宽负荷工业供汽方案及其热经济性研究

深入研究热电联产机组在宽负荷运行条件下的供热抽汽能力及供热可靠性,并精确掌握电功率-热负荷-标准煤耗的关系特性,是电厂合理开发工业供汽市场并进行精细化管理的关键。本文以国内某亚临界330 MW热电联产机组为研究对象,分析机组在不同负荷区间下的供热抽汽能力及供热可靠性,利用基于EBSILON软件建立的评估模型,计算分析了不同运行工况下的电功率-热负荷-标准煤耗的关系特性。结果表明:基于中压联合汽阀参调的热再抽汽方案是提高热电联产机组宽负荷工业供汽可靠性的有效手段,可极大提升机组供热能力及供热可靠性;不同供汽流量条件下机组标准煤消耗量随发电功率呈线性增加且增加速率基本一致,而不同发电功率条件下机组标准煤消耗量随热再供汽量呈线性增加且增加速率基本一致。为实现热电联产电厂工业供汽盈利能力最大化,建议采用基于标准煤单价、上网电价、调峰补贴政策及机组安全控制等边界条件下的厂级工业供汽优化调度模式。     

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。     

300 MW级热电联产机组调峰能力研究

北方采暖地区风电和热电联产联合运行矛盾凸显,为指导充分挖掘现有热电联产机组的调峰能力,增强电网调峰能力,为促进风电消纳提供支撑,通过组合运用简捷热平衡法、等效焓降法及弗留格尔公式,建立了大型热电联产机组调峰能力计算模型.运用计算模型研究了300 MW和350 MW热电联产机组在不同供热抽汽量、不同供热抽汽压力下的最大、最小发电功率,考虑全厂汽水损失对热电联产机组调峰能力的影响.计算结果为指导进一步挖掘北方采暖地区现有热电联产机组调峰能力,促进风电消纳提供了依据.     

考虑电网调峰的热电联产热负荷动态调度模型

我国北方地区有丰富的风光可再生资源,冬季热电联产机组为满足热负荷需求而限制了其调峰能力,在一定程度上造成了风光与热电的结构性矛盾。针对上述问题,提出以多个机组共同满足热负荷为前提,通过构建考虑电网调峰的热电机组群热负荷动态调度模型,实现对不同热电性能机组的调峰潜力挖掘。仿真算例表明,如果机组群内存在较为明显的热电关系个体差异,热负荷动态调度可以较为明显地提升机组群的整体调峰性能,有效增加风光清洁能源消纳。     

热电联产机组的控制优化策略研究

针对风电机组的调峰能力不足导致弃风问题依然突出,分析了系统热惯性对热电联产机组控制的作用,认为热电联产机组常规控制系统的发电负荷响应的跟随性存在较大时间的延迟,不能满足快速性响应要求,无法实时参与调峰,并提出了一种改进的控制方案来解决这一问题。通过Matlab/Stateflow仿真软件进行验证,仿真结果表明,改进后的控制方案显著优于常规控制方案,发电负荷响应指标响应快速,跟随性能良好,为热电联产机组参与电网调峰提供了先决条件。     

热电联产机组的控制优化策略研究

针对风电机组的调峰能力不足导致弃风问题依然突出,分析了系统热惯性对热电联产机组控制的作用,认为热电联产机组常规控制系统的发电负荷响应的跟随性存在较大时间的延迟,不能满足快速性响应要求,无法实时参与调峰,并提出了一种改进的控制方案来解决这一问题。通过Matlab/Stateflow仿真软件进行验证,仿真结果表明,改进后的控制方案显著优于常规控制方案,发电负荷响应指标响应快速,跟随性能良好,为热电联产机组参与电网调峰提供了先决条件。     

配置储热罐后热电联产机组运行优化

储热罐作为一种蓄能技术可在一定程度上实现热电联产机组热电解耦,提高热电联产机组深度调峰能力。针对目前热电联产机组配置储热罐后的运行优化问题,本文采用Ebsilon软件搭建热电联产机组运行优化分析模型,对某电厂亚临界2×330 MW热电联产机组配置储热罐后运行方式及优化效果进行分析计算。结果表明,配置储热罐后,在单台机组对外供热负荷250 MW时,调峰容量最小提高了额定容量的15.2%,最大提高了额定容量的24.2%。同时,为提高热电联产机组的运行经济性,建议在热电负荷一定时,采取电负荷平均分配、热负荷不均匀分配的运行方式。在此基础上,当该电厂3、4号机组热电负荷处于供需平衡时,运行优化后机组总体热耗率可降低76.1 kJ/(kW·h);当热电负荷处于供需不平衡时,运行优化后机组总体热耗率可降低12.9 kJ/(kW·h);整个采暖季总节煤量为1 618.2 t,总经济收益为129.5万元。该研究结果可为热电联产机组配置储热罐后的安全经济运行提供指导。     

基于供热网络热惯性的风电消纳能力评估

在传统的热电联产调度中，电功率和热功率之间的平衡关系时刻受到限制，导致系统调峰能力下降、弃风率过高。基于此，考虑了区域供热网络（DHN）的实际物理模型，利用DHN的热惯性进行蓄热，用于提高热电联产（CHP）机组的运行灵活性。该文构建了供热网络的热惯性模型，并引入供、回水时滞性来描述热水在网络中的传输时延，以系统运行成本及弃风量最小为目标函数，考虑了系统常规约束和热力系统模型约束，建立了包含风电机组、火电机组、热电联产机组和热惯性的电-热综合系统优化模型。结果表明，所提模型不仅可以减小系统弃风率，还可以获得热源处优化后的供水和回水温度。     

配置储热后热电机组调峰能力分析

热电联产机组"以热定电"运行所导致的调峰能力不足是目前造成中国"三北"电网大量弃风的一个重要原因,为此,提出了在中国大型抽汽式热电厂中通过配置储热来提高机组调峰能力的消纳方案。首先介绍了该方案的基本原理;进而对配置储热前、后热电机组的电热运行外特性进行了分析与建模,讨论了配置储热后热电机组的运行策略;在此基础上,建立了计算配置储热后热电机组调峰能力的数学模型,并分析了其影响因素。算例中对中国北方地区2台典型的300 MW和200MW供暖机组配置储热提高调峰能力的效果进行了分析,结果表明:在给定的供热中期的热负荷水平下,配置储热可使得2台机组的调峰容量分别提高额定容量的21%和13%,从而为弃风电力提供大量的上网空间;但储热的效果取决于机组所承担的热负荷水平,若热负荷接近于机组的最大供热能力,则效果并不明显。     

热电联产机组调峰能力的研究与应用

针对我国三北地区冬季采暖期电网调峰能力严重不足的现状,以研究热电联产机组采暖期调峰能力为目的,利用等效热降理论建立热电联产机组热力曲线数学模型,以实验的方法改变新蒸汽参数,在相应的供热负荷下确定机组的供电负荷可调整范围.以实验结果为基础对模型进行修正,从而确定机组有功出力的可调区间,为热电联产机组调度提供理论依据和技术支持.在实际电网的应用证明了模型的正确性和有效性.     

灵活性改造机组电锅炉配置及优化

为解决热电联产机组深度调峰时出现的问题,建立电锅炉容量选择及运行优化计算模型,依据热力发电厂热经济性评价方法,开展机组电热特性分析研究,制定求解机组调峰经济运行工况的策略。结合工程项目实例,在相同调峰负荷和同一采暖热负荷条件下,确定电锅炉的最佳容量配置和最小消耗功率,优化后可实现项目投资和运行成本的大幅降低。     

热电联产参与电网调峰补偿定价与利益分配方法

合理的调峰补偿可以有效激励热电联产机组参与电网调峰、促进风电消纳。该文对热电联产机组的调峰补偿问题进行研究,通过优化有偿调峰补偿价格和热力系统内调峰收益分配策略,激励热电联产机组充分利用热力系统的储热装置和辅助热源提升电力系统调峰灵活性。首先,考虑热力系统的详细运行模型与热电联产机组时序调峰能力的供热耦合特性,建立热电联产调峰补偿优化定价模型,并提出有效求解算法;然后,分析热力系统中各热源和储热装置对热电联产调峰能力的贡献,基于Shapley值方法,提出热力系统内部调峰收益分配策略。最后,通过仿真验证方法的有效性,并分析优化调峰补偿价格和调峰收益分配策略随供热、风电场景的变化规律。     

基于综合经济指标的双抽热电联产机组负荷优化分配

在确定双抽热电联产机组安全发电可行区间的基础上,以机组发电煤耗量、环保性能和负荷调整速度为多重目标,构建多目标、多约束的优化数学模型。利用混沌运动的遍历性和随机性,建立了基于混沌变尺度梯度下降的混合遗传算法,对热电联产机组热/电负荷分配问题进行优化,并且通过目标函数中的约束条件引入罚因子来确定适应度函数。实例验算表明:该模型不仅有效解决了热电联产机组电负荷调整时间的问题,而且降低了机组的综合经济成本,提高了机组电负荷综合竞争能力,为热电联产机组调峰运行提供了一种科学的负荷调度理论依据。     

“三北”地区电网有偿调峰服务费用计算

针对“三北”地区电网热电机组比重大、纯凝机组等非供热机组承担系统调峰的问题,提出有偿调峰服务费用的计算方法。在对纯凝机组和热电机组分别建模基础上,构建一种电负荷由全网机组平衡、热负荷由各热电厂就地平衡的优化调度模型。通过求解热电机组按纯凝发电和热电联产两种方式运行时系统各机组的出力,分别确定纯凝机组、风电机组以及水电机组的深度调峰容量,并将非供热机组深度调峰区间内销售电量所得利润之差定为有偿调峰费用。算例分析证明了该有偿调峰费用计算方法的合理性。     

考虑热电联产调峰主动性的电热协调调度

挖掘热电联产机组的调峰能力可以有效改善中国“三北”地区的弃风问题。调峰补偿机制是激励热电联产主动参与,电网调峰的有效手段。在考虑调峰补偿的前提下,对热电联产机组参与电网调峰进行研究。首先,计及热力系统复杂供热约束的影响,建立热电联产机组的可用调峰容量和调峰成本评价模型,可以反映热电联产调峰中的供热依赖特性和时序耦合特性。然后,基于热电联产调峰成本及调峰补偿机制,提出考虑机组调峰主动性的电热协调调度方法,相较于传统的垂直一体化电热协调调度,所提出的方法可以反映热电联产在经济手段激励下主动参与电网有偿调峰的意愿。最后,通过算例分析研究了热电联产机组的可用调峰容量和调峰成本的影响因素,并验证了所提出的调度方法在调峰补偿机制下的有效性。     

太阳能燃气-蒸汽联合循环机组热电负荷特性分析

本文以太阳能燃气-蒸汽联合循环（ISCC）为研究对象,建立了太阳能燃气-蒸汽联合循环热电联产机组的稳态模型,分析了太阳能辐射强度对ISCC热电联产机组系统整体运行性能和热力参数的影响,并以此为依据分析了太阳能引入前后运行特性及热电调峰能力的变化情况。结果表明:ISCC系统的?效率随太阳能辐射强度的增大逐渐上升;系统循环热效率随ISCC系统燃气轮机负荷率升高和对外供热量的升高而增大;ISCC系统中太阳能的配置增大了机组的调峰范围,促进了机组的热电解耦,且太阳能燃气联合循环热电联产机组的太阳能互补潜力随着燃气轮机负荷的上升先增大后减小。该研究结果可为ISCC应用于热电联产提供理论和设计依据。     

基于热能深度梯级利用的耦合供热变工况研究

为了实现燃煤机组节能减碳,提出了基于热能深度梯级利用的热电联产机组耦合供热系统,建立了基于热分析法的热电联产机组供电和供热能耗评价模型,基于热力系统集成优化软件（thermal power integration scheme, TPIS）仿真计算了热电联产机组耦合供热系统的能耗,研究了耦合供热系统的变工况运行能耗,结果表明：不同耦合供热方式变工况运行可实现供水温度范围为44~90℃,热指数随着机组负荷升降呈现不同的变化趋势,不同耦合供热方式的机组热效率均随着600 MW亚临界湿冷机组的负荷增加而降低,均随着660 MW超临界空冷机组的负荷增加而增加,机组热效率为63%~80%。研究成果可为热电联产机组变工况运行优化和节能减碳提供技术支撑。     

基于热能深度梯级利用的耦合供热变工况研究

为了实现燃煤机组节能减碳,提出了基于热能深度梯级利用的热电联产机组耦合供热系统,建立了基于热分析法的热电联产机组供电和供热能耗评价模型,基于热力系统集成优化软件（thermal power integration scheme, TPIS）仿真计算了热电联产机组耦合供热系统的能耗,研究了耦合供热系统的变工况运行能耗,结果表明：不同耦合供热方式变工况运行可实现供水温度范围为44~90℃,热指数随着机组负荷升降呈现不同的变化趋势,不同耦合供热方式的机组热效率均随着600 MW亚临界湿冷机组的负荷增加而降低,均随着660 MW超临界空冷机组的负荷增加而增加,机组热效率为63%~80%。研究成果可为热电联产机组变工况运行优化和节能减碳提供技术支撑。     

350MW间接空冷机组小排汽量深度调峰技术分析

热电联产机组参与深度调峰将成为新常态,选取合理的热电解耦技术对于热电联产机组适应电力市场需要是十分重要的。通过研究空冷机组末级叶片设计性能及变工况计算,确定对超临界间接空冷350MW机组实施了低压缸小排汽量、低背压运行技术使350MW机组具备了30%额定负荷运行的深度调峰能力。与原抽汽供热方式相比,同等最小电负荷下,可增加供热负荷90 MW,同等供热量(300 t/h)下,可增加调峰能力60 MW。经过两个供热期的运行证明:间接空冷机组能够安全稳定适应低压缸小排汽量、低背压运行技术。     

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。