考虑燃气–蒸汽联合循环机组的机组组合建模综述

在“碳达峰、碳中和”背景下,燃气–蒸汽联合循环机组(combined-cycle gas turbine,CCGT)因其快速启动及深度调峰等优良特性,可为消纳大规模可再生能源提供灵活性资源,得到了广泛关注。首先,该文针对现有关于CCGT的6种建模方式,讨论其建模的精确性、计算效率以及解的可行性。其次,总结其中4种考虑机组内部轮机实际物理特性的模型,并比较他们的特点及适用范围。最后,考虑将蒸汽配合特性引入模型以及精细化启停过程、变量类型、收紧约束、结构变化对模型求解的影响。研究结果能够为推动适用于大规模机组组合的CCGT建模研究和应用提供一定参考。

燃气–蒸汽联合循环热电联产机组多种运行方式负荷特性研究

以9FB型联合循环机组为案例,进行各主要部件数学建模,获得联合循环机组整体计算模型。针对抽凝、背压供热模式及一拖一、二拖一驱动方式,进行变工况热力性能分析,得到联合循环供热机组多种运行方式电、热负荷特性;优化机组不同供热期运行方式,获得电负荷可调节范围,并深入研究机组参与调峰的热经济性。研究表明:供热初末期热负荷较低时,机组宜通过一拖一背压模式与二拖一抽凝模式配合运行,调峰容量比为52.6%~53.4%;供热负荷较大时宜采用二拖一背压模式与二拖一抽凝模式配合,调峰容量比为44.5%~55.4%;严寒期为保障供热需求,调峰容量比降至27.4%~33.5%。优化后整个供热季联合循环供热机组灵活性显著提高,可为可再生能源电提供11.76亿kW·h上网空间。

燃气–蒸汽联合循环抽凝式热电联供机组调峰经济性分析

高比例可再生能源电力系统中燃气–蒸汽联合循环发电及其热电联供机组面临深度调峰。针对以重型燃气轮机为基础构成的热电联供系统,采用压气机与透平逐级叠加法及模块化的余热锅炉变工况特性分析等方法构建燃气-蒸汽联合循环发电机组的全工况分析模型;以某390MW等级抽凝式热电联供机组为例,获得其电力调峰深度及全工况燃料成本产值率。结果表明:在设计热电比为0.4时,电力调峰深度为31.23%。在电价与燃料价格之比为2.806、热价与燃料价格之比为1.215的情形,当设计热电比为0.2时,机组燃料成本产值率几乎稳定在1.611,即电力调峰对此供热工况的经济性几乎没有影响;当设计热电比高于0.2时,机组参与电力调峰具有较强的经济性优势;若燃料成本产值率期望值取1.41,则机组约在60%负荷率以下纯凝工况运行将面临亏损。研究结果为燃气轮机发电项目的运营决策提供理论及实践参考。

中小型燃气–蒸汽联合循环系统的部分回热调控方法

现代中小型燃气轮机相对具有较高的透平排气温度,而与之相匹配的底循环通常为单压或双压蒸汽动力系统,难以实现透平排气的高效、灵活热功转换。为提升该类燃气-蒸汽联合循环供能系统高效灵活性,提出回热可调控的燃气轮机联合循环系统(recuperative control,GTCC-RC),在全工况范围调节顶、底循环功比。以50MW级燃气轮机为例,以常规燃气-蒸汽联合循环系统为基准,设计GTCC-RC系统,并从㶲损失和热效率的角度进行全工况性能分析,提出系统的全工况最佳调控策略。案例研究表明:GTCC-RC提升了燃气轮机㶲效率。随着回热比例增加,燃料输入量减少。回热调控提升了案例联合循环系统的热效率和灵活性。与没有回热的基准系统相比,GTCC-RC系统调峰深度增加6.51%,联合循环热效率相对提升达6.47%。

燃气–蒸汽联合循环机组在电网故障后恢复的应用

广东电网潮流特性复杂,重大停电检修密集交错,导致网架结构薄弱,系统运行风险加大。为了提高电网故障后的快速恢复能力,对广东电网内单轴式与双轴式燃气–蒸汽联合循环机组特性进行了分析,从而得到其正常运行、调峰与黑启动的经验总结。结合快速切负荷(fast cut back,FCB)技术原理和燃气–蒸汽联合循环机组运行特性进行了建模,提出了考虑负荷爬坡速率与快速恢复时间的优化模型。通过实例数据,验证了该模型的应用对电网故障后快速恢复的有效性、实用性。

结合燃气–蒸汽联合循环的液化天然气冷能发电利用

提出了结合燃气–蒸汽联合循环的利用液化天然气(liquefied natural gas,LNG)冷能的朗肯循环发电系统,实现LNG冷能梯级利用。朗肯循环蒸发器和燃气–蒸汽联合循环凝汽器换热量匹配一致,循环水系统实现闭式且不受环境温度影响。对系统进行模拟并分析了影响系统的主要参数,结果显示:随着朗肯循环冷凝温度的降低,朗肯循环净输出功率和净效率均有提升;随着循环水温度的提高,朗肯循环的净输出功率和净效率都将提高,而蒸汽轮机输出功率减少,但二者总的输出功率降低幅度不大。

焦炉煤气合成甲醇和发电系统的设计及性能分析

为合理利用焦炉煤气,设计了以焦炉煤气为原料的鲁奇气相法甲醇合成系统的工艺流程,基于Aspen Plus软件模拟得到了系统的关键参数;对燃用焦炉煤气的燃气-蒸汽联合循环的性能进行了计算,并与燃用天然气时的性能进行了比较;设计了利用焦炉煤气合成甲醇和发电的并联式多联产系统,并与单产系统的性能进行了比较.结果表明:采用炉前补碳工艺可提高甲醇合成产量,并降低能耗6%左右;由天然气改烧焦炉煤气后,联合循环的净功率下降了0.87%,热效率下降了0.91%;甲醇–发电并联式多联产系统的热效率比单产系统高约两个百分点,采用炉前补碳工艺的多联产系统热经济性最优.