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北方供暖城市热电厂机组选型探讨.pdf7页
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北方供暖城市热电厂机组选型探讨 牡丹江热电有限公司 王建军 于黎明 刘甲锟赵建波 摘要：从节能水平与安全性角度分析了热电厂采用大型两用抽凝式机组存在的问题，提出了热 电厂机组选型，建设多个中小型热电厂，采用背压式机组匹配合理比采用两用抽凝式机组更节能更
安全。 关键词：热电联产 两用机背压机热效率 1．前言 热电联产技术可在短期或中期内显著解决能源使用效率问题。根据损失冷源损失和热、电分别
生产所作的比较，从1兆瓦时的热电联产电力生产中减少的二氧化碳排放量从132公斤到909公斤不
等，平均每兆瓦时500公斤。热电联产由于其显著的节能效益、环保效益和优异的供热质量，得到了
社会上的普遍认同和欢迎，已成为国家鼓励发展的产业，特别是近几年得到了长足的发展。到2007
年底热电联产装机容量已经达到9917万千瓦，比2006年增涨23．22％。目前我国热电联产装机容量
已跃居世界前三位。 近几年国家批准建设或即将批准了一批大型热电联产项目，成为热电产业中的中坚力量，必将在
节能环保中发挥重大作用。但是，做为大型热电联产系统，究竟怎样匹配机组才是最合理的节能方
案，值得商榷!近几年国家节能政策在制订过程中，由于大集团掌握了话语权，盲目地上了一些大型
热电厂，从综合节能、安全、经济上来说都不是最好的选择。 2．大型两用式抽汽机组的特点及本质 汽轮发电供热机组有两种型式，一为背压供热机组，它是纯粹的热电联产，发电的全部冷源损
失都用作供热了，所以发电热效率很高，几乎等于锅炉效率乘管道效率；一为调节抽汽供热机组，它
是部分的热电联产，仅有一部份的发电冷源损失用作供热，仍有一部份
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火电机组适应电网调频调峰研究
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3秒自动关闭窗口　　风电场输出功率具有波动性、间歇性，为确保电网稳定、安全运行，电网需要留有足够的旋转备用来完成系统对波动能源的调节。电网可接纳风电容量主要取决于区域电网所具备的调峰、调频能力，考虑到风力发电输出功率的变化速率较快，区域电网的AGC调节速率就显得尤为重要。我国的电网结构中，火力发电占据发电容量的份额最大，但火电机组调节速率较慢，不能有效得对风电进行快速调节。与之相比，水电机组具有容量大，调节速率快的特点，但在电网中所占容量较小并且分布不平均，并且其建设和运行都受到了自然客观条件的限制，以上原因导致了我国各地电网的接入风力发电的能力不尽相同，换言之，风电波动对不同的电网结构带来的影响也不尽相同。风电波动对电网带来的影响主要受三方面的因素制约：风电场输出功率的特性，地区电网的实际情况以及储能补偿设备的特性。
2典型电网调频能力分析
　　选取湖北、上海、吉林等我国几个负荷较大、电网调节能力较强的省区电网为案例，进行了研究。湖北省电网的大致情况为：全省AGC机组总可调容量1325MW 中，水电机组AGC可调容量为235MW，占17.7%，平均调节速率达21MW/min；火电机组AGC可调容量为1090MW，占82.3%，平均AGC调节速率仅为5.3MW/min。因此总共的调节能力为26.3MW/min。
　　上海地区电网的大致情况为：目前上海电网实际的AGC调节速率仅仅为额定调节速率的1/3左右，即最大调频能力为50～60MW/min。因此，就目前上海电网的调频能力而言，在夏季高峰时约有10MW/min的AGC调节裕度，这两个地区都是位于我国的中东部的经济较为发达的地区，对能源有着巨大的需求，并且电网的容量较大，调节能力强。
　　吉林省电网的大致情况为：截至2008年底，吉林省内网省调总装机容量为13034MW，其中东北网调直调水电3238MW 。吉林省直调大部分为火电机组，总容量9796MW，其中火电机组7873MW；水电机组仅为285.7MW，风电机组764.3MW，生物发电机组42MW。
3大规模风电接入电网带来的问题
3.1电量平衡问题
　　由于风电的不确定性和不可控性，导致电网并网的风电机组的电力供电无法满足稳定性、连续性和可调性等要求，输出功率的不断变化容易对电网造成冲击。由于风电的不可预知性，调度运行人员无法对风力发电做出有效的发电计划，进而导致系统备用电源、调峰容量和系统运行成本增加以及威胁系统安全稳定运行等一系列后果。
　　解决风电并网对电力调配带来的困难，迫切需要研制开发一套有效的风力发电预报系统。
3.2调峰问题
　　为保证电网的安全稳定运行，在电网最低负荷时，仍需保证一定的机组运行。一般燃煤机组的最低出力约为额定出力的40%，电网现有的控制模式要求在不调停大机组、电网在最低负荷、风电机组出力最大的极端情况下，电网内燃煤机组的最低出力加上外来电的总和应小于最低负荷[2]。由于风电的反调峰特性，冬季夜间低负荷、大风时段，风电出力快速增加。尤其在北方，冬季70%以上的火电机组承担供热任务，调峰能力降低，调峰容量不足。同时，风电出力变化速度较快，火电机组常规调峰无法跟上风电出力的快速变化，这将导致联络线交换功率超过允许的偏差，越过联络线上的功率限制。
　　在北方，冬季供热期是电网调峰最困难的时期，也是风电出力较高的季节。为了保证地方供热，网内所有供热机组不得不全部运行，加上供热机组的最低出力已降低至火电机组出力的最低点。风电的间歇、波动特性要求电网必须有足够的调峰容量来平衡风电所产生的出力波动，但由于冬季负荷峰谷差最大，并且电力系统预留的调节裕度随着供热负荷的增加而逐步下降，这就导致整个电力系统没有足够的调峰容量来平衡大风时的风电出力，致使电网接纳风电的能力大大降低。
　　解决风电并网带来的调峰困难问题，这就要求加大对直调电厂低谷调峰的考核力度，进一步完善直调电厂低谷深度调峰辅助服务的补偿措施，诸如加入储能装置等。
3.3电压稳定问题
　　风电机组发电的不确定性和不可控性使得大规模风电机组的并网给系统的电压带来母线电压越限、电网电压波动和闪变等一系列问题。
　　风力发电的随机性使得节点电压的波动增大，节点电压的越限概率随之变大，且影响程度与它们之间的距离有关，离风电场接入点越近，影响越明显。
　　解决风电并网带来的电压问题，需在风电接入集中地区安装静止无功补偿器（SVC）等柔性交流输电系统（FACTS）设备，减少风力发电功率波对电网电压的影响，提高系统的稳定性。
&3.4频率稳定问题
　　由于自然界的风速不断地变化，风力发电机的出力也随时变化。当风速大于切入风速时，风力发电机启动挂网运行；当风速低于切入风速时，风机停机并与电网解列。因此风力发电机出力有较大的随机性，一天内可能有多次起动并网和停机解列。在风电装机容量较大的地区，风电功率的波动对电网的频率产生一定的影响。
　　在风电接入集中且接入容量大的地区，则在极端情况下，导致频率的严重下降，从而对系统的调频增加了难度，给系统的安全性带来影响。各国的风电接入系统导则都要求风电机组能够在一定的频率范围内正常运行；频率超过一定范围后限制出力运行或延迟一定时间后退出运行，以维持系统的频率稳定。若在风电集中的地区加入储能装置，则可在频率超过一定范围后对风电的出力运行进行适当调整，并能充分保证风电出力在延迟一定的时间后退出运行，给系统的频率调整留有充裕的时间，保证了系统的安全性和稳定性。电池储能系统具有0惯性时间常数的特点，BESS系统会完成对成组电池的控制，PWM变流器负责控制电池系统向电网注入和抽出的有功、无功功率。意味着储能系统可以在瞬间以额定功率向系统注入或者抽出一定的能量，相比水力发电系统10%额定容量/分钟和火力发电系统0.5%额定容量/分钟的调节能力，电池储能系统的瞬间功率调节能力要明显优于传统发电设备，因此用储能系统平滑风力发电这种快速变化的大容量发电系统与常规调峰调频设备相比有很大的优势。
来源于《变频器世界》
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抽水蓄能建设新思路:与风电联合开发
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　　内蒙古电网分为东部电网和西部电网,其东部电网隶属于国家电网公司,西部电网隶属于内蒙古自治区。西部电网以火电为主,2009年年底全网统调发电装机3402万千瓦,其中火电2914万千瓦,风电430万千瓦。近年来,内蒙古风电发展迅速,截至2010年5月底,内蒙古风电并网装机容量由2005年的17万千瓦增加到目前的766万千瓦,5年间增长了40多倍。 中国论文网 /2/view-513416.htm　　为了解决大比例风电入网对电能质量的影响并减少低谷期风电弃风,同时实现促进清洁能源发展和保证电网安全运行的目标,建设抽水蓄能电站增加电网调峰能力具有高度的必要性和紧迫性。 　　 　　呼和浩特抽水蓄能电站简介 　　 　　呼和浩特抽水蓄能电站是内蒙古地区第一座抽水蓄能电站,位于呼和浩特东北部大青山区,距呼和浩特市区约20公里。电站安装四台单机容量为300HW的竖轴单机混流可逆式水泵水轮机组,总装机容量12DOH W。电站设计年发电量20,075亿kW?h,年抽水用电量26.7267亿kW?h。电站通过一回500kV出线接至距离约45km的呼和浩特东500kV变电站,并入内蒙古西部电网。电站计划2013年首台机组发电,2014年建成投产,主要承担调峰、填谷、事故备用等任务,并将与风电机组联合运行,实现内蒙古电网火电、风电、调峰电源协调发展。 　　 　　内蒙古地区风电发展现状 　　 　　内蒙古自治区地域辽阔,风能资源丰富,全区风能总储量10.52亿千瓦,技术可开发量约1.5亿千瓦,居全国首位,占全国陆地风能资源储量的50%以上。内蒙古地区与我国华北、东北、西北八个省区相邻,距华北东北的负荷中心较近,区内风电具有大规模开发和集中外送的天然条件。 　　截至2010年5月底,内蒙古风电并网装机容量达到766.77万千瓦,同比增长140.57%。全区并网风电装机容量已连续6年以超过100%的速度增长,目前的风电并网装机容量占全国的三分之一左右。截至目前,内蒙古自治区已有5个盟市风电并网装机容量超过100万千瓦。规划到2020年内蒙古西部地区风电开发规模达3830万千瓦。 　　 　　风电对电网的影响 　　由于自然风存在不稳定的随机突变性、日夜变化性、气候变化性和季节变化性的显著特点,因此风力发电的输出功率也会随着风速的变化而变化,因此大量风电机组并网运行后,电网为了平衡其功率的随机突变性和日夜及季节的变化性,调峰、调频压力随之增大,电网必须为风电配套足够的调峰调频容量,以保证电网的安全稳定运行和峰谷差调度。目前,内蒙古电网风电上网容量超过了电网容量的12%,最大达到了18.7%,随着目前我国低碳型经济和绿色能源政策的推广,内蒙古风电开发的力度将进一步加大,风电在电网中所占的比例也将进一步加大。而当前世界上只有丹麦风电并网比例超过了电网容量的20%,因此,风电比例的加大对内蒙古电网的电力调度和电能质量的保证是一个严峻的考验。 　　 　　风电面临的弃风问题 　　内蒙古属于高寒地区,冬季供热从10月15日到第二年的4月15日,历时6个月,城镇供热主要靠供热机组,在冬季供热期,供热机组运行容量占冬季最高发电负荷的60%～70%,为保证供热,机组不能限负荷,不能参与调峰,导致电网调峰能力进一步降低,无法满足大规模风电并网后负荷变化的要求。2009年冬季,到后夜低谷期,内蒙古电网最低负荷(包括东送)约1230万千瓦,其中火电供热机组就占了1200万千瓦。为了保供热保民生,留给风电的负荷裕度已经很小,风电不得已采取了弃风的措施。而内蒙古地区在冬春季和夜间是风资源相对丰富的时段,电网低谷期的弃风不仅造成了风资源的浪费,也给风电企业造成巨大的经济损失。随着内蒙古风电的进一步大规模开发和风电占电网负荷比例的进一步加大,夜间低谷弃风问题会更加严重。 　　 　　抽水蓄能电站与风电联合运行的思考 　　 　　内蒙古地区风电要想大规模发展,必须增强电网的快速响应和调峰调频能力,以平衡风电输出不稳定和容量变化的特点,满足风电并网后功率变化和夜间不弃风的要求。 　　内蒙古电网具有以火电为主、水电很少、风电发展十分迅速的特点,目前调峰调频也主要靠火电机组实现。由于火电机组起停时间太长、频繁启动代价太高、深度调峰煤耗太高、负荷跟踪能力较差,火电机组调峰调频,不仅经济上不合理,而且调峰调频的质量和灵活性也不能满足电网提高电能质量要求;加上内蒙古地区冬季有六个月的供热期,供热机组必须保持正常出力不能参与调频调峰,也增加了其他火电机组的调峰压力;燃气调峰在欧美国家有所应用,但我国缺少燃气资源,再分配其作为风电的调峰备用代价太高、不太现实,内蒙古电网只有300HW燃气机组。以上多种原因致使内蒙古电网的调峰调频能力和电能质量调节受到了极大的制约。 　　 　　抽水蓄能机组与风电的互补作用 　　 　　抽水蓄能电站在后夜将电网多余的电能吸收进来,变成水能,在电网高峰期作为调峰调频电能输入电网,是一种将多余电能转化为优质电能调节电厂;由于抽水蓄能技术具有独特的优越性,能量储存和转换的快速响应性很强,电能转换容量大、效率较高,强迫停运率低,运行安全可靠,稳定性好,供电质量高,建设技术成熟,相对成本较低,已经成为目前电网调峰调频的主要手段之一。 　　我们知道,风电弃风基本发生在后夜低谷期间,而抽水蓄能电站从电网吸收电能抽水也发生在后夜低谷期间;由于蓄能电站抽水用电,可以吸收大量的本来必须要被迫弃掉的风能电量,因此,风电与抽水蓄能联合运行能够将本来必须要被迫弃掉的风能电量以水能的形式储存起来,第二天在电网高峰期间转换成高效优质的电能输入电网,从而达到了变废为宝的效果。 　　由于吸收的风电是可再生的清洁能源,而且抽水蓄能电站的整个生产过程也是清洁环保的生产过程,因此,风电与抽水蓄能的联合运用不仅减少了风电的电量损失,提高了各自的运用效果,也为电网注入了可再生的清洁能源,对能源的吸收、生产、转换的全过程都是清洁、无污染的。符合国家可再生清洁能源政策的要求。 　　 　　抽水蓄能机组对风电变化的响应 　　经统计计算,内蒙古电网风电多年平均运行小时数22D0小时。5分钟变化率为13%;10分钟变化率为20%,按风电上网容量400万千瓦计算,5分钟变化容量为52万千瓦;10分钟变化容量为80万千瓦。抽水蓄能机组从停机状态启动到带满负荷仅需1～2分钟,由抽水工况转换到发电工况也只需3～4分钟,机组的反应速度完全能够满足风电出力的变化。经测算,一座120万千瓦装
机的抽水蓄能电站作为风电场的调峰电源,通过风电与抽水蓄能互补,电网可多接纳200万千瓦风电出力。 　　抽水蓄能机组除了可以削峰填谷外,还能平衡风电功率不稳定和随机突变性对电网的不利影响,保证电网的电能质量,其负荷调节的响应速度完全可以跟踪平衡风电的变化速度。 　　 　　抽水蓄能机组对电网的作用 　　建设抽水蓄能电站解决了火电厂深度调峰的问题,解决了风电场在夜间特别是冬季大规模弃风的问题,解决了大比例风电上网对电网安全稳定的影响,同时也增强了电网调峰填谷、调频调相和事故备用的能力。因此,建设抽水蓄能电站是提高内蒙古电网风电接纳能力,保证大规模风电接入后电网安全稳定运行的重要措施。 　　对内蒙古电网而言,由于火电机组的调节能力受限,而且火电机组调节速度不能满足风电短时变化率的响应要求,因此,抽水蓄能电站是最高效、最灵活、最清洁、最经济适用的调峰调频电源。 　　 　　抽水蓄能电站的投资和经营模式探讨 　　 　　如果考虑抽水蓄能电站与风电配合运行,为风电企业服务,按照“谁受益,谁投资”的原则,电站主要由风电企业投资建设。但抽水蓄能电站运行离不开电网,《国家发展改革委关于抽水蓄能电站建设管理有关问题的通知》(发改能源[2004]71号)要求,抽水蓄能电站主要服务于电网,为了充分发挥其作用和效益,抽水蓄能电站原则上由电网经营企业建设和管理,具体规模、投资与建设条件由国务院投资主管部门严格审批,其建设和运行成本纳入电网运行费用统一核定。因此,在风电迅速发展的内蒙古地区,由风电企业与电网企业共同投资建设抽水蓄能电站是一种多方受益、互惠共赢的投资模式。2009年,由中国长江三峡集团公司、内蒙古电力集团公司和14家风电企业共同出资建设呼和浩特抽水蓄能电站,为抽水蓄能电站建设开辟了新的投资模式,必将推动抽水蓄能和风电的共同发展,在风电快速发展但电网调峰调频能力较差的地区有着极高的推广价值。 　　按照国家有关政策,多家投资建设的电站可采用租赁经营模式。以呼和浩特抽水蓄能电站为例,建成后可由内蒙古电力公司租赁经营。电站运行方式主要为对投资者的风电机组进行调节,在风能富余盹安排蓄能机组抽水,在风能不足时,安排蓄能机组发电,保证投资者的风电机组运行小时显著增加,同时还可以充分发挥蓄能机组调峰填谷、调频调相和事故备用功能。经测算,120万千瓦蓄能机组最大可使400万千瓦风电机组年运行小时数增加650小时,增加发电量26亿kW?h。 　　投资者收益由两部分组成。一部分是电站的直接收益,在国家核准电站电价或租赁费时予以考虑,直接收益可按资本金投资回报率10%计算,各投资方根据出资比例分享收益。另一部分是蓄能电站投入运行后对风电进行调节,由此给风电企业带来的间接收益。蓄能电站每年抽水利用富余风电电量最多为26亿kW?h,这部分将是风电企业增加的发电量。按现行风电平均电价为0.51元/kW?h计算,风电企业最多可增加收入13.52亿元;即使按50%的电能为吸收的风电量计算,也可为风电企业增加收入6.76亿元,基本满足了电站还本付息的收入水平。因此,在内蒙古电网的实际环境下,进行风电和抽水蓄能电站的联合开发具有现实的经济意义。 　　为了满足可再生能源等清洁能源的快速增长及电力系统安全稳定经济运行需要,到2020年全国需要建成万千瓦以上的抽水蓄能装机容量。内蒙古地区风能储量居全国首位,近年来风电发展十分迅速,但风电的弃风问题亦愈加严重,已经成为制约风电开发主要问题。内蒙古电网调峰、调压设备不足、手段单一,加之大量供热机组冬季必须满发运行,经测算2010年内蒙古电网接纳风电能力不到200万千瓦,无法保证大规模风电并网后的安全运行,近年冬季内蒙古电网已多次出现为保电网安全、保供热而限制风电厂出力的情况,而加快抽水蓄能电站建设是解决这一问题的有效途径。 　　 　　链接 　　世界最大抽水蓄能电站落户江西 　　 　　江西第一座抽水蓄能电站――洪屏抽水蓄能电站于日在江西靖安县开工建设。洪屏抽水蓄能电站选址在靖安县。电站利用天然高山盆地三爪仑洪屏修建上水库,盆地四周环山,地势开阔平坦,是个天然的“盆库”,集水面积达6.7万平方公里,相当于1.5个西湖。 　　据了解,洪屏抽水蓄能电站项目是江西省“十一五”规划的重点建设项目,规划装机总容量240万千瓦,建成后将成为世界最大抽水蓄能电站。
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北京电网燃气-蒸汽联合循环机组调峰运行特性.pdf6页
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北京电网燃气-蒸汽联合循环机组调峰运行特性.pdf
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6O 华北电力技 术 NORTHCHINAELECTRICPOWER 北京电网燃气．蒸汽联合循环机组 调峰运行特性 赵 杨 ，沙立成 ，雷一鸣，刘 辉 北京电力调度控制 中心，北京 100031 摘 要 ：针对北京 电网峰谷差 日益增大的现状 ，分析 了北京 电网的燃气一蒸汽联合循环机组的调峰特性 ，研 究 了机组实际启动时间，机组最大 、最小技术出力及 出力调节速率的主要 问题及影 响因素，总结 了北京 电网燃 气 ?蒸汽联合循环机组调峰 的独有特 点，指 出了调峰能力未来研 究中的几个问题 。 关键词 ：燃 气 ?蒸汽 ；联合循环机组 ；调峰 ；北 京电网 中图分类号 ：TM715
文献标识码 ：B DOI：10．16308／j．cnki．issnl003―．02．013 AnalysisonPeakLoadRegulationCharacteristicsofthe Gas-steam CombinedCycleUnitsinBeijingGrid ZhaoYang，ShaLicheng，LeiYiming，LiuHui BeijingElectricPowerDispatchandControlCenter，Beijing100031，China Abstract：Inviewoftheincreasingtendencyofpeak―valleydifferenceinBeijingGrid，thepeakloadregulationchar―
acteristicsofthegas―steamcombinedcycleunitsinBeijingGridwereanalyzed．Thepaperdiscussedthemainfactors
oftheactualstart-uptime，maximum and minimum load，load changerateoftheunits，summarized the uniquelea―
turesofthepeakregulationinBeijingandpointedoutthefutureresearchdirectionsinstudyingthepeakloadregula―
tion capacity．
Keywords：gas―steam，combinedcycleunits，peakloadregulation，BeijingGrid 排放小 、占地面积小 、启动速度快 、调峰性能好 、
0 引言 节水等优点…。随着环保压力的逐年增大，北京 随着 国民经济 的高速发展和人 民生活水平 电网燃煤发电机组逐步退 出，燃气发电机组 占总
的不断提高 ，北京 电网负荷水平增长迅速 ，以居 发电容量的比例越来越大 ，大量燃气机组 的接人
民、商业负荷为主的地 区用电
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