火電機組深度調(diào)峰綜合經(jīng)濟性分析

賀建平 高琨 袁晉雄 王曉強 李凡

摘要：隨著國家低碳政策的逐步實施，清潔能源發(fā)電比例不斷增大，而清潔能源多為間歇性電源（風電、光伏），導致電網(wǎng)消納問題和安全問題日益突出，對火電機組深度調(diào)峰的要求越來越高。對于大容量火電來說，諸多因素制約著其深度調(diào)峰的安全經(jīng)濟運行，現(xiàn)以某地區(qū)某電廠350 MW燃煤機組為例，從深調(diào)煤耗增加影響成本、采用優(yōu)質(zhì)煤增加成本、深度調(diào)峰獲得補償?shù)确矫鎭黹_展深度調(diào)峰經(jīng)濟性綜合測算分析，為參與深調(diào)市場獲取收益提供理論依據(jù)。

關鍵詞：深度調(diào)峰；綜合經(jīng)濟性；補償收益；成本測算

中圖分類號：TM621? ? 文獻標志碼：A? ? 文章編號：1671-0797（2023）10-0014-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2023.10.004

0? ? 引言

隨著國家碳達峰、碳中和“3060”目標的提出，可再生能源發(fā)電在能源結構中的占比不斷提高[1-2]，傳統(tǒng)燃煤電廠將逐漸由發(fā)電供給側(cè)主力轉(zhuǎn)變?yōu)榫S持電網(wǎng)穩(wěn)定平衡的關鍵電源點，“壓艙石”作用凸顯。在當前的電力生產(chǎn)中，風光條件良好的情況下，日間新能源發(fā)電大幅攀升，成為當下國內(nèi)能源結構轉(zhuǎn)型的新常態(tài)，而不斷提高新能源利用率，降低棄風棄光率，最大程度解決新能源消納問題，也是電網(wǎng)和發(fā)電企業(yè)需要不斷探索的方向[3-4]。

由于目前新能源的大力推廣和發(fā)展，電網(wǎng)清潔能源比例不斷加大，但光伏和風電有較強的不穩(wěn)定性，風電長期存在與電網(wǎng)負荷反調(diào)的情況，給電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行帶來了極大的考驗，對火電廠調(diào)峰的需求也越來越大。各地區(qū)對于火電廠的深度調(diào)峰補償規(guī)則有較大差異，各火電廠參與深度調(diào)峰是否能獲得實際效益也需要一個明確的測算標準。下面以某地區(qū)某電廠350 MW機組為例開展深度調(diào)峰綜合經(jīng)濟性分析，為參與深調(diào)市場提供依據(jù)。

1? ? 設備概述

該350 MW機組為超臨界純凝機組，采用東方鍋爐廠生產(chǎn)的超臨界前后墻對沖直流鍋爐，型號為DG1100/25.4-Ⅱ3，設計煤種為石柱縣高硫煙煤，摻配巫山中硫無煙煤；采用哈爾濱汽輪機廠生產(chǎn)的CLN350-24.2/566/566型、超臨界、反動式、軸流式、一次中間再熱、凝汽式電站汽輪機；采用哈爾濱電機廠生產(chǎn)的QFSN-350-2型三相、二極、隱極式轉(zhuǎn)子同步汽輪發(fā)電機。

2? ? 深度調(diào)峰補償影響成本分析

2.1? ? 某深度調(diào)峰補償規(guī)則

某地區(qū)目前深度調(diào)峰市場按照華中監(jiān)能市場〔2019〕111號文《重慶電網(wǎng)輔助服務（調(diào)峰）交易規(guī)則》執(zhí)行，賣方暫為在運燃煤火電機組，買方為在運機組及向某電網(wǎng)送電的網(wǎng)外發(fā)電企業(yè)，交易時段暫為00：00—08：00，23：00—24：00。根據(jù)《華中區(qū)域并網(wǎng)發(fā)電廠輔助服務管理實施細則》要求和某電網(wǎng)機組實際情況，燃煤火電機組基本調(diào)峰標準為其額定容量的50%[5-6]。

當前市場啟動條件包括三種情況：一是在日前或日內(nèi)進行負荷預測和計算負荷備用，當預計某電網(wǎng)負荷備用小于裕度值，需要將一臺及以上并網(wǎng)機組降至有償調(diào)峰基準值以下時；二是有網(wǎng)內(nèi)棄水電廠需要購買輔助服務時；三是網(wǎng)外清潔能源消納困難，需要購買某調(diào)峰輔助服務時，開展深度調(diào)峰交易。機組在有償調(diào)峰基準的基礎上，采用下調(diào)容量比率形式分擋報價。燃煤機組以5%容量作為一個報價檔位，由第一擋至第五擋按照價格遞增的原則逐段申報，最大下調(diào)功率自行確定市場初期對每擋申報價格設置價格上限。其中補償規(guī)則如表1所示。

2.2? ? 某深度調(diào)峰補償收益測算

以350 MW機組為例，負荷降至175 MW以下時可獲得深調(diào)補償，其每小時補償金額為（175-深調(diào)負荷）×深調(diào)報價，除以當期發(fā)電量，可以計算出深度調(diào)峰補償引起的單位電量成本（簡稱“度電成本”）下降金額。如降負荷至157.5 MW，每小時將最高可獲得補償（175-157.5）×200=3 500元，可降低度電成本0.022 2元；降負荷至140 MW時，每小時最高可獲得補償（175-140）×300=10 500元，可降低度電成本0.075元。其余節(jié)點負荷測算如表2所示。

3? ? 深度調(diào)峰煤耗影響成本分析

3.1? ? 深度調(diào)峰影響煤耗測算

某電廠350 MW機組開展了深度調(diào)峰專項試驗，按照GB/T 8117.2—2008《汽輪機熱力性能驗收試驗規(guī)程 第2部分：方法B 各種類型和容量的汽輪機寬準確度試驗》和GB/T 10184—2015《電站鍋爐性能試驗規(guī)程》的規(guī)定和要求，展開了深度調(diào)峰經(jīng)濟性測試，結果如表3所示。

表3試驗結果表明，隨負荷的變化，深調(diào)煤耗的升高受汽機熱耗、廠用電率影響顯著，受鍋爐效率影響不顯著。機組負荷在140～175 MW時，負荷率每降低1%，煤耗升高約1.52 g/（kW·h）；負荷在105～140 MW時，負荷率每降低1%，煤耗升高約2.27 g/（kW·h）。

3.2? ? 深度調(diào)峰煤耗影響成本測算

煤耗影響燃料小時成本增加=（深調(diào)負荷煤耗-50%負荷煤耗）×深調(diào)負荷×標煤單價（按1 000元/t測算）? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（1）

深調(diào)煤耗增加影響度電成本=煤耗影響燃料小時成本增加/深調(diào)負荷? ? ?（2）

根據(jù)公式（1）（2）可以得出350 MW機組深度調(diào)峰煤耗影響成本測算表，如表4所示。

4? ? 深度調(diào)峰煤價影響成本分析

為保證深調(diào)期間鍋爐燃燒安全，需采購部分高揮發(fā)分的優(yōu)質(zhì)煤種，會使燃料成本增加，故考慮燃料成本增加因素進行經(jīng)濟測算。

當前煤炭市場下，燃煤入廠揮發(fā)分指標由18%提高至30%，其他指標不變的情況下，入廠標單上漲0.016 5元/kcal，折115.5元/t。

煤價影響燃料小時成本增加=煤價影響標單×深調(diào)負荷×深調(diào)煤耗? ? ? （3）

煤價煤耗增加影響度電成本=煤價影響燃料小時成本增加/深調(diào)負荷? ? ? （4）

根據(jù)公式（3）（4）得出350 MW機組深度調(diào)峰煤價影響成本測算表，如表5所示。

5? ? 深度調(diào)峰綜合經(jīng)濟性測算

根據(jù)上述各項導致成本增加或下降的因素綜合測算經(jīng)濟性，如表6所示。

表6測算結果表明，該地區(qū)該350 MW機組在參與第一擋深調(diào)時度電收益為負，即會出現(xiàn)虧損；在深調(diào)至140 MW時有明顯收益，且深調(diào)深度越大，收益越大。

6? ? 深度調(diào)峰應對措施

深度調(diào)峰不僅嚴重影響發(fā)電成本，在機組有償調(diào)峰基準的基礎上，還需采取措施保證機組安全運行，避免發(fā)生機組非停事件，影響電網(wǎng)調(diào)度和經(jīng)濟效益。為此，文中提出以下應對措施：

（1）電網(wǎng)調(diào)峰預測，制定健全的混配煤摻燒措施，采取單斗高熱值、混配降熱值等上煤方式，保證機組發(fā)電尖峰帶負荷能力。一次調(diào)頻優(yōu)化提高機組的動態(tài)響應能力，保證主要控制參數(shù)穩(wěn)定。

（2）優(yōu)化吹灰方式，負荷滿足條件時每天全面吹灰一次，保證爐膛各受熱面換熱效率。機組進入深調(diào)時，只針對高溫再熱器附近對應吹灰器進行吹灰，保證再熱器換熱，同時達到提高SCR入口煙溫的目的。脫硝SCR吹灰及低溫省煤器吹灰在蒸汽壓力滿足時必須進行。氨逃逸率過高時，空氣預熱器應連續(xù)進行吹灰，防止空氣預熱器換熱面發(fā)生硫酸氫銨板結現(xiàn)象。

（3）優(yōu)化配風方式，一次風跟蹤煤量滑壓運行，使制粉系統(tǒng)出口粉濃度提高，滿足調(diào)峰穩(wěn)燃需要。二次風門開度控制優(yōu)化，使二次風跟蹤負荷調(diào)整更加平穩(wěn)。調(diào)整油槍的上下輔助風風門，油槍投入時自動開，停運時自動關，盡量減少冷風進入爐膛。

（4）優(yōu)化控制系統(tǒng)，機組盡量處于干態(tài)運行，優(yōu)化干態(tài)、干濕切換、濕態(tài)三個階段的程控順序和控制策略，實現(xiàn)鍋爐干/濕態(tài)程控切換，優(yōu)化轉(zhuǎn)態(tài)后協(xié)調(diào)系統(tǒng)。汽泵一鍵切/并泵轉(zhuǎn)換自動調(diào)整，小機汽源控制優(yōu)化，給水主路投入給水旁路運行，保證汽泵給水控制安全、穩(wěn)定。電泵保持良好的備用狀態(tài)。

（5）制粉系統(tǒng)運行方式優(yōu)化調(diào)整，助燃燃燒器，結合鍋爐燃燒室溫度、脫硝SCR入口煙溫、噴氨量、火檢的能量等數(shù)據(jù)分析，確定低負荷磨煤機、油槍、等離子系統(tǒng)的運行方式。至少保證三層燃燒器運行，嚴禁斷層運行，做好斷煤事故預想，可將備用制粉系統(tǒng)處于暖磨狀態(tài)，達到隨時可啟的條件。盡可能選用上層制粉系統(tǒng)運行，對維持主汽、再熱溫度有利，保證爐膛整體高熱量，對穩(wěn)定燃燒有利。鍋爐等離子、油槍程控自動，深度調(diào)峰期間保證油壓，當煤火檢能量值低時，延時自動投入對應油槍、等離子穩(wěn)燃?？刂芐CR入口NOx值、脫硝入口溫度，以保證脫硝系統(tǒng)連續(xù)安全運行。

（6）低負荷區(qū)間，在煙氣氧量、過（再）熱汽減溫水流量、水冷壁出口溫度、各重要調(diào)/截門反饋等方面可靠監(jiān)測數(shù)據(jù)，摸索煙氣擋板最優(yōu)開度，完成擋板自動控制邏輯。中間點溫度控制邏輯優(yōu)化（防止水冷壁超溫）。

（7）優(yōu)化汽輪機調(diào)門控制方式，密切監(jiān)視汽輪機汽缸溫度、絕對膨脹、脹差及軸承振動、軸溫、發(fā)電機噪聲等參數(shù)變化，若有異常，及時停止滑降出力操作，必要時請示調(diào)度恢復原運行方式，如參數(shù)達到規(guī)定限值應立即申請停機，避免設備嚴重損壞。

（8）與深度調(diào)峰目標負荷相差5 MW時，暫停減負荷，讓鍋爐蓄能得到充分釋放后再繼續(xù)減負荷至目標負荷，避免因為鍋爐熱慣性未得到充分釋放造成過調(diào)現(xiàn)象，擾動燃燒及給水發(fā)生劇烈變化，機組出現(xiàn)保護動作等問題。

（9）化學精處理人員加強對機組汽水品質(zhì)監(jiān)督，熱力系統(tǒng)參數(shù)大幅度變化可能引起汽水品質(zhì)變差，做好失效樹脂的及時再生，保證隨時有備用樹脂可置換。

（10）低負荷時段要加強對各加熱器水位的監(jiān)視及分析調(diào)整，特別是高加、除氧器水位的監(jiān)視，如因抽汽壓力低，高加疏水應及時回收至凝汽器中。

7? ? 結語

從安全性考慮，機組調(diào)峰深度越大，穩(wěn)定性越差，運行風險越大；從經(jīng)濟性來看，調(diào)峰深度越大，收益越大，這是符合市場規(guī)律的。但各個地區(qū)的調(diào)峰需求相差較大，某地區(qū)目前調(diào)峰市場需求停留在第二擋，具體是否參與深調(diào)還是要根據(jù)安全性和經(jīng)濟性綜合判定。

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收稿日期：2023-01-04

作者簡介：賀建平（1973—），男，陜西神木人，工程師，研究方向：鍋爐、汽機、熱工自動化。