东北供热机组对新能源消纳的影响分析及热电解耦措施

"三北"地区冬季供热期新能源消纳矛盾突出,供热机组装机容量大、冬季受供热约束调峰能力差是造成弃风弃光的主要原因。基于东北地区的调研数据,第一次量化分析了供热机组装机发展和调峰运行对新能源消纳空间的影响,提出能够提高供热机组运行灵活性的4种热电解耦措施,在对不同热电解耦措施的风电消纳能力和煤耗水平分析对比的基础上,提出了目前可行性和推广性较高的热电解耦措施建议。措施的实施对释放系统灵活性、提高新能源消纳能力具有积极的意义。     

高效灵活350MW供热机型方案探讨

国内目前的采暖供热机组,主要以抽凝机、背压机以及改造为高背压供热的机型为主。传统抽凝机组的热电负荷解耦范围有限、调峰能力差,采暖季运行时占据了较大的发电份额,不利于风电等可再生能源的消纳。采暖背压机热电比较高,能很好满足供热的需求,但"以热定电"的运行模式导致了采暖供热背压机只能在冬季运行,投资回报率较低。开发供热能力突出、热电解耦范围大、调峰运行灵活性好的热电联合机组,在优化电力构成、节能减排方面具有重大意义。本文主要分析比较了各种采暖供热方案的优缺点,提出了几种高效、运行灵活的350MW采暖供热机型的设计方案,以供同类机组设计参考。     

增设烟气-水换热器提升火电机组灵活性研究

山东电网电源结构中可再生能源占比日益增多,火电机组不可避免地面临深度调峰、频繁调峰,热电机组冬季供暖时热电矛盾问题突出,对电网安全稳定和可再生能源消纳带来负面影响。传统热电解耦技术存在负荷调整区间窄、能源整体利用效率不佳等情况,提出一种增设烟气-水换热器方案,与传统中压缸抽汽技术互补供暖,可提升整体负荷调度范围,同时提升整体能源利用效率。经测算,烟气供热模式在小供热需求下最低电功率显著低于传统供热模式,相同供热需求下混合供热模式最大电功率、最小电功率均优于传统供热模式,且混合供热模式下最大供热量显著增多,可提升机组运行灵活性,增强机组热电解耦能力。     

汽轮机高、低压旁路联合供热应用研究

为接纳风电、光伏、水电等清洁能源,重点解决冬季供暖期火电机组供热与调峰之间的矛盾,火电企业纷纷进行各种热电解耦灵活性改造。对当前典型热电解耦供热改造技术特点进行对比分析,针对示范电厂汽轮机高、低压旁路联合供热改造,提供相关改造方案及应用数据,提出供热机组灵活性改造建议。     

300MW级供热机组多模式深度调峰协同运行技术路线研究

为进一步提高火电企业灵活性调峰力度,最大限度实现热电解耦,提升供热机组的调峰能力和供热能力,针对东北地区某300 MW级供热机组,对比分析了高背压、低压缸切缸、抽汽+热泵、高低旁路+抽汽、低压缸切缸+热泵、抽汽+余热回收等多种调峰模式对机组性能和供热能力的影响,提出了最佳的协同运行技术路线.综合考虑机组调峰能力、发电煤耗和供热能力等因素,切缸+200 MW热泵的协同调峰模式是最优调峰方案.该方案在大幅提高机组供热能力和调峰能力的同时,降低了机组能耗,最大限度地实现热电解耦,提高机组经济性.在机组主蒸汽流量相同的条件下,切缸+200 MW热泵协同调峰模式下的机组供热能力最大,发电煤耗最低,而高低旁深度调峰方式下机组供热能力和发电煤耗最差.     

火电厂直热式电锅炉灵活性改造实践

分析了风电供暖的现状及消纳困局,探索热电机组灵活性改造方案,依托吉电股份白城发电公司国家首批火电灵活性改造试点项目,首次在热电机组采用直热式电锅炉,实现热电解耦,可再生能源消纳,清洁供暖一体化灵活性改造。白城电锅炉项目投运后,供热期3台电锅炉满负荷50 MW运行,可带85×10~4 m~2供热面积,实际上网电量大幅降低,机组既降低部分负荷又能满足供暖需求,解决了供热期热电机组无法调峰问题。     

热电联产机组增设储热水罐容量配置研究

热电联产机组通过增设储热水罐可以实现热电解耦运行方式,大幅提升供暖季机组运行灵活性,提高新能源消纳能力。以2台机组分别为低压缸零出力供热和打孔抽汽供热项目为例,首先,对热网负荷变化时双机优化运行方式进行研究,发现机组热负荷率最低工况并非辅助服务收益最大工况;其次,对系统增设储热水罐时的最大容量选型依据、系统调峰能力改善特性进行研究,得到储水罐最大容量及调峰能力随热网负荷的变化规律;再次,研究了结构参数对储热水罐选型的影响,得到了储热罐个数与容量的推荐关系;最后,在给定热网负荷时进行储水罐容量的选型分析。结果表明,以中寒期最高热负荷作为选型上限依据较为合理,并且储热容量较小时投资收益比相对较高。     

基于供热机组经济性的梯级热电解耦技术研究

为提高供热机组热电解耦能力,在满足供热负荷的前提下最大限度实现机组上网负荷深度调峰,根据3种热电解耦方式的特点,提出基于供热机组经济性的梯级热电解耦方案,重点从技术原理、经济性、解耦能力等角度进行了论述,为热电企业开展此项工作提供了依据。     

“双碳”目标下供热机组深度调峰与深度节能技术发展路径

为实现既定的“双碳”战略目标,我国能源转型进程加快,大规模新能源并网将迫使以燃煤发电为主体的基础电源全面参与深度调峰。“三北”地区是我国风电、光伏的主要发展阵地,供热机组“以热定电”的运行方式极大限制了其调峰能力,弃风弃光问题长期得不到根本解决。对此,基于供热机组深度调峰的重大需求,系统总结了储热型与非储热型热电解耦技术的发展情况;分析了储热型与非储热型热电解耦技术工程应用的优缺点;进而展望供热机组深度调峰与深度节能技术发展趋势,并介绍了耦合多种热电解耦技术与管网侧和用户侧的蓄能协同技术,以助力“双碳”目标国家战略顺利实施。     

新型储换热系统在热电联产电厂灵活性改造中的应用

为提升热电联产机组调峰能力,同时提供稳定参数蒸汽,满足对外供热需求,提出一种全新的混凝土储热换热系统,介绍了典型应用案例的系统参数设计方法,通过系统模块的实际工程应用,证明该系统可以实现机组的"热电解耦",提高机组的运行灵活性,为电厂带来"增加调峰补贴"与"工业供汽"的双重收益。     

热电联产机组联合电极锅炉深度调峰性能试验研究

在国内“双碳”目标和新能源占比不断增大的背景下,电网消纳新能源对火电机组深度调峰提出了新的要求。对传统热电联产机组深度调峰研究采用的方法多为建模分析或经济性研究,较少涉及电极锅炉联合热电联产机组实现深度调峰运行工况下的调峰性能研究。以某200 MW热电联产机组为例,建立以电极锅炉代替热电联产机组抽气供热的热电联产机组联合电极锅炉深度调峰系统,实现在上网功率极低的工况下仍能保证热负荷供应的热电解耦模式,提高机组调峰深度。研究了此系统实现深度调峰的机理,并试验验证其调峰响应速度性能。研究结果表明,电极锅炉具备良好的调节性能,能够较好地匹配热电联产机组深度调峰工况运行下对功率负荷响应速度的需求。     

200 MW机组蒸汽旁路热电解耦能力评估

为解决机组供热需求和电网调峰之间的矛盾,对运行方式、设备改造、系统结构3种热电解耦方案进行了对比分析,对实际机组使用蒸汽旁路进行热电解耦推荐使用主蒸汽+再热蒸汽旁路方案。同时,针对热电解耦方案评估,提出以机组最大供热增容能力及最低电负荷作为定量评价指标。实际分析结果表明:某机组采用蒸汽旁路解耦方案后,供热能力增加119 MW,最低电负荷下降46 MW;采用蒸汽旁路扩容方案,供热能力增加180 MW,最低电负荷下降89 MW。     

基于图解法的含储热罐供热机组特性分析

供热机组以热定电的运行方式导致其调峰能力不足,储热罐作为一种蓄能手段能够从一定程度上实现供热机组热电解耦,提高机组调峰能力。本文采用图解法分析了储热罐与供热机组的热力学特性以及配备储热罐的供热机组运行特性,通过计算储热罐储热流量范围,分析了供热机组调峰能力区间。结果表明,该方法原理简单,计算量小,可拟合出储热罐与供热抽汽系统运行的定值曲线,为机组的安全灵活运行提供指导。     

考虑供热机组与电锅炉互动的热电协调调度方法

供热机组"以热定电"的运行要求大大降低了机组自身的调峰能力,成为风电等清洁能源消纳的重要限制因素。通过引入电锅炉,实现供热机组与电锅炉互动,是提升供热机组运行灵活性的有效措施。在深入分析了供热机组和电锅炉的运行要求,协调考虑供热要求和供电要求后,提出了考虑供热机组与电锅炉互动的热电协调优化调度方法,基于IEEE-30节点系统构造算例进一步验证了方法的有效性。     

火电汽轮机组热电解耦技术研究

针对供热机组受传统"以热定电"运行模式限制,单机调峰能力低(最大仅有50%),无法满足深度调峰的问题,以国电集团西北地区所辖火电供热机组的实际运行情况为出发点,结合汽轮机组节能诊断及机组改造经验,提出了高、低压旁路联合供热,低压缸切缸运行两种热电解耦技术方案,通过比选得出两种技术方案的优缺点及适用范围。     

燃煤机组深度调峰技术探讨

为提高我国可再生能源的消纳能力,开展深度调峰技术改造已成为燃煤机组未来的发展趋势。本文从提高锅炉低负荷稳燃能力、实现机组供热工况热电解耦、提高机组主辅机及其环保装置低负荷下设备适应性3方面出发,对燃煤机组深度调峰的主要运行和改造技术进行了汇总和探讨,以期为各电厂实施技术改造提供思路。建议开展低负荷下锅炉精细化调整和稳燃试验,根据试验结果和调峰需求,分别从锅炉、汽轮机、热控等方面进行深度调峰改造可行性研究,通过改造、调试、验收最终实现机组深度调峰安全、经济运行。     

计及储热备用效益的电热综合能源系统优化调度模型

在我国北方以热电联产为耦合点的省级电热综合能源系统中,热电厂配置蓄热罐进行热电解耦是释放供热机组发电灵活性、提升系统新能源消纳能力的有效方式。为充分利用蓄热罐,分析了蓄热罐供热备用转化为机组发电备用的机理并建立数学模型;为适应风电日间波动性、不确定性,提出蓄热罐在新能源无弃电时段尽可能蓄热而在弃电时段根据需求放热的启发式日间协调运行策略;进而建立了考虑蓄热罐备用效益和所提运行策略的电热综合能源系统优化调度模型。最后通过以实际电网数据为基础算例分析,验证了该模型的有效性及其在燃料节约、新能源消纳、容量节约等方面的效益。     

含碳捕集热电机组的虚拟电厂热电联合优化调度

燃煤热电机组特有的以热定电工作模式,会导致系统缺乏新能源消纳能力与调峰能力,且在运行过程中排放大量二氧化碳。为了促进新能源消纳和减少系统碳排放,同时提升热电机组的调峰能力,引入风电供热设备与碳捕集技术,将一定供热区域内的碳捕集热电厂、风电供热设备、风电场与光伏电站组成虚拟电厂。论文根据虚拟电厂的电源构成及其运行机理,建立了虚拟电厂热电联合优化调度模型,使用自适应免疫遗传算法对其寻优求解,并对3种运行策略进行比较研究。由算例仿真结果可知,虚拟电厂引入碳捕集技术与风电供热设备,不但可以有效地提升热电联产机组的调峰能力,提高系统经济效益,促进新能源消纳,还可以降低系统二氧化碳排放量。     

山东省可再生能源调峰机组核定及灵活性提升策略

随着外电入鲁和风电、光伏等可再生能源发电量的不断增加,山东电网的调峰压力不断增大。为提升电力系统的调峰能力,根据山东省可再生能源建设规模、消纳情况、电源结构和负荷特性,确定一定规模煤电机组为调峰机组,并明确要求调峰机组在不采取助燃措施、环保达标条件下,连续安全稳定运行的最低电负荷须低于40%额定电负荷。通过试验核定,确认了山东省首批8台可再生能源调峰试点机组。对未达到调峰要求的机组,可根据设备情况采用热电解耦、宽负荷脱硝和提高锅炉稳燃能力等技术提升机组的灵活性,以满足电网的调峰需求。     

计及含储热光热电站与电锅炉联合运行的供热期弃风消纳策略

为解决西北地区冬季供热期热电联产机组以热定电运行模式下系统风电消纳能力不足的问题,提出了计及含储热光热电站与电锅炉联合运行的供热期弃风消纳策略。该策略通过考虑电锅炉与光热电站联合运行,在利用光热电站的储热系统实现热能的存储与时移利用的同时,由光热电站与电锅炉、热电联产机组一同提供系统热负荷,以此提高热电联产机组的调峰能力,进而促进系统风电消纳。基于IEEE-30节点系统以及甘肃河西电网的算例仿真对所提策略进行来的验证,结果表明:所提弃风消纳策略能够在促进系统风电消纳的同时,提高光热电站对太阳能热的利用率,并降低系统总成本。研究结果可为西北地区冬季供热期热电联合调度提供参考。