò)改變主蒸汽流量G0，即可獲得機(jī)組可調(diào)負(fù)荷區(qū)間。

式中：N—機(jī)組發(fā)電功率，kW；

G0—機(jī)組主蒸汽流量，kg/h；

H0—機(jī)組純凝工況下，1kg新蒸汽的實(shí)際做功，即等效熱降，kJ/kg；

GCN—機(jī)組采暖抽汽流量，kg/h；

HCN—機(jī)組采暖工況下，1kg采暖抽汽的實(shí)際做功，即等效熱降，kJ/kg。

圖4 實(shí)時(shí)供熱曲線界面

4 次日電負(fù)荷可調(diào)區(qū)間計(jì)算

機(jī)組次日發(fā)電計(jì)劃做為電網(wǎng)調(diào)度一項(xiàng)主要工作，冬季采暖期為調(diào)度計(jì)劃部門(mén)提供準(zhǔn)確的供熱機(jī)組次日電負(fù)荷可調(diào)區(qū)間預(yù)測(cè)也是本系統(tǒng)的另外一項(xiàng)重要功能。系統(tǒng)能夠根據(jù)電廠客戶端提供的24點(diǎn)供熱曲線以及天氣預(yù)報(bào)計(jì)算出次日機(jī)組96點(diǎn)熱負(fù)荷曲線，從而納入供熱機(jī)組次日計(jì)劃安排，提高調(diào)度部門(mén)對(duì)供熱機(jī)組次日處理計(jì)劃安排的科學(xué)性。

圖5 出力計(jì)劃界面

在采暖供熱期間，采暖抽汽流量隨熱網(wǎng)用戶需熱量的變化而改變，而熱網(wǎng)用戶的吸熱量又與熱網(wǎng)循環(huán)水供水溫度和室外環(huán)境溫度直接相關(guān)，因此我們可以建立熱網(wǎng)循環(huán)水供水溫度以及室外環(huán)境溫度與采暖抽汽流量之間的數(shù)學(xué)模型，在確定了次日的室外環(huán)境溫度曲線與熱網(wǎng)循環(huán)水供水溫度曲線的情況下，即可估算出次日的采暖抽汽流量曲線，然后根據(jù)供熱機(jī)組熱力曲線調(diào)峰能力數(shù)學(xué)模型計(jì)算得到第二天各個(gè)時(shí)段的采暖供熱機(jī)組負(fù)荷區(qū)間。

式中：—單位面積供暖熱負(fù)荷，kW/(m2·℃)；

S—采暖供熱面積，m2；

—采暖抽汽焓值，kJ/kg；

—熱網(wǎng)加熱器疏水焓值，kJ/kg；

—熱網(wǎng)加熱器效率，一般取0.99。

5 應(yīng)用效果

“天津電網(wǎng)供熱機(jī)組調(diào)峰能力在線監(jiān)測(cè)與輔助決策系統(tǒng)”于2010年10月15日正式運(yùn)行。以系統(tǒng)正式運(yùn)行的首個(gè)采暖期（2010-2011年）為例，對(duì)系統(tǒng)的應(yīng)用效果進(jìn)行分析。

5.1 調(diào)峰能力數(shù)字化，提高電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行，確保網(wǎng)間能源資源優(yōu)化配置

通過(guò)系統(tǒng)的建設(shè)科學(xué)準(zhǔn)確的確定了供熱機(jī)組在2010年-2011年供暖期內(nèi)平均電負(fù)荷可調(diào)峰總量為-443MW～+279MW，確定了在以熱定電前提下供熱機(jī)組準(zhǔn)確、詳實(shí)的調(diào)峰區(qū)間，實(shí)現(xiàn)了供熱機(jī)組供熱期調(diào)峰能力的數(shù)字化，從而進(jìn)一步保證天津電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行；同時(shí)加深了天津電網(wǎng)調(diào)峰能力，確保天津電網(wǎng)與華北電網(wǎng)間的能源資源優(yōu)化配置，加大了冬季采暖期吸納高效機(jī)組和風(fēng)電等清潔能源的容量空間，為構(gòu)筑穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)、清潔、安全的能源供應(yīng)體系提供技術(shù)支持。

5.2 節(jié)能減排，充分發(fā)揮高效、清潔機(jī)組能源利用率

通過(guò)系統(tǒng)的實(shí)施，2010-2011年供熱期相比2009-2010年供熱期，共壓縮電量9.3586億kw.h。這部分電量完全從外網(wǎng)購(gòu)買(mǎi)，則在整個(gè)2010-2011年度供暖期內(nèi)天津地區(qū)可減少CO2排放82.9萬(wàn)噸，粉塵排放量減少470.6噸；這部分壓縮電量全部交由高效純凝機(jī)組發(fā)電，則可節(jié)約標(biāo)煤16845噸，即可為國(guó)家節(jié)約資金1347.6萬(wàn)元。即充分發(fā)揮高效機(jī)組和清潔能源的能源利用率，同時(shí)降低整體電網(wǎng)能耗水平，減少天津地區(qū)污染物排放，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

5.3 有效控制聯(lián)絡(luò)線，達(dá)到考核指標(biāo)

通過(guò)系統(tǒng)的實(shí)施，2010年-2011年供熱期聯(lián)絡(luò)線考核A1點(diǎn)數(shù)為9、A2點(diǎn)數(shù)為56，無(wú)考核電量，相比2009年-2010年供熱期給公司帶來(lái)直接經(jīng)濟(jì)效益45.46萬(wàn)元。

6 結(jié)論

通過(guò)對(duì)熱電數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸及監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)工況圖、電負(fù)荷調(diào)峰區(qū)間實(shí)時(shí)計(jì)算、次日電負(fù)荷可調(diào)區(qū)間計(jì)算等重要問(wèn)題的研究，并成功應(yīng)用于“天津電網(wǎng)供熱機(jī)組調(diào)峰能力在線監(jiān)測(cè)與輔助決策系統(tǒng)”，為進(jìn)一步掌握和挖掘冬季供熱期供熱機(jī)組調(diào)峰能力，切實(shí)落實(shí)供熱機(jī)組“以熱定電”政策，節(jié)約能源，減少環(huán)境污染，促進(jìn)能源和電力結(jié)構(gòu)調(diào)整，充分發(fā)揮電網(wǎng)調(diào)度在能源結(jié)構(gòu)調(diào)整中的調(diào)度平臺(tái)作用，確保電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定高效運(yùn)行實(shí)現(xiàn)電力工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展,同時(shí)為我國(guó)在部分網(wǎng)省公司實(shí)現(xiàn)“節(jié)能發(fā)電調(diào)度”奠定基礎(chǔ)有著重要意義。

【1】發(fā)電企業(yè)節(jié)能降耗技術(shù)，中國(guó)電力出版社，2010

【2】“天津電網(wǎng)供熱機(jī)組調(diào)峰能力在線監(jiān)測(cè)與輔助決策系統(tǒng)”工作報(bào)告、技術(shù)報(bào)告，天津市電力公司，2011

【3】天津地區(qū)主要供熱機(jī)組供熱調(diào)峰能力試驗(yàn)報(bào)告QC20110038，天津市電力科學(xué)研究院，2011