纯火电电网节能潜力分析.pdf

第 2 9 卷第 4 期 2 0 0 8 年 8 月 能源技术 ENERGY TECHNOLOGY V0 1 ． 2 9 No ． 4 Au g ． 2 0 0 8 纯火 电电网节能潜力分析 杨志 平 ，张培 ， 翟 融 融 ， 杨 勇 平 华北电力大学 教 育部“ 电站设备状态监测与控制” 重点 实验 室， 北京市“ 能源的安全与 清洁利用” 重点实验室， 北京 1 0 2 2 0 6 摘要 建立以火电机组煤耗特性为基础的纯火电电网能耗计 算模型。利用这个模型计算某 电网在不同运行条件下的电网供 电煤耗率； 分析计算结果 ， 总结 出电网供 电侧的各种节能潜力及其 对 电网供 电煤耗率的影响。 关键词 纯火 电电网；煤耗特性；电网供 电煤耗率；节能潜力 中图分类号 J 2 4 2 ． 3 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 5 7 4 3 9 2 0 0 8 } 0 4 0 2 0 3 - 0 3 Ana l y s i s f o r t h e En e r g y S a v i n g P o t e nt i a l o f Th e r ma l po we r Gr i d YA NG Z h i - p i n g ，ZHANG P e i ，Z HAIRo n g - r o n g 。YA NG Yo n g - p i n g MOE s Ke y L a b o f C o n d i t i o n Mo n i t o r i n g a n d C o n t r o l o f P o we r P l a n t E q u i p me n t 。 B e ij i n g C i t y s Ke y La b o f S a f e a n d C l e a n Ut i l i z a t i o n o f E n e r g y Re s o u r c e s ， No r t h C h i n a U n i v e r s i t y o f E l e c t r i c P o we r ， B e i j i ng 1 0 2 2 0 6 ，C h in a Ab s t r a c t Th e mo d e l o f t h e r ma l - p o we r g r i d e n e r g y c o n s u mp t i o n wa s b u i l t o n t h e b a s i c o f c h a r a c t e ri s t i c o f t h e r ma l powe r u n i t s c o a l con s u mp t i o n ．By u s i n g t h i s mo d e l ，t h e g r i d c o a l con s um p t i o n r a t e o f p o we r s u p p l y o f s o me g i r d wa s c a l c u l a t e d r e s p e c t i v e l y u n d e r d i f f e r e n t c o n d i t i o n s ． B y c o mp a r i ng t h e r e s u l t s ，a l l k i n d s o f e n e r g y s a v i ng po t e n t i a l i n t e r ms o f t h e g i r d g e n e r a t i n g s i d e a r e a c h i e v e d a s we l l a s t h e i r i n flu e n c e s o n t h e g r i d c o a l con s um p t i o n rat e ． Ke y wo r d s Th e rm a l - p o we r g r i d； Ch a r a c t e ris t i c o f c o a l c o n s u mp t i o n e n e r g y s a v i n g p o t e n t i a l ； Gr i d c o a l c o n s u mp t i o n r a t e o f po we r s u p p l y 我国电网以火 电为主， 截至 2 0 0 7年底 ， 我国总 装机容量 达 到 7 ．1 3亿 k W， 其 中火 电装 机有 5 ． 5 4 亿 k W， 占总装机容量的 7 7 ． 7 ， 发电量约 占 全部发电量 8 2 ． 8 6 ， 根据我 国能源储备情况 ， 煤 电 机组将在很长时间内承担主要供电任务； 但是， 我国 目前火力发电的效率整体水平不高， 2 0 0 7 年全国供 电煤耗 3 5 7 g ／ k Wh ， 与发达 国家 3 2 0 g ／ k Wh相 比仍 有 3 7 g ／ k Wh左右的差距[ ， 节能潜力很大 。 本文 以纯火电电网为研究对象 ， 以火电机组煤 耗特性为基础， 建立了电网能耗计算模型， 并利用模 型对各种影响煤耗 的因素进 行分析 ， 这些因素包括 负荷调度方式、 不同类型机组间的煤耗差异、 电源结 构、 实际煤耗与设计煤耗的差异等。通过计算不同 条件下某纯火电电网 2 0 0 6 年夏季典型 日的能耗 ， 总 结电网的节能方向， 以及各种节能潜力对电网供电 煤耗率影响。 1 火力发电机组的煤耗特性 一 个火电厂通常有多个单元火电机组， 火力发 电机组的耗量特性 即为运行 时燃料耗 量 B与输 出 电功率 P 的关 系特性 。机组燃料耗量 B与发 电功 率 P 的关 系复杂， 通 常可用一个 二次 曲线 近似表 示 ， 当然也可用更高次的曲线来近似， 但实践表明次 数增高并不能显著 提高表达式的准确程度 ， 只会使 问题的解析处理复杂化[ 2 ] 。 同时 ， 一般能够收集 到的火力发 电机组煤耗特 性 曲线都是基于设计工况或热力试验工况， 但是热 力试验与实际运行时的热力系统、 设备完善程度、 运 行条件、 统计时间都有很大差别， 实际运行煤耗率高 于热力试验值或设计值是很难避免的 ， 并随机组运 行时间的推移差距加大[ 3 ] 。因此， 为 了更好 的接近 实际运行， 本文中在计算能耗时使用了煤耗修正系 ． 203 维普资讯 杨志平等 纯火电电网节能潜力分析 数 是 是 赭糟 2 电网能耗计算模型 根据实际情况设计 了以下几种运行条件 。 1 3 1 关停 1 0 0 MW 以下小火电机组 模型中， 单个火 电机组 煤耗量计算过程 见 图 1 首先根据一定的负荷调度原则得到电网中每台 机组负荷 ， 然后根据煤耗特性 曲线得到该机组的理 论标准煤耗量 根据设计工况或热力试验工况下的 煤耗特性 曲线求得 ， 再乘以煤耗修正系数算出实际 煤耗量 。 负荷 煤耗特性 煤耗修正 费 暑 器生箍 旦 图 1 单个 火电机组 的煤耗量计算过程 当有 竹台火电机组承担电网负荷， 设其中第 i 台随时间的负荷 函数为 P ￡ ， 理论标准煤耗量 和 煤耗修正系数分别为 B P 和 是 ， 则 t 到 t z时段 内电网总标准煤耗量 B - 为 B 10 I 一∑ B - 一∑ B i [ ￡ 一 ∑ I [ 口 P 。 P c f ∑P P 。 一0 I 约 束 条 件 { P i,m ax ～ P ≥ 2 I 1 只， ≤ 只 ≤ 只． 一 式中 P o 为电网总负荷； 只， ， P ． 为机组最小出 力和额定出力 最大出力 ； 为系统最小备用容量 ， 是个常数； a ， b ， c 是机 组 i煤耗特性关 系式 中的 系数 。 则 t 到 t z 时段内电网供电煤耗率 6 l 为 ∑是 B l 一 一 、‘ ． f [ 口 P ￡ 3 d ￡ d ∑P ￡ ￡ 2 一t 1 3 式中 Q 是电网中第 i台火电机组 t 到 t 。 时段内的 发电量。 3 电网运行条件的选择 为了分析电网能耗情况和节能潜力 ， 研究工作 2 0 4 火电机组容量 的不 同， 煤耗和污染物排放量差 别很大 正常大型高效发电机组供电煤耗为 2 9 0 - 3 4 0 g ／ k Wh ； 中小机组则达到 3 8 0 5 0 0 g ／ k Wh ， 发 同样 的电量， 要 比大机组多耗煤 3 O ～5 O 。 目 前 ， 全 国单机容量为 1 O万 k W 及 以下小的火电机组 1 ． 1 5 亿 k W， 占火电装机容量的2 4 。过高的小火 电机组比重是 目前我 国电力工业煤耗高 的主要原 因_ 4 ] 。因此， 本文要以此为计算条件， 通过实际计算 得到关停小火电对整个电网能耗水平 的影响。 3 ． 2 忽略煤耗修正系数 火电机组在实际运行的煤耗之所以高于设计值 原 因很多 ， 包括大量可控和不可控的因素， 其中可控 因素主要有机组的运行工况 、 工作人员操作水平、 设 备安装水平等， 不可控因素主要有煤质、 外界环境、 机组老化等。在运行 中为 了减小煤耗 ， 使之尽可能 达到理论值， 或者让煤耗修正系数 是 尽可能接近 1 ， 就应该尽量减少可控因素 的影响、 减弱不可控 因素 的影响。那么， 煤耗修正系数到底对能耗产生多大 影响也是一个值得讨论的问题 。 3 ． 3 不考虑同容量级别机组之间的能耗差异 同容量级别的机组 由于使用 的发电技术不 同， 设计 生 产 和 安 装 不 同 ， 能 耗 有 高 低 之 分。 以 3 0 0 MW机组为例 ， 根据 2 0 0 6年全 国火电机组竞赛 统计值， 参加竞赛的 3 1 3台机组平均供电煤耗率为 3 3 8 ． 6 0 g ／ k wh ， 而最优值仅 3 1 2 ． 8 9 g ／ k wh 。在算 例 中， 为了比较这一差异对整个供 电煤耗率 的影响 分析节能潜力， 根据实际情况， 对同容量级别的火电 机组使用统一较优煤耗率值， 具体数据见表 1 。 3 ． 4 负荷调度方式 节能调度是在各机组 间进行合 理的负荷分配 ， 使总标准煤耗量 B 最小 ， 以达到有效节能降低供 电成本。由公式 2 可以看出 ， 该负荷优化分配模型 属于二次规划 问题 ， 可 以借助 MATL AB中的优化 工具箱中的 q u a d p r o g 函数为火 电厂发 电机组负 荷进行优化分配。这种优化方法具有编程简单、 快 速准确的特点 ， 而且能够得到 比等微增率法更为优 化的结果 ； 尤其 当机组 台数较 多 的情 况下效 果更 明显 。 作为比较 ， 本文还将对现行计划调度进行计算。 根据调研， 算例中电网现行 的仍然是按照年度计划 实施 发电调度 的方式 ， 即由政府相关部 门制定发电 维普资讯 杨志平等 纯火电电网节能潜力分析 年度计划 ， 然后 由电网调度部门按 照发 电年度计划 制定月度发 电计划和 日发 电计划调度执行。这种调 度方式主要为了平衡各发 电主体 的利益 ， 在年度发 电计划制定上， 能耗高、 效率低的中小火电机组和能 耗低 、 效率高的大型火 电机组 的年运行小时数基本 相当， 都享有基本相同的发电小时数 。 4 纯火电电网节能潜力分析 根据 4 种运行条件， 利用模型计算某电网夏季 典型 日的电网供电煤耗率， 结果见表 2 。根据计算 结果 ， 可以对纯火电电网的各类节能潜力进行分析 。 表 2电网供 电煤耗率 的模拟 结果 g ／ k Wh 注 1 此时的计算条件与实际电网运行相 同， 可 以认 为是 该典 型日电网的实际值。 4 ． 1 关停小机组 由表 2 ， 关停 1 0 0 MW 以下小机组 ， 电网的煤耗 率从 3 5 6 ． 9 1 g ／ k Wh下降到 3 5 2 ． 4 4 g ／ k Wh ， 总煤耗 量减少约 1 ． 2 5 ， 节能效果明显。如果进一步提高 高效的大机组比例， 煤耗率的下将会更加明显。目 前 ， 我 国大力发展的是 3 0 0 MW， 6 0 0 MW， 1 GM 级 别的超临界、 亚临界机组[ 6 ] 。 4 ． 2 加强现有机组的改造和优化运行 6 0 0 MW 机组设计煤耗 率为 2 9 1 g ／ k Wh， 而实 际运行 中达到 3 2 8 g ／ k Wh 。加 强机组 改造和优化 运行， 使煤耗尽可能接近理论值 煤耗修正系数 k接 近 1 ， 根据表 2 的第 2 和第 3 行电网煤耗率可以下 降 7 ． 8 2 g ／ k Wh ， 总煤耗量减少约 2 ． 1 9 ， 是几个运 行条件中节煤潜力最大的。 4 ． 3 采用先进的设计和制造技术 采用先进的设计 和制造技术 ， 其实是对 电厂设 备研发和生产提出更 高的要求 ， 例 如采用高效低污 染的清洁煤发电技术。在算例中， 如果同容量级别 机组采用先进发电技术 ， 煤耗都达较优值， 由表 2的 第 3 和第 4 行电网煤耗率就可以下降 6 ． 8 5 g ／ k Wh ， 总煤耗量减少约 1 ． 9 2 ， 所以通过技术改进来降低 煤耗也是一个重要发展方向。 4 ． 4 优化调度方式 ， 减少调峰损失 随着电网容量的扩大 ， 调 峰容量也会相应增加 ， 应优化机组 的调度方式 ， 减少 调峰损失 。通过节能 调度， 电网的煤耗率可以下降 5 ． 5 1 g ／ k Wh ， 可是实 现节煤约 1 ． 5 4 ， 还可 以大量减少 污染 物的排放。 因此， 全面替代现行的计划调度是大势所趋。 5 结语 本文主要以某个电网为例， 在实际运行的基础 上改变运行条件， 计算纯火电电网能耗并进行比较， 从供电煤耗率角度定量分析了纯火电电网的主要节 能潜力 关停小机组； 加强现有机组改造和优化机组 运行 ； 提高电厂设备 的开发、 设计和生产水平 ， 达到 国际先进水平 ； 优化调度方式 ， 减少调峰损失 。 参考文献 E 1 ] 侯建朝， 谭忠富， 王绵斌． 我国电力产业能效指标的国 际对比[ J ] ． 中国电力， 2 0 0 7 ， 4 0 9 6 - 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