配置蓄热装置对火电机组一次调频性能的影响

核心提示:配置蓄热装置对火电机组一次调频性能的影响宋崇明,田雪沁国网经济技术研究院有限公司  本文以300MW机组为例,研究不同的蓄热装置配置方...

配置蓄热装置对火电机组一次调频性能的影响

宋崇明,田雪沁
国网经济技术研究院有限公司

  本文以300MW机组为例,研究不同的蓄热装置配置方案对机组一次调频能力的影响,旨在分析火电机组灵活性改造推广后,在提高电力系统调峰能力的同时对系统一次调频能力产生的影响。研究成果对火电灵活性改造影响分析、电力系统一次调频缺口评估具有积极的借鉴意义。


研究背景

  高比例可再生能源接入给电力系统稳定性带来巨大挑战,同时知识经济时代对供电电能质量提出更高的要求,因此电力系统调频问题将逐渐凸显。

  火电机组配置蓄热装置是解决供热火电机组调峰能力不足的有效方式,“十三五”期间,仅“三北”地区热电机组灵活性改造约1.33亿千瓦。火电机组目前作为我国主力电源,其配置蓄热装置对系统调峰能力的影响已有较多的理论研究和实践验证,但现有研究均未针对供热机组配置蓄热装置开展一次调频能力研究。

论文所解决的问题及意义

  本文以300MW机组为例,研究不同的蓄热装置配置方案对机组一次调频能力的影响,旨在分析火电机组灵活性改造推广后,在提高电力系统调峰能力的同时对系统一次调频能力产生的影响。研究成果对火电灵活性改造影响分析、电力系统一次调频缺口评估具有积极的借鉴意义。

论文重点内容

  为实现供热机组热电解耦,在电源侧通常配置两类蓄热装置:蓄热水罐和蓄热电锅炉。

  以北方某300MW抽汽供热机组为例,搭建抽汽式汽轮发电机组模型、调速器模型及一次调频模型。本文将在火电机组配置不同的蓄热装置情况下,设定蓄热装置运行方式,与火电机组协同运行满足用户的热负荷和电负荷需求。

  设定配置蓄热水罐运行方式为:电负荷低谷、发生弃风弃光时机组减少抽汽、降低出力(假设出力180MW、抽汽270t/h的工况处于机组热电特性曲线上),热负荷缺口由蓄热水罐供热补充;电负荷高峰、非弃风弃光时,抽汽供热机组出力不变、增加抽汽(经校核应符合机组实际热电特性),并将富余抽汽热量存储于蓄热水罐中。其中,蓄热水罐蓄热16个小时,对外供热8小时,蓄热效率95%。

  设定配置蓄热电锅炉运行方式为:电负荷低谷、发生弃风弃光时抽汽供热机组出力不变、以与弃风弃光功率同等大小的厂用电启动蓄热电锅炉蓄热/供热;电负荷高峰、非弃风弃光时,蓄热电锅炉只对外供热。其中,蓄热电锅炉一天中8小时蓄热、连续24小时对外恒功率供热,热效率97%。

  配置蓄热装置后,按比例分摊至机组的弃风弃光都能够被消纳。结合上述运行方式,设置不同的仿真试验工况。由仿真结果可知,对于抽汽供热机组配置蓄热水罐的方案,发生弃风弃光时蓄热水罐放热,能够增强机组一次调频能力,有利于可再生能源高比例渗透;不发生弃风弃光时,蓄热水罐蓄热,减弱增强机组一次调频能力,而此时由于可再生能源出力占比较小,系统的一次调频需求相对较小。对于抽汽供热机组配置蓄热电锅炉的方案,各个时段均能够增强机组一次调频能力,但是增强效果不如配置蓄热水罐的方案。

各仿真试验工况下机组一次调频能力



  以北方某300MW抽汽供热机组为例,分析采暖期典型日机组配置不同蓄热装置的一次调频效果。其中将配置蓄热装置后的火电机组的抽汽量、发电功率实时数据作为模型输入,仿真得到三种方案在典型日某时段的一次调频动态响应曲线,经做差处理,得到机组配置不同的蓄热装置后与未配置蓄热装置时在典型日的一次调频调整功率偏差曲线,如图所示。

典型日机组一次调频调整功率偏差曲线



  通过分析,电网频率偏差超过死区时,机组能够迅速进行一次调频动作。相同的频率偏差下,在弃风弃光时段,配置蓄热水罐的机组一次调频负荷调整幅度最大,配置蓄热电锅炉的机组次之;在非弃风弃光时段,配置蓄热电锅炉的机组一次调频负荷调整最大,而配置蓄热水罐的机组最小。其中,弃风弃光时频率波动更迅速、一次调频动作频繁变向,因此机组一次调频负荷调整幅度反而小于非弃风弃光时段。

研究结论

  本文对抽汽供热机组无蓄热、配置蓄热水罐、配置蓄热电锅炉三种配置方案进行分析,确立不同配置方案下机组的运行方式,进行机组一次调频动态仿真,探讨不同蓄热装置配置方案对机组一次调频性能的影响。仿真结果表明,不同配置方案在不同时段对火电机组一次调频能力的影响不同,其中,配置蓄热水罐在发生弃风弃光时能够增强机组一次调频能力,非弃风弃光时段略微减弱机组的一次调频能力;配置蓄热电锅炉无论在弃风弃光时段还是非弃风弃光时段都能够略微增加机组的一次调频能力。该研究对火电灵活性改造影响分析、电力系统一次调频缺口评估具有积极的借鉴意义。

主要作者介绍

  第一作者:宋崇明,男,硕士,工程师,从事促进可再生能源消纳相关研究。

  E-mail: songchm_001@163.com。

  第二作者:田雪沁,男,硕士,高级工程师,从事促进可再生能源消纳相关研究。

  E-mail: tianxueqin@chinasperi.sgcc.com.cn。

团队介绍

  新能源及综合能源技术中心(简称“新能源中心”)作为国网经济技术研究院有限公司业务部门之一,主要从事新能源与可再生能源、分布式能源、热电联产、储能等网源协调领域的规划、设计与咨询业务。现有技术骨干30余名,专业涵盖了热能工程、电力系统自动化、可再生能源、技术经济、政策研究等,其中高级工程师16名,具备项目经理能力人员22名,构建了国内外一流的专家队伍,与国内外主要能源研究机构、发电公司、设备制造厂等建立了较好的合作关系。新能源中心总结多年的科研、项目经验,近五年申请专利近20项,申请软著4项,发表论文20余篇。
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