太阳能辅助热电联产机组供热、发电及调峰性能分析

针对新能源存在不稳定性导致电网调峰问题日益严重的现状,结合较为成熟的光煤互补发电技术及多热源联合供热调峰系统,设计光煤混合供热发电系统,使热电联产机组具有一定的调峰能力。以某300 MW热电联产机组为研究对象,利用Ebsilon Professional软件搭建发电、供热可灵活调节的太阳能辅助热电联产系统,基于供热机组实际双机运行工况,在保证供热负荷前提下,分析太阳能辅助双机热电联产机组耦合方式,比较耦合前后双机调峰性能。结果表明:凝汽器出口与太阳能集热系统换热器间的管道上设置动态节流阀,改变太阳能集热系统辅助供热机组的运行模式,能够实现发电、供热、调峰一体系统的灵活运行;其中,以太阳能集热系统仅用于补充供暖的运行方式调峰能力最强,太阳能辅助单机供热前后调峰容量比值为0.76,太阳能辅助双机供热前后调峰容量比值为0.55,太阳能辅助承担最大供热负荷的1号机组在调峰容量及调峰补偿上效果最佳。

计及深度调峰的风-光-水-火-抽蓄多能源联网系统优化调度研究

多种能源联网运行逐步成为未来电力系统发展的方向,多能源联网系统的优化调度是应对规模化新能源并网消纳的重要手段。文中建立了计及火电机组深度调峰成本的风-光-水-火-抽蓄联网系统成本模型和考虑调峰主动性的风-光-水-火-抽蓄联网系统日前优化调度模型。针对多能源耦合系统结构复杂的情况,提出了分层优化调度的模型求解策略。上层模型以净负荷波动最小为优化目标,得到等效负荷曲线;下层模型根据上层模型的调度结果,以调峰运行的经济性最优和新能源弃电率最低为目标函数,计及调峰主动性,求解考虑火电机组深度调峰煤耗特性的含新能源系统的经济调度问题。仿真算例表明所建模型实现了多能源联网系统的互补运行,提升了火电机组的深度调峰能力,降低新能源弃电率和系统运行成本。

基于SOEC-OEC双工艺耦合的火电机组全容量长寿命调峰技术研究

现有火电灵活性改造方案难以消除频繁快速变负荷所带来的热力系统寿命折损与机组安全运行风险,为保障火电机组参与电网调峰的安全性、经济性与健康性,提出并构建了基于固体氧化物电解槽(SOEC)制氢技术与燃烧器局部富氧燃烧(OEC)技术相耦合的火电机组全容量长寿命调峰技术方案。以某超超临界1 000 MW二次再热机组为计算示例,对SOEC-OEC系统参与70%~100%的电网深度调峰进行了能效计算,并与常规碱性水电解制氢(ALK)系统进行了比较。计算结果表明,SOEC-OEC技术方案中抽汽电解制氢系统的能效高达49.86%,相比ALK系统提高约26.40%;富氧助燃系统最大可减少锅炉排烟量达23.7%,降低机组供电煤耗2.83 g/(kW·h),减少碳排放约2.82 t/h。此外,SOEC-OEC系统还可为机组带来超额的调峰补贴收益、氢气售卖收益、富氧节煤降碳收益以及设备延寿延保收益等,充分保障了火电调峰过程的经济高效、安全环保。

火电耦合压缩空气储能技术研究进展及展望

火电耦合压缩空气储能技术作为一种提升传统火电机组灵活性和经济性的有效手段,近年来受到了广泛关注。该文从分析火电耦合压缩空气储能技术在提升电网调峰能力、促进可再生能源整合等方面的重要意义出发。首先,介绍典型耦合系统的结构组成与工作原理;然后,探讨耦合系统中关键设备的技术现状和面临的挑战;之后,梳理火-储耦合系统的集成方案设计、调峰运行优化以及经济性评估的研究现状;最后,针对当前技术难点,展望未来火电耦合压缩空气储能技术的研究方向与重点。该文旨在为今后相关领域研究提供参考与借鉴,推动其持续发展和创新。

计及需求响应的光热电站参与深度调峰的分层优化调度策略

从源、荷两侧挖掘系统调峰潜力,建立计及需求响应的光热电站参与深度调峰的分层优化调度模型。上层从负荷侧出发,提出一种基于负荷分类的价格需求响应模型,可有效缓解系统调峰压力;中层从电源侧出发,利用光热电站灵活的调节特性在深度调峰时段协调火电机组参与辅助调峰,构建以运行总成本最小为目标函数的日前调度模型;下层提出一种基于模型预测控制的日内动态调整模型,在滚动优化的同时,通过状态反馈环节实时调整光热电站储热装置充放热修正日前调度计划。仿真结果表明,所提调度策略在降低系统调峰成本的同时能有效抑制风光以及负荷的短时功率波动,在保证系统安全稳定运行的前提下提升风光消纳率。

风-火-储耦合系统储能容量配置优化对比

为提升风电富集区域风电消纳水平及燃煤机组的灵活性,提出了基于热电共蓄式压缩空气储能的风-火-储耦合系统及系统调度策略,建立了系统的容量配置优化框架,并对7种布局方案进行了多目标优化。优化结果表明:电锅炉将弃风电量转化为热量时,燃煤机组的运行点向电力负荷下限更低的区域移动,风电上网空间增大,燃煤机组出力水平降低;加入热电共蓄式压缩空气储能子系统,使得燃煤机组电功率水平降低;换热器废热的回收进一步降低了燃煤机组产热水平;通过调整燃煤机组热出力,抽汽蓄热子系统能够实现抽汽热的时空平移,促使燃煤机组运行点向电力负荷下限更低的区域移动,可间接促进风电的消纳。综合来看,3种子系统相组合的最佳耦合方案可实现燃煤机组的热电解耦,从而提升了其深度调峰能力,在更大程度消纳风电能力的同时提升了系统的效率和环保性。

330 MW循环流化床锅炉深度调峰技术

为推进“双碳”政策的实施,消纳波动性较强的新能源并网发电,当前对火电机组的深度调峰要求越来越高。循环流化床(circulating fluidized bed,CFB)锅炉机组在深度调峰低负荷运行工况有着先天优势,但实现20%以下的超低负荷运行依然面临众多的困难,如炉内流化的稳定性、氮氧化物的排放及炉内局部超温带来的安全性等问题。以某330 MW CFB锅炉的深度调峰技术应用为例,介绍了输煤筛分破碎系统、风帽节流圈、下二次风管等机组部件的改造,并配合烟气再循环等技术应用,成功实现了18%的超低负荷深度调峰运行,同时也很好地控制了NOx的排放。最后总结了CFB机组超低负荷深度调峰技术的关键点和难点,对深度调峰运行带来的潜在问题进行了分析,并提出了相应的解决措施。研究结果具有重要的工程借鉴作用。

超临界循环流化床锅炉水冷壁吸热偏差计算及深度调峰水动力特性

超临界循环流化床锅炉在深度调峰过程中受热负荷及质量流速变化的影响容易出现管壁拉裂、超温爆管等安全问题,故有必要对锅炉深度调峰负荷时热偏差系数、水动力特性进行计算研究。该文根据超临界循环流化床锅炉水冷壁及水冷屏结构,建立水动力计算数学模型并运用实炉测量数据计算实炉热偏差系数,对310及110MW负荷实炉热偏差系数进行计算,并采用110MW负荷实炉热偏差系数对120及70MW(深度调峰负荷)的水动力进行计算,将120MW负荷时的出口汽温计算结果与实炉测量数据进行对比验证,对70MW深度调峰负荷水动力计算结果进行分析。结果表明:循环流化床锅炉高低负荷时热偏差系数分布规律不同,在相近负荷时炉膛热偏差系数呈现出一致性,并且锅炉在70MW深度调峰负荷时,锅炉能安全稳定运行。深度调峰负荷时循环流化床锅炉吸热偏差系数及水动力特性的计算研究,为现有火电机组进行灵活性深度调峰优化改造提供一定的理论基础。

煤电机组耦合储热系统的灵活性调峰特性研究及其性能评价

“双碳目标”背景下,煤电机组将长期作为主力调峰电源,保障电网安全稳定。储热是提升煤电机组灵活性的重要手段,但煤电耦合储热系统的运行特性尚不明确,不同储热技术与煤电机组耦合适应性亟待研究。为此,该文构建600 MW煤电-90 MW显热/潜热/热化学储热3种耦合系统,详细考察系统储/释热过程调峰能力及热力学性能,并基于优劣解距离法(technique for order preference by similarity to an ideal solution,TOPSIS)综合评价,明确最优耦合方案。研究发现,储热过程,Ca(OH)_(2)/CaO热化学储热的调峰容量、调峰深度及?效率均优于热水及熔融盐储热,而释热过程熔融盐储热性能最优;通过TOPSIS综合评价法确定热储热方案均为抽取主蒸汽作为热源,最佳释热方案均为以#2高加进水为冷源,同时确定煤电耦合熔融盐储热为最佳系统耦合方案。相关研究结论可为构建煤电耦合储热调峰系统提供一定的理论和数据支撑。

新型等离子体点火技术在火电灵活性中的应用分析

近年来在国家政策的主导下,风电等新能源得到了快速发展,新能源的消纳问题也随之凸显出来,灵活性调峰是解决这一问题的有效措施。等离子体点火技术是一项卓有成效的低负荷稳燃措施,可满足深度调峰需求,有效提高火电机组对新能源发电的消纳能力。针对传统等离子体技术在火电灵活性应用中存在的问题,提出一种新型等离子体点火技术。该技术可使发生器阴极寿命提升至500 h以上,阳极寿命提升至1000 h以上;提高了煤质适应性,可适用于大部分燃用烟煤的电厂;而且点火过程中对燃烧器内燃强度有较好的控制,不易发生超温结焦现象。

计及电解铝高耗能负荷调控和火电深调的高比例风电系统分层优化策略

对于高比例风电系统,风电出力典型的随机波动性和反调峰特性极大增加了其调峰负担,火电机组深度调峰虽已常态化,但系统调峰资源仍显不足,弃风问题有待解决。提出利用电解铝高耗能负荷(electrolytic aluminum energy-intensive load,EAL)作为新的调峰资源参与电网调度。首先,根据电解铝高耗能负荷的真实生产调节特性,耦合电流、温度及产量等多种因素,建立电解铝负荷参与电网调峰的精细化调节模型;然后,结合火电机组深度调峰模型,以系统弃风量最小和运行成本最小为目标,建立电解铝负荷和火电深调联合调峰的分层优化模型;最后以某实际区域系统为例,采用商业优化软件GUROBI进行求解分析,验证了所提方案可大幅减少系统弃风量,改善系统调峰运行经济性,并优化了火电机组深度调峰结构和发电经济性。

火-储耦合系统深度调峰综合经济性分析

火电机组耦合储热技术,可提高机组的热电解耦能力,减少深度调峰对系统安全性和经济性的影响。本工作提出了火电机组与填充床储热的耦合系统,在考虑了机组变工况、填充床储/释热过程动态时间序列基础上,通过EBSILON建立了耦合系统变工况仿真模型;分析深度调峰对耦合系统热力性和碳排放量的影响,通过汽水分离器筒体应力变化分析深调对锅炉寿命损耗的影响,通过转子寿命损耗率曲线分析深调对汽轮机寿命的影响,最终建立耦合系统调度运行经济性模型,开展综合经济性分析。结果表明:火-储耦合系统比自身变工况减小碳排放量7418 t/a(仅配置风电)~9216 t/a(仅配置光伏);深度调峰对锅炉寿命损耗的影响大于汽轮机,火-储耦合系统可提高系统运行寿命,深度调峰318次/年,相比于机组自身变工况(30%~20%额定负荷)可提高13.3%~15.3%;火-储耦合系统深度调峰收益高于火电机组自身变工况,当填充床释热量用于发电或供热时,耦合系统比自身变工况收益分别增加40万元/年、72万元/年。

考虑CCER收益共享激励火电机组深度调峰的电力系统低碳调度

在新能源大量接入电力系统的背景下,火电机组深度调峰可提高系统灵活性,但会导致火电机组运行成本增加,降低其积极性。基于现有的碳市场相关政策,引入动态收益共享因子,将新能源机组通过绿电上网而获得的国家核证自愿减排量(CCER)收益与火电机组共享以补偿火电机组深度调峰成本,并利用与预期风光出力关联的新能源机组满意度来表征它们在进行共享时的意愿变化情况,从而将CCER收益共享激励火电机组深度调峰融入电力系统调度模型。采用场景法表征风光出力的不确定性,并以系统运行成本最低、碳排放最低为多目标,构建电力系统低碳调度模型。通过改进的IEEE30节点系统进行算例分析,结果表明所提方法能鼓励火电机组深度调峰,降低系统碳排放。

深度调峰工况下超临界机组的干湿态转换策略研究

为寻求深度调峰工况下合适的干湿态转换方式,在2台超临界机组上,采用2种不同的干湿态转换策略,对协调控制方式下的干湿态转换及其对系统稳定性的影响进行了研究。结果表明:2种策略均能够实现协调方式下的干湿态转换,可以通过转态进行进一步的深调工作;通过煤、水协同控制或给水流量控制均可实现干湿态转换,但水煤比变化情况不同;干转湿过程中,受到2种策略的影响,系统稳定性(主汽温度、主汽压力)区别明显;在湿转干过程中,2种策略下的系统都表现出良好的稳定性。

600 MW亚临界机组长时间深度调峰燃烧稳定性研究

火电机组深度调峰是新能源消纳和用能结构优化的重要技术手段。以某600 MW亚临界燃煤机组为研究对象,分别进行15%和20%额定负荷长时间运行试验,通过参数分析研究了不同参数对火检波动的影响。进一步提出了基于滑动窗口内火检、汽包水位和炉膛负压的波动特性分析方法,实现了炉膛燃烧稳定性判断。试验结果表明,在等离子稳燃和燃煤热值20 kJ/g左右准格尔煤的前提下,2套磨煤机可保证15%~20%额定负荷的长期燃烧稳定性。此外,通过相关性分析得出煤量变化速率、煤量分布和一次风量是影响火检波动的主要因素。研究结果可为同类型机组长时间极限深度调峰提供参考。

670 MW燃煤机组耦合熔盐储能系统方案设计及性能分析

为应对新能源发电机组的反调峰特性对电网平稳运行带来的挑战,煤电机组急需提高灵活性运行和深度调峰能力。针对某670 MW一次再热机组,设计了利用蒸汽引射器调配再热器蒸汽入口流量等9种储-释能方案,基于Ebsilon软件建立热力仿真模型并对耦合系统的各项性能进行了分析。研究结果显示:所有方案均能有效拓宽机组的调峰区间;储热时相同调峰深度下抽汽储热方式的热经济性优于电加热储热,集成蒸汽引射器调配抽汽补偿再热入口流量的储热方案可以有效地解决大量抽取主蒸汽带来的再热器超温问题;释热时高温熔盐加热高压给水可以获得更好的热经济效益;储-释热组合方案C1-S2表现出最好的经济性能,其向上调峰深度达到76.89 MW,循环热效率和?效率分别达到42.48%、41.31%。

多类型小容量火电机组热电解耦潜力与经济性对比评估

【目的】新能源发电存在输出功率和发电负荷的大幅波动和不稳定性问题,对电力系统稳定运行造成一定挑战。小容量火电机组热电解耦后参与电力系统整体运行,可提高电网调度效率与系统安全性,为此,采取多种热电解耦技术对3台小容量火电机组进行改造,并对各种技术路线进行了比较研究。【方法】通过使用EBSILON Professional软件进行模拟实验,对各种热电解耦方案在调峰负荷方面的潜力进行了评估和对比分析,并对改造后的经济性进行分析。【结果】水冷背压式机组热电解耦潜力空间较大,较其他机组有着明显优势,热泵改造机组最大供热下日利润提高217.18万元。随着抽汽热负荷变化,水冷凝汽式机组热电解耦潜力变化整体趋势平缓,最易控制,热泵改造机组最大供热下日利润提高202.25万元。空冷凝汽式机组热泵改造最大供热下日利润提高26.13万元。【结论】经过热电解耦升级的火电机组,能够大幅增强其调峰效果,热泵改造能有效提高日利润,从而提升整个发电系统的稳定性和发电效率。

面向新型电力系统汽轮机高压转子蠕变/疲劳寿命损耗研究

针对火电机组深度调峰变工况过程中蒸汽温度大幅变化,引起机组部分结构热应力大幅增加,结构加速损坏,安全事故频发的问题,以300 MW汽轮机调节级转子为对象,利用Ansys软件对叶片热应力、气动力和离心力进行分析。首先对叶根部位开展结构优化,大幅消除常规计算普遍存在的不合理局部应力集中现象;然后研究揭示了火电机组深度调峰过程稳态和瞬态等不同情况下调节级温度场、应力场的分布规律及其对机组安全性能的影响特性。研究结果表明:稳态工况不同喷嘴组温差50℃时,最大等效应力升高约24%;瞬态工况升负荷速率5%THA/min比2%THA/min引起转子低周疲劳损伤提升约3倍;相较于稳态工况,每天增加一次速率2%THA/min从半负荷到满负荷的升负荷过程,综合损伤提升38%左右。

大型燃煤火力发电机组调峰优化控制技术

调峰优化控制可以使得电网的源荷供需处于平衡状态,对提高火力发电机组调峰的稳定性至关重要。为此,提出一种大型燃煤火力发电机组调峰优化控制技术。构建爬坡压力缓解的目标函数,通过对火电机组、失负荷、储能以及光伏发电进行约束,以缓解爬坡压力。构建火力发电机组调峰优化控制的目标函数,结合火力发电机组在运行功率、功率平衡、启停机时间等方面的约束,实现了大型燃煤火力发电机组的调峰优化控制。实验结果表明,文中技术能够缓解大型燃煤火力发电机组的爬坡压力,优化了响应速度。通过所提技术的调峰优化实现了火力发电稳定运行,顺利完成调峰任务。

燃煤机组深度调峰技术与风力发电消纳模式优化研究

在全球化能源结构转型背景下,“碳中和”“碳达峰”双目标对燃煤行业发展具有一定驱动作用,目前可再生能源与有效消纳已经成为燃煤机组优化的关键部分。深度调峰技术能够有效保障电网运行稳定性,提高设备运行质量,降低环境污染。基于此,研究构建燃煤机组深度调峰模型,并分析影响机组运行的主要因素,即低负荷燃烧与蒸汽参数波动。在此基础上引入分级燃烧模式,并根据CFD理论优化现有燃烧器,在辅助加热系统中增加电加热器,有效解决当前存在的问题,为构建安全、低碳的能源体系提供有力参考。