考慮碳排放目標(biāo)的燃煤機(jī)組負(fù)荷量節(jié)能控制模型

關(guān)鍵詞：碳排放目標(biāo)；燃煤機(jī)組；負(fù)荷量；節(jié)能模糊控制；煤耗特征

中圖分類號(hào)：TM734；TP391.92 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1001-5922（2024）12-0131-05

燃煤機(jī)組是一種將煤炭等化石燃料的化學(xué)能，轉(zhuǎn)換成電能的機(jī)組設(shè)備，是一種較為重要的發(fā)電方式[1]。煤炭等化石燃料的燃燒會(huì)產(chǎn)生大量的SO₂、NO_X等酸性氣體，對(duì)生態(tài)環(huán)境和人體健康造成損害[2]。為了減少燃煤機(jī)組的碳排量，通常采用相應(yīng)的裝置和措施。但在實(shí)際應(yīng)用中，由于燃煤機(jī)組的運(yùn)行工況不同[3-4]，減排效果存在一定的差異。而燃煤機(jī)組的負(fù)荷大小與功率大小直接相關(guān)，產(chǎn)生負(fù)荷的主要組成部分是用電負(fù)荷和損耗功率[5-6]，因此該負(fù)荷也被稱為供電量。在運(yùn)行過程中，需要對(duì)燃煤機(jī)組的供電量進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)更佳的節(jié)能減排效果。文獻(xiàn)[7]為降低燃煤機(jī)組的碳排放量，以經(jīng)濟(jì)效益最大化為目標(biāo)構(gòu)建雙層規(guī)劃模型，進(jìn)行碳排量的分配控制；該方法能夠較好的實(shí)現(xiàn)碳排放強(qiáng)度的控制，但是無法實(shí)現(xiàn)機(jī)組負(fù)荷量的控制。基于此，本文針對(duì)燃煤機(jī)組在發(fā)電運(yùn)行過程中的煤耗特征，以降低碳排量為前提，提出燃煤機(jī)組負(fù)荷量節(jié)能控制模型。

1燃煤機(jī)組負(fù)荷量節(jié)能控制模型構(gòu)建

1.1燃煤機(jī)組煤耗特征提取

燃煤機(jī)組在運(yùn)行過程中，環(huán)境溫度、運(yùn)行工況等均會(huì)發(fā)生一定變化[9]，導(dǎo)致機(jī)組的負(fù)荷量也呈現(xiàn)變化狀態(tài)。因此，為有效實(shí)現(xiàn)燃煤機(jī)組負(fù)荷量節(jié)能模糊控制，并降低機(jī)組的碳排放量[10]，本文采用高斯過程回歸模型對(duì)燃煤機(jī)組的煤耗特征進(jìn)行提取。

通過上述流程即可獲取目標(biāo)函數(shù)的求解結(jié)果，該結(jié)果即為燃煤機(jī)組負(fù)荷量節(jié)能模糊控制最優(yōu)結(jié)果。

2實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

本文在進(jìn)行測(cè)試過程中，僅以其中一臺(tái)600MW的燃煤機(jī)組為例，進(jìn)行所提模型的相關(guān)測(cè)試。該機(jī)組在運(yùn)行過程中，該機(jī)組的日平均負(fù)荷在12000～170000MW，其煤耗情況如表1所示。

該燃煤電廠在實(shí)際運(yùn)行過程中，煤耗較高，并且經(jīng)濟(jì)效益較低。因此，該發(fā)電廠希望在降低碳排放的基礎(chǔ)上，提升經(jīng)濟(jì)效益。

為驗(yàn)證所提模型的應(yīng)用效果，獲取在燃煤機(jī)組不同的總負(fù)荷下，所提模型控制前后的機(jī)組的煤耗變化結(jié)果，如圖3所示。

由圖3可知，隨著總負(fù)荷的逐漸增加，所提方法控制前，機(jī)組的煤耗均在340kg/（MW·h）以上，應(yīng)用模型控制后，機(jī)組的煤耗在300～320kg/（MW·h）。因此，所提方法具有較好的應(yīng)用效果，能夠有效降低燃煤機(jī)組的煤耗，實(shí)現(xiàn)機(jī)組節(jié)能需求。

為進(jìn)一步驗(yàn)證所提模型對(duì)于燃煤機(jī)組的控制效果，在考慮需求側(cè)響應(yīng)和不考慮需求側(cè)響應(yīng)的2種工況下，機(jī)組的碳排放量結(jié)果，其期望結(jié)果為低于432.5Nm3/h，測(cè)試結(jié)果如表2所示。

由表2可知，所提模型應(yīng)用后，燃煤機(jī)組在2種運(yùn)行工況下，碳排放量均在432.5Nm³/h以下，其中，在考慮需求側(cè)響應(yīng)的運(yùn)行工況下，最大碳排放量為361.79Nm³/h；在不考慮需求側(cè)響應(yīng)的運(yùn)行工況下，最大碳排放量為404.55Nm³/h。是由于所提模型在進(jìn)行控制過程中，是以燃煤機(jī)組的煤耗特征為參考，確定目標(biāo)函數(shù)。因此，所提模型能夠分析不同運(yùn)行工況下的煤耗特征，以此可保證較好的控制效果。

為更深入驗(yàn)證所提模型的應(yīng)用性，在不同負(fù)荷率下，在考慮需求側(cè)響應(yīng)和不考慮需求側(cè)響應(yīng)的運(yùn)行工況下，二氧化硫超標(biāo)率測(cè)試結(jié)果，如表3所示。

由表3可知，在2種工況下，隨著負(fù)荷率的逐漸增加，所提模型均具有較好的節(jié)能、減排控制效果；控制后，二氧化硫超標(biāo)率均在7.5%以下，在考慮需求側(cè)響應(yīng)的運(yùn)行工況下，二氧化硫最大超標(biāo)率為6.56%；在不考慮需求側(cè)響應(yīng)的運(yùn)行工況下，二氧化硫最大超標(biāo)率為5.77%。顯著低于控制前的二氧化硫超標(biāo)率結(jié)果，能夠更好地實(shí)現(xiàn)減排目的。

為直觀驗(yàn)證所提模型應(yīng)用后熱電廠的經(jīng)濟(jì)效益變化情況，在不同的運(yùn)行周期內(nèi)，在考慮需求側(cè)響應(yīng)和不考慮需求側(cè)響應(yīng)2種工況下的碳處理成本情況，測(cè)試結(jié)果如圖4所示。

由圖4可知，所提模型應(yīng)用后，能夠降低燃煤機(jī)組不同運(yùn)行工況下的碳處理成本，碳處理的日成本均在385.5元以下，可極大程度提升熱電廠的經(jīng)濟(jì)效果，滿足該電廠的應(yīng)用需求。

3結(jié)語

在節(jié)能減排的目標(biāo)下，本文構(gòu)建考慮碳排放目標(biāo)的燃煤機(jī)組負(fù)荷量節(jié)能模糊控制模型，該模型以碳排放量和負(fù)荷經(jīng)濟(jì)調(diào)度煤耗最小為目標(biāo)函數(shù)，實(shí)現(xiàn)燃煤機(jī)組的節(jié)能控制。對(duì)該模型的應(yīng)用效果進(jìn)行測(cè)試后得出，該模型的應(yīng)用效果較好，能夠有效降低燃煤機(jī)組的煤耗以及碳排放量，以此可提升熱電廠的經(jīng)濟(jì)效益，滿足熱電廠的應(yīng)用需求。