燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)機(jī)組綜合供電氣耗的影響因素研究

文_楊熙 邱浩 北京太陽宮燃?xì)鉄犭娪邢薰?/p>

1 研究背景

我國(guó)電力供應(yīng)結(jié)構(gòu)正逐步從以煤電為主向清潔非化石能源發(fā)電為主轉(zhuǎn)變，截至2020年末，全國(guó)燃?xì)鈾C(jī)組裝機(jī)容量接近1億kW，約占我國(guó)發(fā)電總裝機(jī)容量的4.5%。北京市自2004年起建設(shè)燃?xì)鉄犭娐?lián)供項(xiàng)目，并于2012年啟動(dòng)四大燃?xì)鉄犭娭行牡慕ㄔO(shè)，到2017年陸續(xù)關(guān)停全部燃煤熱電廠，目前已建成投產(chǎn)的14家燃?xì)獍l(fā)電企業(yè)，30臺(tái)在役機(jī)組總裝機(jī)容量達(dá)到994萬kW。北京市自投產(chǎn)燃?xì)鈾C(jī)組以來，產(chǎn)量計(jì)劃和電熱氣價(jià)格全部受政府管控。隨著電力體制改革的進(jìn)一步深入，燃?xì)獍l(fā)電補(bǔ)貼壓減，天然氣價(jià)格維持較高水平，政策支持失去優(yōu)勢(shì)。調(diào)度運(yùn)行方式方面，受可再生能源消納影響，北京市燃?xì)鈾C(jī)組核準(zhǔn)年度利用由4500h降至4100h，啟停調(diào)峰次數(shù)和“一拖一”低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間大幅增加。氣源品質(zhì)方面，自2013年起，工業(yè)用天然氣中摻混煤制天然氣，熱值均值下降約1MJ/Nm3，影響氣耗上升約3%，直接影響燃料成本增加。設(shè)備維護(hù)和技改投入方面，北京市最早一批燃?xì)鈾C(jī)組為2004年規(guī)劃建設(shè)，至今已投產(chǎn)15a以上，設(shè)備維護(hù)成本逐年上升。

2 影響氣耗變化的主要因素和影響機(jī)理分析

影響燃?xì)鈾C(jī)組綜合供電氣耗變化的因素有很多，根據(jù)燃?xì)鈾C(jī)組運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和歷史數(shù)據(jù)分析，目前已觀測(cè)到的影響因素和影響機(jī)理：①天然氣熱值，代表燃料的有效成分，天然氣低位發(fā)熱量高時(shí)，單位燃料的有效成分越多，機(jī)組綜合供電氣耗降低。②熱網(wǎng)的投入情況，熱網(wǎng)的投入分?jǐn)偭瞬糠趾挠萌細(xì)饬浚欣诮档桶l(fā)電氣耗，電負(fù)荷保持不變的情況下，熱負(fù)荷越高，則綜合供電氣耗越低。③環(huán)境溫度，環(huán)境溫度高則會(huì)使得燃機(jī)壓氣機(jī)入口溫度升高，燃機(jī)效率下降，會(huì)使得凝汽器真空惡化，為保證相同真空會(huì)啟動(dòng)更多臺(tái)機(jī)力塔風(fēng)機(jī)，耗費(fèi)更多的廠用電量；另外，環(huán)境溫度影響燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)熱效率和機(jī)組調(diào)峰能力，當(dāng)環(huán)境溫度較高時(shí)，燃機(jī)運(yùn)行效率較低。④凝汽器真空，真空升高時(shí)，相同的進(jìn)汽量，汽輪機(jī)低壓缸做功減少，汽輪機(jī)負(fù)荷下降，在負(fù)荷不變的情況下，燃機(jī)負(fù)荷上漲，耗氣量增加，影響綜合供電氣耗上升。⑤機(jī)組負(fù)荷率，發(fā)電機(jī)組負(fù)荷率上升，發(fā)電主、輔機(jī)效率提高，綜合供電氣耗指標(biāo)下降。

3 構(gòu)建各因素影響綜合供電氣耗變化的計(jì)量模型

3.1 數(shù)據(jù)選取和基本模型

為了探討影響燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)機(jī)組綜合供電氣耗變化的因素和影響效應(yīng)，本文選取某燃?xì)獍l(fā)電企業(yè)2018年至2021年6月機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)開展實(shí)證研究，利用stata15.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析。據(jù)數(shù)據(jù)測(cè)算，各控制變量指標(biāo)的多次項(xiàng)系數(shù)部分有顯著影響，但多次項(xiàng)系數(shù)的數(shù)量級(jí)極小，對(duì)被解釋變量的影響效應(yīng)有限，故此處只選取一次項(xiàng)指標(biāo)構(gòu)建線性模型。

依據(jù)機(jī)理分析，將影響氣耗變化的已知影響因素納入模型，構(gòu)建基本計(jì)量模型如式（1）。

式中 Yit—被解釋變量綜合供電氣耗指標(biāo)；β0—常數(shù)項(xiàng)；Xit—各解釋變量（發(fā)電負(fù)荷率、熱電比、環(huán)境溫度等）；εit—誤差項(xiàng)。

3.2 主要指標(biāo)參數(shù)

考慮數(shù)據(jù)的可獲得性，選取以下指標(biāo)表征上述影響因素。低位發(fā)熱量與氣耗線性相關(guān)，可直接計(jì)算其影響，本文模型不納入此項(xiàng)指標(biāo)。

3.2.1 被解釋變量

綜合供電氣耗: 該變量是衡量企業(yè)機(jī)組效率的最直接的指標(biāo)，體現(xiàn)了一個(gè)發(fā)電企業(yè)機(jī)組的先進(jìn)程度，通過降低燃?xì)鈾C(jī)組綜合供電氣耗，可降低單位產(chǎn)量燃料成本，顯著提升企業(yè)盈利能力。

3.2.2 解釋變量

負(fù)荷率：發(fā)電機(jī)組實(shí)際發(fā)出的電量除以發(fā)電機(jī)組實(shí)際應(yīng)有發(fā)電量(能力)的比值?？梢院饬拷y(tǒng)計(jì)期間內(nèi)機(jī)組發(fā)電運(yùn)行效率。

熱電比：熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組供熱量和供電量(換算成熱量）的比值?？梢院饬繜犭娐?lián)產(chǎn)機(jī)組的負(fù)荷分配情況和能源利用率。

環(huán)境溫度：環(huán)境溫度可以影響燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)系統(tǒng)運(yùn)行熱效率。

凝汽器真空：凝汽器真空是表征凝汽器工作特性的主要指標(biāo)，可以衡量汽機(jī)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。

燃?xì)饬浚航y(tǒng)計(jì)期內(nèi)機(jī)組運(yùn)行耗用天然氣總量，是能源加工轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)指標(biāo)。

4 各因素影響綜合供電氣耗變化的實(shí)證研究

4.1 各因素影響綜合供電氣耗變化的回歸分析

4.1.1 供熱期二拖一帶供熱工況

將各項(xiàng)指標(biāo)逐一引入回歸模型，結(jié)果如表1。

表1中所示，隨著指標(biāo)的加入，模型擬合度逐漸提升。負(fù)荷率、熱電比與綜合供電氣耗呈顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，凝汽器真空、燃?xì)饬颗c綜合供電氣耗呈顯著的正相關(guān)關(guān)系，環(huán)境溫度指標(biāo)系數(shù)的數(shù)量級(jí)較小，影響不明顯。在供熱期二拖一帶供熱工況下，擬合模型所得公式可寫為式（2）。

表1 供熱期二拖一帶供熱工況下逐一引入變量的回歸分析

從各指標(biāo)的系數(shù)可以看出，在供熱期二拖一帶供熱工況下，各項(xiàng)因素的累計(jì)影響效應(yīng)為負(fù)，負(fù)荷率、熱電比和凝汽器真空對(duì)氣耗影響均較大。

4.1.2 非供熱期二拖一帶供熱工況

將各項(xiàng)指標(biāo)逐一引入回歸模型，結(jié)果如表2。

表2 非供熱期二拖一帶供熱工況下逐一引入變量的回歸分析

表2所示，隨著指標(biāo)的加入，模型擬合度逐漸提升。負(fù)荷率、熱電比、環(huán)境溫度與綜合供電氣耗呈顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，凝汽器真空、燃?xì)饬颗c綜合供電氣耗呈顯著的正相關(guān)關(guān)系。在非供熱期二拖一帶供熱工況下，擬合模型所得公式可寫為式（3）。

從各指標(biāo)的系數(shù)可以看出，在非供熱期二拖一帶供熱工況下，各項(xiàng)因素的累計(jì)影響效應(yīng)為負(fù)，負(fù)荷率、熱電比和凝汽器真空對(duì)氣耗影響較大，環(huán)境溫度對(duì)氣耗有一定的影響。

4.1.3 非供熱期一拖一帶供熱工況

將各項(xiàng)指標(biāo)逐一引入回歸模型，負(fù)荷率、熱電比與綜合供電氣耗呈顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，凝汽器真空、燃?xì)饬颗c綜合供電氣耗呈顯著的正相關(guān)關(guān)系，環(huán)境溫度指標(biāo)系數(shù)的數(shù)量級(jí)較小，影響不明顯。在非供熱期一拖一帶供熱工況下，擬合模型所得公式可寫為式（4）。

從各指標(biāo)的系數(shù)可以看出，在非供熱期一拖一帶供熱工況下，各項(xiàng)因素的累計(jì)影響效應(yīng)為負(fù)，負(fù)荷率、熱電比和凝汽器真空對(duì)氣耗影響較大。

4.1.4 二拖一純凝工況

將各項(xiàng)指標(biāo)逐一引入回歸模型，負(fù)荷率、環(huán)境溫度與綜合供電氣耗呈顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，燃?xì)饬颗c綜合供電氣耗呈顯著的正相關(guān)關(guān)系，凝汽器真空與綜合供電氣耗無顯著的相關(guān)關(guān)系。在二拖一純凝工況下，擬合模型所得公式可寫為式（5）。

從各指標(biāo)的系數(shù)可以看出，在二拖一純凝工況下，各項(xiàng)因素的累計(jì)影響效應(yīng)為負(fù)，負(fù)荷率對(duì)氣耗影響較大，環(huán)境溫度對(duì)氣耗有一定的影響。

4.1.5 一拖一純凝工況

將各項(xiàng)指標(biāo)逐一引入回歸模型，負(fù)荷率、環(huán)境溫度與綜合供電氣耗呈顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，凝汽器真空與綜合供電氣耗呈顯著的正相關(guān)關(guān)系，燃?xì)饬颗c綜合供電氣耗無顯著相關(guān)關(guān)系。在一拖一純凝工況下，擬合模型所得公式可寫為式（6）。

此工況下數(shù)據(jù)量極少，在近幾年的實(shí)際運(yùn)行過程中，主要存在于檢修或備用啟停機(jī)前后或調(diào)峰間隙，期間易出現(xiàn)各種指標(biāo)的極端值，如耗氣量較大等，故計(jì)量結(jié)果判斷燃?xì)饬繛榉秋@著相關(guān)指標(biāo)。

4.2 實(shí)證模型驗(yàn)證

本文選取不同工況的數(shù)據(jù)帶入擬合模型中與實(shí)際氣耗進(jìn)行比較驗(yàn)算，詳見表3。驗(yàn)算結(jié)果可以看出，供熱期二拖一帶供熱、非供熱期二拖一帶供熱以及一拖一帶供熱工況下的模型擬合與實(shí)際情況較為接近，計(jì)算偏差可控制在1%范圍內(nèi)。

表3 實(shí)際氣耗與模型計(jì)算結(jié)果的偏差

5 結(jié)語

本文通過實(shí)證分析得到不同工況下燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)機(jī)組綜合供電氣耗的模型，并對(duì)模型計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證，模型可直接運(yùn)用于實(shí)際工況下的指標(biāo)分析和預(yù)測(cè)，通過判斷各因素的影響效應(yīng)，把握可控因素，提升機(jī)組運(yùn)行效率。