火电机组灵活性运行技术综述与展望.doc
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1、火电机组灵活性运行技术综述与展望为了大力推进能源结构清洁化改革,风力发电(风电)、太阳能发电装机容量迅速增长。但新能源具有随机性、间歇性、不稳定性等特点,其比重增加到一定程度后,必然导致电网调峰困难,加之传统煤电产能过剩,这就要求现役火电机组提高灵活性以及深度调峰能力,以维持电网稳定1-9。2008年我国光伏发电装机容量仅为16万kW;2016年达到7742万kW,全年上网电量为662亿kWh,占全部发电量的1.0%。电力行业“十二五”规划中预测我国太阳能发电装机容量在2015年将达到2100万kW,实际容量为4318万kW,完全超出发展规划预期10。2008年我国风电装机容量仅为1200万k
2、W,全年上网电量为120亿kWh,占全部发电量的0.37%;2016年风电容量达到1.69亿kW,全年上网电量为2410亿kWh,占全部发电量的4.0%。电力行业“十二五”规划中预测我国风电装机容量在2015年将达到1.0亿kW,实际容量为1.29亿kW,超出规划预期约30%11。2017年19月我国电力新增容量为9340万kW,具体数据如图1所示12。由图1可以看出,我国火电新增装机仅占33.17%,太阳能发电和风电的总占比为55.69%,括号内的数据为与去年同期相比的增长率。这些数据充分表明,我国太阳能发电和风电正处在迅速上升的阶段。同时,2016年中国可再生能源发展报告预计13,到202
3、0年我国光伏发电将突破1.6亿kW,风电装机将突破2.3亿kW。因此,火电机组的运行灵活性需要进一步增强。2013年2016年,我国整体弃风率从10.7%上升至17%左右14。随后,经过对电力系统的优化调整和改革,整体弃风率有所降低,2017年上半年全国弃风电量约235亿kWh,与上一年同比减少91亿kWh,但全国弃风率仍高达13.6%。三北地区是我国风力资源丰富区,同时也是弃风现象频繁出现的区域,详细数据如图2所示14。2017年上半年全国光伏发电量为518亿kWh,弃光电量为37亿kWh,弃光率为7.6%,同比下降4.5百分点15。弃光主要发生在新疆和甘肃。其中:新疆(含建设兵团)弃光电量
4、17亿kWh,弃光率为26%;甘肃弃光电量9.7亿kWh,弃光率22%。2016年5月国家发展和改革委员会与能源局共同发布(发改能源20161150号)文件16,提出对风电、光伏发电实施全额保障性收购制度。根据中电联2017年前三季度有关统计数据12,全国风电设备平均利用小时数为1386h,同比提高135h;太阳能发电设备平均利用小时数为923h,同比提高34h:但均与国家政策规定的保障性收购小时数存在差距。电力发展“十三五”规划(20162020年)指出17,必须从负荷侧、电源侧、电网侧多措并举,充分挖掘现有系统调峰能力,增强系统灵活性、适应性,破解新能源消纳难题。国家能源局综合司关于下达火
5、电灵活性改造试点项目的通知指出18,为加快能源技术创新,挖掘燃煤机组调峰能力,提升火电运行灵活性,全面提高系统调峰和新能源消纳能力,分2批分别公布22个项目为提升火电灵活性改造试点项目。很多地方(东北三省,山西、福建、山东、新疆等)纷纷出台电力辅助服务市场专项改革试点方案电力辅助服务市场运营规则19,旨在通过奖惩手段引导火电机组提升运行灵活性,解决电力运行中的调峰、供热、可再生能源消纳等突出问题。在电源侧政策引导方面,东北地区起步较早,制定了较为完善的调控政策以及交易规则等内容。目前已有部分电厂通过机组灵活性运行,每年获得几千万甚至上亿元的补贴奖励,而该项补贴也成为影响火电厂经营效益的重要因素
6、。1 火电机组灵活性运行制约因素1.1调峰能力不足调峰能力不足是制约火电灵活性运行的关键因素。目前,我国纯凝机组的实际调峰能力一般为额定容量的50%左右,典型抽凝机组在供热期的调峰能力仅为额定容量的20%左右。截至2015年底,东北地区火电装机容量为8572万kW,春节期间的调峰缺口已经突破600万kW。降低机组最小技术出力、增加调峰能力,是缓解现状的有效途径。目前行业内确定的目标是:使热电机组增加20%额定容量的调峰能力,最小技术出力达到40%50%额定容量;纯凝机组增加15%20%额定容量的调峰能力,最小技术出力达到30%35%额定容量20。部分具备改造条件的电厂预期可以达到国际先进水平,
7、实现机组不投油稳燃时纯凝工况最小技术出力达到20%25%。1.2负荷响应速度迟缓负荷响应速度迟缓是制约火电机组灵活性运行的潜在因素,但目前相关的认识以及研究尚不深入。对火电机组而言,其能量产生和转换过程较为复杂,系统换热设备具有很强的热惰性,造成指令与响应之间存在较大的时间延迟。目前电网对自动发电控制(AGC)机组调节速度的考核指标为1.0%2.0%Pe/min(额定容量/分钟),期望通过技术改造达到2.5%3.0%Pe/min。1.3偏离设计工况我国现役火电机组在设计阶段基本均未考虑深度调峰工况,导致运行过程中调峰能力比较差。此外,深度调峰和快速升降负荷时的运行工况严重偏离设计工况,深度调峰
8、常态化以后,大量设备运行在非正常工况,对机组安全性、环保性及经济性的影响不可忽视,需要投入更多的研究工作。2 国外火电机组灵活性运行现状欧洲一些发达国家在风能、太阳能、生物能源、二氧化碳的捕获和储存等新能源领域技术的研究及应用经验较为丰富。2016年,欧洲可再生能源发电量占比已达到30.2%,其中风电和光电合计占比13.2%。因此,其火电机组灵活性运行技术推广更早,应用也更成熟。丹麦是世界上风电占比最高的国家,且弃风率极低。2015年丹麦风电发电量占全国用电量的42.1%,弃风率约为0.2%21,并计划在2020年使风电消费达到50%。丹麦之所以能够实现风电的高比例消纳,主要有以下原因:1)较
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