聚焦｜各類型電源調(diào)峰技術(shù)經(jīng)濟分析

2017-08-01 10:18:52 大云網(wǎng)　點擊量：評論 (0)

我們講到，隨著可再生能源的發(fā)展，電力系統(tǒng)調(diào)峰平衡的形勢將越來越嚴峻，有必要采取措施解決日益突出的調(diào)峰問題，以保證電網(wǎng)安全運行，保證可再生能源發(fā)電的持續(xù)性發(fā)展。在此次專題2中，我們進一步來討論一下幾種

我們講到，隨著可再生能源的發(fā)展，電力系統(tǒng)調(diào)峰平衡的形勢將越來越嚴峻，有必要采取措施解決日益突出的調(diào)峰問題，以保證電網(wǎng)安全運行，保證可再生能源發(fā)電的持續(xù)性發(fā)展。在此次專題2中，我們進一步來討論一下幾種電源調(diào)峰機組的技術(shù)經(jīng)濟性。

一般而言，電網(wǎng)可以調(diào)峰的機組包括常規(guī)水電、火電、核電、燃汽輪機電廠、抽水蓄能電站。

一、常規(guī)火電

在這6類電源中常規(guī)水電調(diào)峰最經(jīng)濟、易于調(diào)度，且調(diào)峰能力率為100%，但是這些電網(wǎng)常規(guī)水力資源不足，建設(shè)條件較好的大中型水電站基本已開發(fā);且現(xiàn)有的常規(guī)水電中有相當部分的是徑流式小水電，調(diào)節(jié)能力十分有限。

二、煤電機組

2006年以后電網(wǎng)內(nèi)新增的機組基本是60、100萬千瓦機組、擁有50%左右調(diào)峰能力率，2010年以后華東電網(wǎng)內(nèi)部的火電機組的綜合技術(shù)調(diào)峰能力有所提高，最高可達60%，但基本不低于50%。

煤電機組具備的調(diào)峰運行方式主要3種：低負荷調(diào)峰、啟停調(diào)峰和停機調(diào)峰模式。目前，電網(wǎng)煤電機組采用的主要是低負荷調(diào)峰方式，在電網(wǎng)調(diào)峰較為困難的情況下，也采用停機調(diào)峰和啟停的方式。

低負荷調(diào)峰，在負荷低谷時段通過降低機組出力以滿足系統(tǒng)調(diào)峰需要的運行方式。這種方式實現(xiàn)較為容易，機組壽命損耗小(約為啟停調(diào)峰壽命損耗率的1/8-1/4)，安全性、機動性好，是目前省內(nèi)煤電機組主要的調(diào)峰運行方式。該方式調(diào)峰成本主要由低負荷下機組效率低于設(shè)計工況而引起的，在負載率降低時煤耗增加較多，提高了發(fā)電成本。

啟停調(diào)峰，機組由于電網(wǎng)調(diào)峰需要而停機，并在24小時內(nèi)再度開啟的調(diào)峰方式。該方式的優(yōu)點是夜間停機后監(jiān)護簡單，機組可調(diào)出力大，可達100%額定出力，但由于啟停頻繁，操作復(fù)雜，其安全性、機動性較差，事故概率較高。常規(guī)，參與啟停調(diào)峰的主要為單機容量10-12.5萬千瓦及以下的小火電，而華東電網(wǎng)內(nèi)電網(wǎng)調(diào)峰困難時，30萬千瓦和60萬千瓦機組也參與啟停調(diào)峰。該方式調(diào)峰成本主要為：由于啟停時工況急劇大幅度變化，產(chǎn)生冷熱交變應(yīng)力，使得部件產(chǎn)生低周疲勞，最終影響機組壽命，以上海汽輪機廠30萬千瓦機組為例，熱態(tài)啟停一次的壽命損耗時間為1.8天;在啟動過程中，水、蒸汽、燃油、廠用電的消耗量較大，費用較高。

停機調(diào)峰，在國慶、春節(jié)等長假期間，系統(tǒng)負荷較同期正常工作日下降較多，此時除需盡量安排機組正常檢修外，還需安排大量煤電機組停機以適應(yīng)系統(tǒng)長周期(一般為三天以上)低負荷運行狀態(tài)。停機調(diào)峰與啟停調(diào)峰類似，停機調(diào)峰對機組的影響主要為壽命損耗和啟停費用兩方面，在壽命損耗方面，每次冷態(tài)啟動的壽命損耗率是熱態(tài)啟停的5倍;在啟停費用方面，由于冷態(tài)啟動時所需時間較長，約為熱態(tài)啟動的3～4倍，啟動費用也比熱態(tài)啟動時高。

應(yīng)當指出，煤電機組參與調(diào)峰后，除發(fā)電量指標、能耗指標下降外，其檢修間隔、檢修費用、臨檢次數(shù)等指標也會一定程度地上升。

對于煤電機組，最小技術(shù)出力、爬坡速度是衡量煤電機組調(diào)峰性能的兩個主要指標。目前，電網(wǎng)內(nèi)100、60萬千瓦級煤電機組多為近幾年新建機組，一般最小技術(shù)出力率約在40%—50%左右;30萬千瓦級煤電機組調(diào)峰能力相差較大，一般國產(chǎn)老機組調(diào)峰能力相對較差，一般最小技術(shù)出力率約在50%—80%; 20萬千瓦及以下容量的煤電機組，其最小技術(shù)出力率約在65%～80%之間;供熱機組由于供熱的需要，一般最小技術(shù)出力率約在70%—80%左右。電網(wǎng)內(nèi)30萬千瓦及以上煤電機組的平均爬坡速度約為1.5%～2%FP/min，部分新建機組調(diào)節(jié)速率較快，達2.5% FP/min。30萬千瓦以下煤電機組爬坡速度較慢，約為1% FP /min左右。

三、核電

盡管根據(jù)設(shè)計核電廠有一定的調(diào)峰能力，但由于我國目前建成投運的核電均在經(jīng)濟較發(fā)達地區(qū)，人口密度較高，為保證核電廠安全運行，我國目前投運的核電均以帶基荷運行為主，僅在電網(wǎng)調(diào)峰極其困難的時期如春節(jié)、國慶或者夏季臺風時期，核電才降功率運行。

四、燃氣輪機電廠

燃機具有啟停方便、響應(yīng)速度快的特點，調(diào)峰能力和跟蹤負荷的性能高于火電廠。目前電網(wǎng)選用的燃汽輪機機型主要為聯(lián)合循環(huán)機組，燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組從冷態(tài)啟動開始26min后，燃機就可以并網(wǎng)，整個機組啟動到滿負荷只需2～3h，同時聯(lián)合循環(huán)機組停機時間也遠比燃煤機組快，從100%負荷到停機僅需50min;負荷變動速率，目前燃煤機組(30萬千瓦)正常情況下從50%負荷至100%負荷至少需30min，而簡單燃機循環(huán)則可在12min內(nèi)實現(xiàn)100%全負荷的升降。聯(lián)合循環(huán)的燃氣機組最低出力率一般按30%考慮，燃氣機組在低出力運行情況下熱效率將明顯下降。供熱的燃氣機組也是由于供熱的需要，一般最小技術(shù)出力率約在70%—80%左右。

由于燃氣輪機額定工況的設(shè)計溫度為25℃，因此在高溫日(35℃)約有10%出力受阻，導(dǎo)致高溫季節(jié)燃氣輪機與煤機壓出力運行的調(diào)峰能力差異不大，均為60%左右，對系統(tǒng)可再生能源消納能力的影響差異不大。而同采用啟停運行方式時，燃機較煤機具有啟停迅速和調(diào)節(jié)速率快得優(yōu)勢。

五、抽水蓄能電站

抽水蓄能電站是電力系統(tǒng)重要的調(diào)峰電源之一，具有調(diào)峰填谷雙重功能，抽水蓄能電站具有反應(yīng)迅速、運行靈活、啟停方便的特點，從靜止狀態(tài)到滿載發(fā)電只需2～4分鐘，從空載到滿載只需30～35秒，從抽水狀態(tài)緊急轉(zhuǎn)換到滿載狀態(tài)也只需3～4分鐘，可滿足系統(tǒng)的各種運行方式的要求，是性能優(yōu)良的調(diào)峰電源。因此，抽水蓄能電站是現(xiàn)代電網(wǎng)中不可缺少、優(yōu)選的調(diào)峰電源，但抽水蓄能電站的建設(shè)受建設(shè)條件的限制很大。

另外關(guān)于各類機組對于風電的消納能力我們進行了分析計算，根據(jù)我國各地區(qū)負荷和風電出力特點，電網(wǎng)的日最小負荷率一般為0.55-0.75，風電高峰出力一般為5%-15%、低谷出力一般為60%-100%，我們的計算結(jié)論為：

a) 火電和風電的組合，風電可占的比例為12—33%;

b) 70%調(diào)峰能力的燃機和風電的組合，風電可占的比例為20—39%;

c) 啟停燃機(可調(diào)常規(guī)水電)和風電的組合，風電可占的比例為37—52%;

d) 抽水蓄能機組和風電的組合，風電可占的比例為64—73%。