張敏，薛永峰，王漪

(1.東北電力科學(xué)研究院有限公司，遼寧沈陽(yáng)110006;2.遼寧省電力有限公司，遼寧沈陽(yáng)110006)

供熱機(jī)組可以同時(shí)承擔(dān)熱力和電力兩種形式的負(fù)荷，被廣泛應(yīng)用于解決大面積集中供熱的問(wèn)題中.隨著供熱機(jī)組在我國(guó)北方地區(qū)電網(wǎng)中所占比例的日益增加，特別是近幾年來(lái)，風(fēng)電行業(yè)的迅猛發(fā)展，電網(wǎng)負(fù)荷面臨著供大于求的局面.在采暖期即要保證供熱安全，解決民生問(wèn)題，又要按照國(guó)家政策全額接納風(fēng)電，同時(shí)兼顧節(jié)能發(fā)電調(diào)度，因此在采暖期對(duì)供熱機(jī)組的負(fù)荷優(yōu)化調(diào)度是亟待解決的問(wèn)題.

以供熱機(jī)組以熱定電在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為依托，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控供熱機(jī)組的參數(shù)和對(duì)外采暖與工業(yè)供熱的參數(shù)，對(duì)汽輪機(jī)變工況運(yùn)行時(shí)的參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)供熱量實(shí)施計(jì)算機(jī)組可調(diào)的最大與最小負(fù)荷區(qū)間［1］，在此基礎(chǔ)上研究負(fù)荷優(yōu)化調(diào)度方法，為電網(wǎng)合理調(diào)峰提供依據(jù)和參考.

1 供熱機(jī)組以熱定電在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

供熱機(jī)組以熱定電在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由3部分構(gòu)成，如圖1所示.

1)電廠子站建設(shè).采集以熱定電監(jiān)測(cè)所需要的數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)源于現(xiàn)場(chǎng)的DCS系統(tǒng)以及額外增加的監(jiān)控測(cè)點(diǎn)，包含①熱網(wǎng)系統(tǒng)中供回水壓力、溫度和流量;②機(jī)組系統(tǒng)中的發(fā)電負(fù)荷、主蒸汽壓力、溫度和流量;③再熱蒸汽壓力和溫度;④汽輪機(jī)排汽壓力;⑤工業(yè)抽汽壓力、溫度和流量;⑥采暖抽汽壓力、溫度和流量;⑦環(huán)境溫度等，并通過(guò)子站將這些參數(shù)傳送至電網(wǎng)調(diào)度部門(mén)的監(jiān)控中心.

2)電網(wǎng)主站建設(shè).目的是建立所有供熱機(jī)組實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和歷史數(shù)據(jù)庫(kù).

3)調(diào)度系統(tǒng)建設(shè).根據(jù)監(jiān)控的參數(shù)，對(duì)各電廠、各機(jī)組的數(shù)據(jù)匯總分析，計(jì)算全廠的供熱量、機(jī)組的工業(yè)供熱量、采暖供熱量、供電負(fù)荷、機(jī)組的熱電比、機(jī)組效率等指標(biāo).通過(guò)對(duì)各參數(shù)進(jìn)行分析，結(jié)合機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行方式，制定供熱機(jī)組負(fù)荷優(yōu)化調(diào)度的方法.

2 供熱機(jī)組最大與最小負(fù)荷的調(diào)度方法

2.1 以熱定電計(jì)算方法

計(jì)算的理論基礎(chǔ)是依照各機(jī)組的THA工況、TMCR工況和供熱工況的熱力特性，采用弗留格爾公式對(duì)汽輪機(jī)變工況運(yùn)行時(shí)的參數(shù)進(jìn)行計(jì)算.當(dāng)供熱參數(shù)變化時(shí)，對(duì)機(jī)組回?zé)嵯到y(tǒng)的抽汽量進(jìn)行重新分配，在保證汽輪機(jī)低壓通流部分最小冷卻蒸汽流量時(shí)，計(jì)算出機(jī)組在不同供熱工況下最大和最小發(fā)電負(fù)荷區(qū)間以及基于TMCR工況主蒸汽參數(shù)時(shí)的最大發(fā)電負(fù)荷，形成以熱定電數(shù)學(xué)模型［1］.根據(jù)監(jiān)控的主蒸汽參數(shù)、再熱蒸汽參數(shù)和汽輪機(jī)排汽參數(shù)以及性能試驗(yàn)得出的機(jī)組實(shí)際效率，對(duì)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行修正，使數(shù)學(xué)模型與機(jī)組運(yùn)行的實(shí)際狀況相符.

2.2 負(fù)荷調(diào)度方法

1)機(jī)組增加負(fù)荷

1．4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 所有的資料均統(tǒng)一編碼，用SPSS 13．0建立數(shù)據(jù)庫(kù)，根據(jù)資料性質(zhì)分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)描述、t檢驗(yàn)、χ2檢驗(yàn)和多因素回歸分析。

對(duì)于機(jī)組增加負(fù)荷，研究了2套方案:一是以汽輪機(jī)熱耗率驗(yàn)收工況(THA)進(jìn)汽量為基礎(chǔ)的負(fù)荷;二是以汽輪機(jī)最大連續(xù)出力(TMCR)進(jìn)汽量為基礎(chǔ)的負(fù)荷.當(dāng)電網(wǎng)平谷調(diào)峰時(shí)，往往以汽輪機(jī)銘牌功率為基準(zhǔn)，即以汽輪機(jī)熱耗驗(yàn)收功率工況為基準(zhǔn)再考慮供熱抽汽時(shí)的發(fā)電負(fù)荷，實(shí)時(shí)負(fù)荷應(yīng)在THA最大負(fù)荷和最小負(fù)荷之間;當(dāng)需要機(jī)組頂尖峰負(fù)荷時(shí)，允許汽輪機(jī)以最大連續(xù)出力工況對(duì)應(yīng)的進(jìn)汽流量條件下再考慮供熱需求時(shí)的發(fā)電負(fù)荷，這時(shí)從設(shè)計(jì)能力來(lái)講，機(jī)組是安全的，但由于機(jī)組設(shè)備缺陷或煤質(zhì)等問(wèn)題影響負(fù)荷增減不在此系統(tǒng)考慮范圍之內(nèi).換言之，機(jī)組在需要調(diào)峰的時(shí)候，以TMCR工況下計(jì)算得出的可增負(fù)荷(計(jì)算最大負(fù)荷與機(jī)組當(dāng)前負(fù)荷之差)實(shí)施調(diào)度，但在常規(guī)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，以THA工況下計(jì)算得出的可增負(fù)荷實(shí)施調(diào)度.當(dāng)在線(xiàn)負(fù)荷增加時(shí)，通常機(jī)組采暖抽汽量也相應(yīng)增加.若采暖抽汽流量接近在線(xiàn)負(fù)荷下所對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)采暖抽汽量時(shí)，由于增加負(fù)荷影響供熱，主蒸汽流量未達(dá)到設(shè)計(jì)值，可要求電廠增加鍋爐負(fù)荷以達(dá)到主蒸汽流量的設(shè)計(jì)值.

圖1 以熱定電在線(xiàn)檢測(cè)系統(tǒng)模型

圖2 負(fù)荷調(diào)度曲線(xiàn)

2)機(jī)組減少負(fù)荷

當(dāng)電網(wǎng)需要最大限度地接納風(fēng)電等清潔能源時(shí)，可對(duì)供熱機(jī)組全部按照計(jì)算的最小發(fā)電負(fù)荷［2］進(jìn)行調(diào)度，調(diào)度幅度為可減負(fù)荷(機(jī)組當(dāng)前負(fù)荷與計(jì)算最小負(fù)荷之差).此方法是基于實(shí)際的低壓缸通流量，結(jié)合狀態(tài)參數(shù)、機(jī)組效率、廠用蒸汽等因素后計(jì)算得到的最小發(fā)電負(fù)荷.常規(guī)情況下，應(yīng)依據(jù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行調(diào)度，但在非常規(guī)情況時(shí)，例如春節(jié)期間，機(jī)組負(fù)荷的減少量在原則上可以適當(dāng)降低，但存在一定風(fēng)險(xiǎn).當(dāng)在線(xiàn)負(fù)荷降低時(shí)，通常機(jī)組采暖抽汽量也相應(yīng)降低.當(dāng)在線(xiàn)負(fù)荷未低于最小負(fù)荷時(shí)，電廠仍提出由于降低負(fù)荷影響供熱，可查看當(dāng)前采暖抽汽量是否低于在線(xiàn)負(fù)荷下所對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)采暖抽汽量，若不低于設(shè)計(jì)采暖抽汽量，可通過(guò)改變蝶閥開(kāi)度或熱網(wǎng)加熱器進(jìn)汽門(mén)開(kāi)度來(lái)自行調(diào)整采暖抽汽流量.

3 供熱機(jī)組快速調(diào)整負(fù)荷的調(diào)度方法

當(dāng)電網(wǎng)需要快速增加或減少供熱機(jī)組負(fù)荷時(shí)，通過(guò)計(jì)算得到機(jī)組在當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)下的可增負(fù)荷和可減負(fù)荷后，結(jié)合機(jī)組的爬坡速率和降谷速率，重新對(duì)機(jī)組的增減負(fù)荷序位進(jìn)行優(yōu)化排序，如表1所示.

從而使調(diào)度運(yùn)行人員在電網(wǎng)增減負(fù)荷過(guò)程中能夠根據(jù)機(jī)組的增減負(fù)荷序位快速進(jìn)行調(diào)整，以最少的調(diào)整次數(shù)或最短的調(diào)整時(shí)間達(dá)到最佳的調(diào)整效果.增減負(fù)荷過(guò)程中既要參考可增與可減負(fù)荷的幅度，也要參考機(jī)組增減負(fù)荷的速率，增減負(fù)荷的權(quán)重為w1，增減負(fù)荷的速率為w2.

表1 增減負(fù)荷序位

優(yōu)化排序方法為

式(1)為按fi大小對(duì)上述機(jī)組進(jìn)行動(dòng)態(tài)優(yōu)化增加負(fù)荷進(jìn)行排序.式(2)為按大小對(duì)上述機(jī)組進(jìn)行動(dòng)態(tài)優(yōu)化減少負(fù)荷進(jìn)行排序.

對(duì)各電廠機(jī)組進(jìn)行排序后，按照排序順序和電網(wǎng)負(fù)荷需求進(jìn)行調(diào)度.

4 供熱機(jī)組節(jié)能模式下的負(fù)荷調(diào)度方法

當(dāng)電網(wǎng)需要進(jìn)入節(jié)能調(diào)度模式時(shí)，就是在運(yùn)行時(shí)間內(nèi)滿(mǎn)足用戶(hù)對(duì)熱、電負(fù)荷的要求及機(jī)組總供熱和總出力的限制條件下，合理分配各個(gè)運(yùn)行供熱機(jī)組間的熱、電負(fù)荷，使整個(gè)熱電廠的總熱耗率達(dá)到最?。?］，下面以某電廠2臺(tái)機(jī)組為例進(jìn)行分析.

式中:HR為熱耗率，單位為kJ·(kWh)－1;HR1(p1)第一臺(tái)機(jī)組熱耗，單位為kJ·(kWh)－1;P1為第一臺(tái)機(jī)組功率，單位為kW;Q1(k)為第一臺(tái)機(jī)組供熱量，單位為kJ·h－1;HR2(p－p1)為第二臺(tái)機(jī)組熱耗，單位為kJ·(kWh)－1;Qk為熱網(wǎng)需求供熱量，單位為kJ·h－1;P為二臺(tái)機(jī)組發(fā)電功率之和，單位為kW.

3)優(yōu)化調(diào)度步驟.第一臺(tái)機(jī)組供熱量最大時(shí)，計(jì)算第一臺(tái)機(jī)組的最小負(fù)荷，總需求熱量減去第一臺(tái)機(jī)組的供熱量即為第二臺(tái)機(jī)組的供熱量，計(jì)算第二臺(tái)機(jī)的組最小負(fù)荷，判斷第二臺(tái)機(jī)組的最小負(fù)荷是否滿(mǎn)足供熱條件(供熱壓力和供熱流量).第一臺(tái)機(jī)組由最大供熱量逐步減少供熱量，增加第二臺(tái)機(jī)組供熱量直至最大供熱量，同時(shí)按系統(tǒng)中已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的功能根據(jù)供熱量分別計(jì)算兩臺(tái)機(jī)組最小發(fā)電負(fù)荷及總熱耗.在計(jì)算結(jié)果中選取熱耗最小值，再根據(jù)兩臺(tái)機(jī)組最小發(fā)電負(fù)荷進(jìn)行調(diào)度.這樣即解決了電網(wǎng)調(diào)峰的問(wèn)題，又兼顧了電廠的節(jié)能.

5 機(jī)組調(diào)度實(shí)施過(guò)程

5.1 關(guān)于供熱能力

機(jī)組供熱參數(shù)(包括供回水溫度等)的調(diào)整是自然調(diào)節(jié)過(guò)程，系統(tǒng)已經(jīng)計(jì)算出機(jī)組當(dāng)前的供熱量和最小發(fā)電負(fù)荷，可根據(jù)計(jì)算出的可減負(fù)荷逐步降低機(jī)組負(fù)荷.在減負(fù)荷過(guò)程中，如果電廠提出供水溫度或回水溫度不足的問(wèn)題，首先要通過(guò)減小抽汽蝶閥開(kāi)度或增加熱網(wǎng)加熱器進(jìn)汽門(mén)的開(kāi)度來(lái)提高供熱量，這樣供回水溫度就會(huì)相應(yīng)提高，同時(shí)系統(tǒng)會(huì)根據(jù)供熱量的變化及時(shí)計(jì)算出變化后的可減負(fù)荷，再根據(jù)可減負(fù)荷調(diào)整機(jī)組出力.當(dāng)計(jì)算出的可減負(fù)荷為零時(shí)，如果需要增加供熱，原則上就應(yīng)該增加負(fù)荷.

5.2 關(guān)于供回水溫度的限額

關(guān)于供回水溫度限額的問(wèn)題，主要是根據(jù)供暖面積、居民住宅比例、供熱半徑、氣象環(huán)境變化、室內(nèi)溫度達(dá)標(biāo)要求、熱力公司調(diào)節(jié)方式等諸多因素相關(guān).通常電廠與供熱公司是合同關(guān)系，合同中明確了供回水溫度的標(biāo)準(zhǔn)，但該供回水溫度是一個(gè)基本要求，由于環(huán)境溫度的變化，供回水溫度也會(huì)隨之發(fā)生變化.當(dāng)不滿(mǎn)足要求時(shí)，系統(tǒng)會(huì)提示報(bào)警.

5.3 關(guān)于優(yōu)化調(diào)度方式的選擇

電網(wǎng)調(diào)度部門(mén)可根據(jù)電網(wǎng)實(shí)時(shí)需求選擇上述3種調(diào)度方式.

1)當(dāng)電網(wǎng)需要最大限度地接納風(fēng)電等清潔能源時(shí)，可對(duì)供熱機(jī)組全部按照計(jì)算的最小發(fā)電負(fù)荷進(jìn)行調(diào)度.

2)當(dāng)電網(wǎng)需要快速增加或減少負(fù)荷時(shí)，按照機(jī)組爬坡速率和降谷速率對(duì)所有供熱機(jī)組的排序結(jié)果進(jìn)行調(diào)度，以實(shí)現(xiàn)最少的調(diào)整次數(shù)或最短的調(diào)整時(shí)間.

3)當(dāng)電網(wǎng)需要進(jìn)入節(jié)能調(diào)度模式時(shí)，在保證供熱、供電安全的前提下，按照熱電負(fù)荷優(yōu)化分配的方案決定機(jī)組的開(kāi)機(jī)方式和發(fā)電負(fù)荷.總體來(lái)說(shuō)，以保證電網(wǎng)安全和供熱安全為優(yōu)先條件，在可能的情況下，兼顧電廠節(jié)能.

6 供熱機(jī)組的電力與電量預(yù)測(cè)

在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中根據(jù)氣象部門(mén)發(fā)布的天氣預(yù)報(bào)，獲取了下月各電廠所在地的天氣狀況.調(diào)用供熱機(jī)組的供熱量歷史數(shù)據(jù)，進(jìn)行氣象溫度與供熱負(fù)荷相似度檢驗(yàn)，當(dāng)相似度大于0.6時(shí)，可根據(jù)天氣預(yù)報(bào)進(jìn)行供熱量預(yù)測(cè).

根據(jù)相關(guān)研究［4］，熱負(fù)荷的90%可認(rèn)為是受室外溫度的影響，自然風(fēng)影響熱負(fù)荷約為1%～5%，太陽(yáng)輻射影響熱負(fù)荷約為1%～5%.

因此，除了環(huán)境溫度外，結(jié)合自然風(fēng)和太陽(yáng)輻射對(duì)熱負(fù)荷預(yù)測(cè)進(jìn)行調(diào)整和修正，建議自然風(fēng)對(duì)熱負(fù)荷調(diào)整系數(shù):微風(fēng)為1%;3～4級(jí)風(fēng)為2%;5～6級(jí)風(fēng)為3%;7～8級(jí)風(fēng)為4%;7～8級(jí)以上風(fēng)為5%.建議太陽(yáng)輻射對(duì)負(fù)荷調(diào)整系數(shù):晴為1%;多云為2%;小雨為3%;小雪、雨夾雪為4%;大雪為5%.

7 供熱機(jī)組負(fù)荷優(yōu)化調(diào)度的應(yīng)用

供熱機(jī)組負(fù)荷優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)已在遼寧電網(wǎng)區(qū)域的19座電廠，46臺(tái)機(jī)組中正式投運(yùn)，額定總?cè)萘窟_(dá)到12 010 MW.系統(tǒng)投運(yùn)后，遼寧電網(wǎng)在采暖期每小時(shí)增加調(diào)峰裕度達(dá)到1 050 MW.若按照該方式進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度，可接納清潔能源358 MW，在一個(gè)供暖期內(nèi)節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤41.2萬(wàn)t，按每t標(biāo)準(zhǔn)煤600元計(jì)算，可節(jié)約2.47億元.增加600 MW以上機(jī)組出力692 MW，發(fā)電煤耗降低4.3 g·(kWh)－1，在一個(gè)供暖期內(nèi)節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤1.07萬(wàn)t，節(jié)約642萬(wàn)元.由于在采暖期最大限度地接納了清潔能源并提高大機(jī)組出力，減少標(biāo)準(zhǔn)煤消耗42.27萬(wàn)t，減少CO2排放量107.9萬(wàn)t，減少SO2排放量8 027 t，提高了社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益.

8 結(jié)論

供熱機(jī)組負(fù)荷優(yōu)化調(diào)度實(shí)現(xiàn)了機(jī)組供熱與供電的有效監(jiān)督，對(duì)供熱機(jī)組調(diào)度決策提供了技術(shù)支撐，為風(fēng)電、核電等清潔能源提供了發(fā)展空間，為政府和電網(wǎng)企業(yè)科學(xué)、合理地制定用電計(jì)劃提供了技術(shù)支撐，促進(jìn)了電力資源優(yōu)化合理配置，推動(dòng)“以熱定電”調(diào)度模式向安全、優(yōu)質(zhì)調(diào)度方向發(fā)展.滿(mǎn)足電網(wǎng)安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)、清潔、高效運(yùn)行的需求.同時(shí)也是貫徹節(jié)約能源法、可再生能源法及節(jié)能發(fā)電調(diào)度等政策得具體體現(xiàn).

［1］ 王漪，薛永鋒，鄧楠.供熱機(jī)組以熱定電調(diào)峰范圍的研究［J］.中國(guó)電力，2013，46(3):59－62.

［2］ 王興國(guó)，何燕玲，張海良.供熱機(jī)組調(diào)峰運(yùn)行中的最小出力分析［J］.河北電力技術(shù)，2006(12):46－48.

［3］ 金建國(guó)，國(guó)文學(xué)，姜鐵騮，等.供熱機(jī)組間熱電負(fù)荷最佳分配的研究［J］.汽輪機(jī)技術(shù)，2007(2):90－92.

［4］ 袁閃閃，田喆，朱能，等.利用氣象參數(shù)進(jìn)行熱網(wǎng)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)研究方法綜述［J］.煤氣與動(dòng)力，2010(07):08－11.