M701F4燃?xì)廨啓C(jī)組不同控制模式下的經(jīng)濟(jì)性分析

陳昭

(杭州華電江東熱電有限公司，杭州 310000)

M701F4燃?xì)廨啓C(jī)組不同控制模式下的經(jīng)濟(jì)性分析

陳昭

(杭州華電江東熱電有限公司，杭州 310000)

為使M701F4燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組在高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益，將機(jī)組置于幾種不同控制模式下穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)發(fā)電氣耗、廠用電等數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析，結(jié)合一次調(diào)頻的要求與考核，對(duì)溫控和非溫控模式下的綜合經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行量化對(duì)比，得出轉(zhuǎn)速控制(貼近溫控)模式的最優(yōu)運(yùn)行方式，可為同類(lèi)型機(jī)組運(yùn)行方式的選擇提供參考。

M701F4燃?xì)廨啓C(jī)；發(fā)電氣耗；轉(zhuǎn)速控制模式；溫度控制模式；一次調(diào)頻

0 引言

目前，三菱M701F4燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組在高負(fù)荷下進(jìn)入溫度控制模式時(shí)，升負(fù)荷裕量接近0，降負(fù)荷速率也非常緩慢，無(wú)法滿足電網(wǎng)對(duì)一次調(diào)頻性能的要求。根據(jù)機(jī)組特性，負(fù)荷越低效率也越低，因此，為了滿足一次調(diào)頻功能且盡量提高機(jī)組效率，高負(fù)荷段一般將燃機(jī)負(fù)荷控制在溫控負(fù)荷以下一定區(qū)間，使機(jī)組脫離溫控模式運(yùn)行，從而保證調(diào)節(jié)性能，保障電網(wǎng)安全。但該種模式與溫控模式之間的經(jīng)濟(jì)效益差距并沒(méi)有量化對(duì)比，鑒于此，2017年夏季，對(duì)某電廠#2機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，在大量運(yùn)行數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行綜合經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比。

1 運(yùn)行控制模式及試驗(yàn)

1.1 機(jī)組控制模式

根據(jù)三菱公司的設(shè)計(jì)，機(jī)組在穩(wěn)定負(fù)荷區(qū)間運(yùn)行時(shí)，可投入功率控制(Load Limit)或轉(zhuǎn)速控制(Governor)方式對(duì)機(jī)組負(fù)荷進(jìn)行控制，轉(zhuǎn)速控制為有差調(diào)節(jié)，功率控制為無(wú)差調(diào)節(jié)[1]，轉(zhuǎn)速控制的負(fù)荷響應(yīng)速率大于功率控制，滿足電網(wǎng)對(duì)機(jī)組一次調(diào)頻性能的要求。而當(dāng)葉片通道溫度(BPT)或燃機(jī)排氣溫度(EXT)超過(guò)溫控基準(zhǔn)線時(shí)，機(jī)組會(huì)自動(dòng)進(jìn)入溫控模式，此時(shí)，機(jī)組升負(fù)荷被限制，降負(fù)荷也需先待以上溫度緩慢下降至溫控線以下、燃機(jī)脫離溫控模式后才能下降，過(guò)程比較緩慢，無(wú)法滿足一次調(diào)頻性能要求[2]。

1.2 試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)

在不同日期及不同時(shí)間段對(duì)#2機(jī)組進(jìn)行工況調(diào)整，對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、對(duì)比。

1.2.1 試驗(yàn)1

2017年7月28日，對(duì)運(yùn)行中的#2機(jī)組(未抽汽供熱)進(jìn)行工況調(diào)整。分別在14:00—14:05，14:39—14:53，將機(jī)組置于不同負(fù)荷及控制模式，并對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并計(jì)算氣耗，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。由表1可以看出，在熱值、大氣溫度等外部因素?zé)o明顯變化的情況下，機(jī)組溫控與轉(zhuǎn)速控制(貼近溫控)模式下的氣耗差為0.000 261 5 m3/(kW·h)(負(fù)荷差為-16.93 MW)。

表1 試驗(yàn)1數(shù)據(jù)

注：試驗(yàn)時(shí)間內(nèi)各項(xiàng)參數(shù)處于穩(wěn)定狀態(tài)；本文數(shù)據(jù)均為：每10 s取1個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，一個(gè)時(shí)間段內(nèi)所有數(shù)據(jù)剔除10%最高數(shù)據(jù)點(diǎn)和10%最低數(shù)據(jù)點(diǎn)，剩余數(shù)據(jù)取平均數(shù)。

1.2.2 試驗(yàn)2

2017年8月2日，對(duì)#2機(jī)組(抽汽供熱)進(jìn)行工況調(diào)整。分別在13:00—14:00，14:00—15:00，15:00—16:00將機(jī)組置于不同負(fù)荷及控制模式，并對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、計(jì)算，見(jiàn)表2。由表2可知：工況穩(wěn)定時(shí)，機(jī)組溫控與2次轉(zhuǎn)速控制(貼近溫控)模式下的最大氣耗差為0.000 547 7 m3/(kW·h)(負(fù)荷差為-9.50 MW)；未進(jìn)入溫控模式時(shí)，2個(gè)不同負(fù)荷下(負(fù)荷差為 -0.05 MW)發(fā)電氣耗差為0.000 020 1 m3/(kW·h)。

表2 試驗(yàn)2數(shù)據(jù)

表3 試驗(yàn)3數(shù)據(jù)

表4 2種控制模式數(shù)據(jù)對(duì)比

1.2.3 試驗(yàn)3

2017年8月11日，對(duì)#2機(jī)組(抽汽供熱)進(jìn)行工況調(diào)整。分別在12:47—13:24，13:53—14:30，14:30—15:30，16:20—17:20將機(jī)組置于不同負(fù)荷及控制模式，并對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、計(jì)算，見(jiàn)表3。由表3可知：工況穩(wěn)定時(shí)，機(jī)組溫控與3次轉(zhuǎn)速控制(貼近溫控)模式下的最大氣耗差為0.000 639 4 m3/(kW·h)(負(fù)荷差為-6.95 MW)；未進(jìn)入溫控模式時(shí)，3個(gè)不同負(fù)荷下的最大發(fā)電氣耗差為0.000 229 6 m3/(kW·h)(負(fù)荷差為-4.26 MW)。

1.3 試驗(yàn)分析

1.3.1 溫控與非溫控模式的對(duì)比分析

將以上試驗(yàn)的負(fù)荷差與氣耗差及參與差值計(jì)算的對(duì)應(yīng)負(fù)荷、氣耗列成表4，由表4可知，溫控模式氣耗較低，而不同次試驗(yàn)間的氣耗差異無(wú)明顯規(guī)律(受環(huán)境、熱值、真空度等影響)。長(zhǎng)期運(yùn)行表明，因工況不同，進(jìn)入溫控模式的負(fù)荷點(diǎn)有所不同，進(jìn)入溫控模式后，負(fù)荷可緩慢上升的幅度也有所不同。以上數(shù)次試驗(yàn)中，2種控制模式的最大負(fù)荷差為16.93 MW(該差值比經(jīng)驗(yàn)值略大)，最大氣耗差為0.000 639 4 m3/(kW·h)。

1.3.2 非溫控模式之間的對(duì)比分析

將試驗(yàn)2，3中轉(zhuǎn)速控制(貼近溫控)模式下發(fā)電氣耗及負(fù)荷進(jìn)行對(duì)比，見(jiàn)表5。由表5可知，機(jī)組同一啟停日期內(nèi)，在非溫控模式下高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，負(fù)荷越貼近溫控模式負(fù)荷，氣耗越低。

表5 轉(zhuǎn)速控制(貼近溫控)模式數(shù)據(jù)對(duì)比

2 經(jīng)濟(jì)性分析

2.1 2種控制模式下的生產(chǎn)及檢修費(fèi)用對(duì)比

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)與運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，對(duì)機(jī)組長(zhǎng)期處于溫控或轉(zhuǎn)速控制(貼近溫控)模式下的實(shí)際運(yùn)行小時(shí)數(shù)(AOH)及兩者的差值進(jìn)行計(jì)算，對(duì)AOH差引起的檢修費(fèi)用差和廠用電差以及長(zhǎng)期處于2種不同控制模式引起的氣耗差進(jìn)行計(jì)算分析。

按機(jī)組歷年月均發(fā)電量1億kW·h計(jì)，在忽略啟停機(jī)過(guò)程(不影響此次分析)的情況下，根據(jù)試驗(yàn)中溫控模式的最高負(fù)荷399.25 MW計(jì)算，每月需運(yùn)行250.5 h；按試驗(yàn)中轉(zhuǎn)速控制(貼近溫控)模式的最低負(fù)荷382.32 MW計(jì)算，每月需運(yùn)行261.6 h。負(fù)荷差為16.93 MW，每月機(jī)組AOH差為11.1 h。

(1)檢修費(fèi)用差。燃機(jī)檢修周期一般根據(jù)機(jī)組AOH計(jì)算，當(dāng)機(jī)組AOH達(dá)12 000 h時(shí)進(jìn)行C修(費(fèi)用約500萬(wàn)元)，達(dá)24 000 h時(shí)進(jìn)行T修(費(fèi)用約1 000萬(wàn)元)，達(dá)48 000 h時(shí)進(jìn)行M修(費(fèi)用約3 000萬(wàn)元)，1個(gè)大修周期內(nèi)共需檢修費(fèi)用5 000萬(wàn)元，折合每小時(shí)檢修費(fèi)用0.104萬(wàn)元。根據(jù)2種不同模式下機(jī)組每月產(chǎn)生AOH差為11.1 h計(jì)算，檢修費(fèi)用差為1.15萬(wàn)元。

(2)廠用電費(fèi)用差。負(fù)荷393.04 MW時(shí)每小時(shí)廠用電量為7.833 MW·h，停機(jī)時(shí)每小時(shí)廠用電量為2.257 MW·h，每小時(shí)差5.576 MW·h。根據(jù)2種不同模式下機(jī)組每月產(chǎn)生AOH差為11.1 h計(jì)算，廠用電量每月相差61.9 MW·h。按上網(wǎng)電價(jià)0.52元/(kW·h)計(jì)算，廠用電費(fèi)用差為3.22萬(wàn)元。

(3)氣耗費(fèi)用差。按試驗(yàn)中2種模式最大氣耗差0.000 639 4 m3/(kW·h)、月發(fā)電量1億kW·h計(jì)算，月消耗天然氣量的差值為63 940 m3。按氣價(jià)2.31元/m3計(jì)算，氣耗費(fèi)用差為14.77萬(wàn)元。

以上各項(xiàng)指標(biāo)差值總和為：1.15+3.22+14.77=19.14(萬(wàn)元)。

2.2 2種控制模式下的電網(wǎng)考核費(fèi)用

長(zhǎng)期運(yùn)行表明，在非溫控模式下，機(jī)組一次調(diào)頻性能合格，免于考核。在溫控模式下運(yùn)行，根據(jù)《華東區(qū)域發(fā)電廠并網(wǎng)運(yùn)行管理》的規(guī)定，涉及一次調(diào)頻性能考核有正確動(dòng)作率和性能2項(xiàng)。

(1)一次調(diào)頻正確動(dòng)作率考核。根據(jù)規(guī)定，對(duì)于一次調(diào)頻月正確動(dòng)作率小于80%的機(jī)組，每月考核電量為

Q1=(80%-λ)Ptα，

式中：Q1為一次調(diào)頻正確動(dòng)作率考核電量；λ為機(jī)組一次調(diào)頻月正確動(dòng)作率；P為機(jī)組額定容量，MW；t為考核時(shí)間，1 h；α為一次調(diào)頻考核系數(shù)，取值1。

#2機(jī)組額定容量為480 MW，在全程溫控模式下運(yùn)行時(shí)，負(fù)荷無(wú)調(diào)整裕量，一次調(diào)頻月正確動(dòng)作率接近0%。因此，Q1=(80%-0%)×480×1×1=384 (MW·h)。

(2)一次調(diào)頻性能考核。根據(jù)規(guī)定，以每月機(jī)組一次調(diào)頻效果的算術(shù)平均值D作為機(jī)組一次調(diào)頻性能指標(biāo)，對(duì)月平均D值小于60%的機(jī)組進(jìn)行考核，每月考核電量為

式中：Q2為一次調(diào)頻性能考核電量；Qi為第i次一次調(diào)頻理論計(jì)算積分電量；Qs為第i次一次調(diào)頻實(shí)際計(jì)算積分電量。

機(jī)組全程在溫控模式下運(yùn)行時(shí)，Qs接近0，因此被考核量為

統(tǒng)計(jì)計(jì)算2017年5—7月一次調(diào)頻動(dòng)作次數(shù)與#2機(jī)組運(yùn)行小時(shí)，得出運(yùn)行時(shí)一次調(diào)頻平均動(dòng)作頻率為4.9 次/h，每次動(dòng)作的理論計(jì)算積分電量平均值為16 (kW·h)/次。按每月進(jìn)溫控運(yùn)行250.5 h計(jì)算，Q2=0.1×250.5×4.9×60%×16=1 178 (kW·h)。

由此可得，總考核電量為：Q1+Q2=385.178 MW·h，按上網(wǎng)電價(jià)0.52 元/(kW·h)計(jì)，為20.03萬(wàn)元。

2.3 效益對(duì)比

綜合以上計(jì)算，#2機(jī)組轉(zhuǎn)速控制(貼近溫控)模式下運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益略優(yōu)于滿負(fù)荷溫控模式，效益差額為0.89萬(wàn)元。

3 結(jié)論

在夏季工況下，通過(guò)分析計(jì)算可得以下結(jié)論：#2機(jī)組在轉(zhuǎn)速控制(貼近溫控)模式下運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性略優(yōu)于溫控模式；在轉(zhuǎn)速控制(貼近溫控)模式下，機(jī)組負(fù)荷越接近溫控負(fù)荷，發(fā)電氣耗表現(xiàn)越優(yōu)。

機(jī)組一次調(diào)頻是保障電網(wǎng)安全的重要手段。華東電網(wǎng)已逐步形成特高壓大受端電網(wǎng)，而特高壓直流閉鎖故障時(shí)有發(fā)生，給電網(wǎng)安全帶來(lái)較大風(fēng)險(xiǎn)，幾次故障顯示，全網(wǎng)機(jī)組一次調(diào)頻性能不能很好地滿足新的要求,頻率跌幅超出預(yù)期。因此，電網(wǎng)對(duì)機(jī)組一次調(diào)頻性能的要求必將越來(lái)越高，考核力度必然會(huì)越來(lái)越大。在現(xiàn)行的電網(wǎng)“兩個(gè)細(xì)則”制度下，犧牲一次調(diào)頻性能、將燃機(jī)置于滿負(fù)荷溫控模式以取得更優(yōu)發(fā)電氣耗的方法，在電網(wǎng)安全與機(jī)組綜合經(jīng)濟(jì)效益方面皆不可取。發(fā)電企業(yè)應(yīng)密切關(guān)注電網(wǎng)要求和“兩個(gè)細(xì)則”制度的新動(dòng)向，特別應(yīng)關(guān)注電網(wǎng)關(guān)于一次調(diào)頻性能考核的計(jì)算方法和系數(shù)的調(diào)整，在保障一次調(diào)頻性能的前提下，適當(dāng)調(diào)整機(jī)組運(yùn)行工況，以取得最佳效益。

[1]潘蕾.重型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)一次調(diào)頻控制策略及電網(wǎng)調(diào)度的仿真研究[J].汽輪機(jī)技術(shù)，2003，45(6)：368-371.

[2]宣曉華.特高壓受端電網(wǎng)直流閉鎖故障下機(jī)組一次調(diào)頻性能分析[J].中國(guó)電力，2016，49(11)：140-144.

TK 477

A

1674-1951(2017)12-0021-03

2017-09-07；

2017-11-03

(本文責(zé)編：劉芳)

陳昭(1986—)，男，浙江浦江人，工程師，從事火力發(fā)電機(jī)組的調(diào)試、維護(hù)及專(zhuān)業(yè)技術(shù)管理工作(E-mail:260649102@qq.com)。