張宇1，劉衛(wèi)平1，鄂志君2，王偉臣2，徐元孚2，沙威1，甘智勇1，張利1王建1

（1．天津市電力公司電力科學(xué)研究院天津市 300384；2．天津市電力公司調(diào)度控制中心天津市 300010）

供熱機組發(fā)電調(diào)度的研究及應(yīng)用

張宇1，劉衛(wèi)平1，鄂志君2，王偉臣2，徐元孚2，沙威1，甘智勇1，張利1王建1

（1．天津市電力公司電力科學(xué)研究院天津市 300384；2．天津市電力公司調(diào)度控制中心天津市 300010）

天津市電力公司建立“天津電網(wǎng)供熱機組調(diào)峰能力在線監(jiān)測與輔助決策系統(tǒng)”。本文結(jié)合該系統(tǒng)的研究建設(shè)，分別對系統(tǒng)建設(shè)、數(shù)據(jù)實時監(jiān)測、電負荷調(diào)峰區(qū)間實時計算、次日電負荷可調(diào)區(qū)間計算等核心內(nèi)容進行論述，并對系統(tǒng)在首個采暖投運期的應(yīng)用情況進行分析。

供熱機組；節(jié)能發(fā)電調(diào)度；以熱定電；節(jié)能減排；調(diào)峰能力；次日負荷區(qū)間預(yù)測

1 引言

天津市電力公司于2009年10月負責(zé)獨立調(diào)度天津電網(wǎng)220 kV電廠以及對外聯(lián)絡(luò)線調(diào)度，按照《國務(wù)院辦公廳關(guān)于轉(zhuǎn)發(fā)發(fā)展改革委等部門節(jié)能發(fā)電調(diào)度辦法（試行）的通知》（國辦發(fā)[2007]53號）的要求，切實落實供熱機組“以熱定電”政策，對供熱機組必須安裝并實時運行熱負荷實時監(jiān)測裝置，并與電力調(diào)度機構(gòu)聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)實時動態(tài)監(jiān)管。

到2010年天津電網(wǎng)4大主力調(diào)峰電廠，合計14臺主力調(diào)峰機組，均為供熱機組，總共裝機容量4000MW，占天津電網(wǎng)總裝機容量的58%。正在籌建的新增機組也全部為供熱機組，供熱機組容量比重在不斷地增加。在冬季供熱期間以熱定電的情況下，調(diào)峰能力就隨之下降。因此，對于供熱機組調(diào)峰能力的研究更加重要，建立“天津電網(wǎng)供熱機組調(diào)峰能力在線監(jiān)測與輔助決策系統(tǒng)”，為進一步掌握和挖掘冬季供熱期供熱機組調(diào)峰能力，切實落實供熱機組“以熱定電”政策，同時為我國在部分網(wǎng)省公司實現(xiàn)“節(jié)能發(fā)電調(diào)度”奠定基礎(chǔ)有著重要意義。通過調(diào)度綜合業(yè)務(wù)信息網(wǎng)將電廠數(shù)據(jù)傳回到天津市電力公司內(nèi)網(wǎng)，在電力公司ATM網(wǎng)內(nèi)設(shè)置通訊服務(wù)器用來接收數(shù)據(jù)存至數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，通訊服務(wù)器前置硬件防火墻，計算服務(wù)器通過模型計算后，通過Web發(fā)布服務(wù)器將關(guān)鍵參數(shù)進行內(nèi)網(wǎng)發(fā)布。

系統(tǒng)通過實時監(jiān)測、調(diào)度支持、熱數(shù)據(jù)監(jiān)測、統(tǒng)計報表、公告信息、系統(tǒng)管理等6個主模塊，分別提供供熱機組實時數(shù)據(jù)、電負荷調(diào)整區(qū)間、次日負荷預(yù)測區(qū)間、供熱指標(biāo)計算、統(tǒng)計報表等主要信息。

圖1 系統(tǒng)總監(jiān)控界面

2 系統(tǒng)建設(shè)方案

“天津電網(wǎng)供熱機組調(diào)峰能力在線監(jiān)測與輔助決策系統(tǒng)”是一套基于Web結(jié)構(gòu)、實時通訊的在線監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)

圖2 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

3 調(diào)峰能力在線計算

對于供熱機組的發(fā)電調(diào)度，供熱機組調(diào)峰能力在線計算是其核心部分，包括供熱機組數(shù)據(jù)實時監(jiān)測和電負荷調(diào)峰區(qū)間實時監(jiān)測兩部分主要內(nèi)容。

3.1 供熱數(shù)據(jù)實時監(jiān)測

供熱數(shù)據(jù)實時傳輸是實現(xiàn)供熱數(shù)據(jù)實時監(jiān)測以及實現(xiàn)供熱機組發(fā)電調(diào)度的基礎(chǔ)?？紤]到節(jié)能、安全、可靠的建設(shè)原則，系統(tǒng)利用數(shù)據(jù)專網(wǎng)進行集中式數(shù)據(jù)傳輸管理。通過調(diào)度綜合業(yè)務(wù)信息網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳回到公司內(nèi)網(wǎng)，最終通過Web發(fā)布服務(wù)器將重點參數(shù)進行內(nèi)網(wǎng)發(fā)布。

系統(tǒng)對所有供熱數(shù)據(jù)進行區(qū)分，通過實時供熱工況圖、實時數(shù)據(jù)列表、統(tǒng)計報表等不同方式進行界面展示。其中實時供熱工況圖做為系統(tǒng)展示中心內(nèi)容，分別對不同機組進行主要供熱生產(chǎn)流程展示，提出影響機組出力和安全的關(guān)鍵參數(shù)的可調(diào)整控制范圍，并加入機組最小進汽量限制線和機組最低負荷限制線。

圖3 系統(tǒng)工況信息圖界面

3.2 電負荷調(diào)峰區(qū)間實時監(jiān)測

供熱機組發(fā)電調(diào)度中電負荷調(diào)峰區(qū)間實時監(jiān)測以及熱電比、節(jié)能比等主要監(jiān)測數(shù)據(jù)取自供熱機組熱力曲線數(shù)學(xué)模型的計算結(jié)果，系統(tǒng)計算服務(wù)器通過集中式數(shù)據(jù)傳輸管理接收來自不同電廠的供熱實時數(shù)據(jù)，按照數(shù)學(xué)模型進行計算，并將計算經(jīng)過通過不同模塊進行展示。

雖然不同類型的供熱機組熱電制約關(guān)系差別較大，但是基于機組生產(chǎn)流程和熱電關(guān)系的共性，并且天津電網(wǎng)14臺主力調(diào)峰供熱機組中，10臺為300MW等級亞臨界機組，其余4臺為200MW改造機組，為構(gòu)建通用數(shù)學(xué)模型帶來了便利條件。同時為了保證數(shù)學(xué)模型的科學(xué)性，項目組對不同機組進行了供熱機組調(diào)峰能力試驗，通過試驗真實數(shù)據(jù)對理論數(shù)學(xué)模型的等效熱降值進行系數(shù)修正，得出不同機組真實準(zhǔn)確的熱力曲線數(shù)學(xué)模型。

熱力曲線數(shù)學(xué)模型是利用等效熱降法，通過改變新蒸汽的參數(shù)，來確定機組的供電負荷。由方程式可以看出，供熱機組在冬季供熱工況，確保供熱負荷的條件下，即保證采暖抽汽流量GCN一定，通過改變主蒸汽流量G0，即可獲得機組可調(diào)負荷區(qū)間。

式中：N—機組發(fā)電功率，kW；

G0—機組主蒸汽流量，kg/h；

H0—機組純凝工況下，1kg新蒸汽的實際做功，即等效熱降，kJ/kg；

GCN—機組采暖抽汽流量，kg/h；

HCN—機組采暖工況下，1kg采暖抽汽的實際做功，即等效熱降，kJ/kg。

圖4 實時供熱曲線界面

4 次日電負荷可調(diào)區(qū)間計算

機組次日發(fā)電計劃做為電網(wǎng)調(diào)度一項主要工作，冬季采暖期為調(diào)度計劃部門提供準(zhǔn)確的供熱機組次日電負荷可調(diào)區(qū)間預(yù)測也是本系統(tǒng)的另外一項重要功能。系統(tǒng)能夠根據(jù)電廠客戶端提供的24點供熱曲線以及天氣預(yù)報計算出次日機組96點熱負荷曲線，從而納入供熱機組次日計劃安排，提高調(diào)度部門對供熱機組次日處理計劃安排的科學(xué)性。

圖5 出力計劃界面

在采暖供熱期間，采暖抽汽流量隨熱網(wǎng)用戶需熱量的變化而改變，而熱網(wǎng)用戶的吸熱量又與熱網(wǎng)循環(huán)水供水溫度和室外環(huán)境溫度直接相關(guān)，因此我們可以建立熱網(wǎng)循環(huán)水供水溫度以及室外環(huán)境溫度與采暖抽汽流量之間的數(shù)學(xué)模型，在確定了次日的室外環(huán)境溫度曲線與熱網(wǎng)循環(huán)水供水溫度曲線的情況下，即可估算出次日的采暖抽汽流量曲線，然后根據(jù)供熱機組熱力曲線調(diào)峰能力數(shù)學(xué)模型計算得到第二天各個時段的采暖供熱機組負荷區(qū)間。

式中：—單位面積供暖熱負荷，kW/(m2·℃)；

S—采暖供熱面積，m2；

—采暖抽汽焓值，kJ/kg；

—熱網(wǎng)加熱器疏水焓值，kJ/kg；

—熱網(wǎng)加熱器效率，一般取0.99。

5 應(yīng)用效果

“天津電網(wǎng)供熱機組調(diào)峰能力在線監(jiān)測與輔助決策系統(tǒng)”于2010年10月15日正式運行。以系統(tǒng)正式運行的首個采暖期（2010-2011年）為例，對系統(tǒng)的應(yīng)用效果進行分析。

5.1 調(diào)峰能力數(shù)字化，提高電網(wǎng)穩(wěn)定運行，確保網(wǎng)間能源資源優(yōu)化配置

通過系統(tǒng)的建設(shè)科學(xué)準(zhǔn)確的確定了供熱機組在2010年-2011年供暖期內(nèi)平均電負荷可調(diào)峰總量為-443MW～+279MW，確定了在以熱定電前提下供熱機組準(zhǔn)確、詳實的調(diào)峰區(qū)間，實現(xiàn)了供熱機組供熱期調(diào)峰能力的數(shù)字化，從而進一步保證天津電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行；同時加深了天津電網(wǎng)調(diào)峰能力，確保天津電網(wǎng)與華北電網(wǎng)間的能源資源優(yōu)化配置，加大了冬季采暖期吸納高效機組和風(fēng)電等清潔能源的容量空間，為構(gòu)筑穩(wěn)定、經(jīng)濟、清潔、安全的能源供應(yīng)體系提供技術(shù)支持。

5.2 節(jié)能減排，充分發(fā)揮高效、清潔機組能源利用率

通過系統(tǒng)的實施，2010-2011年供熱期相比2009-2010年供熱期，共壓縮電量9.3586億kw.h。這部分電量完全從外網(wǎng)購買，則在整個2010-2011年度供暖期內(nèi)天津地區(qū)可減少CO2排放82.9萬噸，粉塵排放量減少470.6噸；這部分壓縮電量全部交由高效純凝機組發(fā)電，則可節(jié)約標(biāo)煤16845噸，即可為國家節(jié)約資金1347.6萬元。即充分發(fā)揮高效機組和清潔能源的能源利用率，同時降低整體電網(wǎng)能耗水平，減少天津地區(qū)污染物排放，達到節(jié)能降耗的目的。

5.3 有效控制聯(lián)絡(luò)線，達到考核指標(biāo)

通過系統(tǒng)的實施，2010年-2011年供熱期聯(lián)絡(luò)線考核A1點數(shù)為9、A2點數(shù)為56，無考核電量，相比2009年-2010年供熱期給公司帶來直接經(jīng)濟效益45.46萬元。

6 結(jié)論

通過對熱電數(shù)據(jù)實時傳輸及監(jiān)測、數(shù)據(jù)實時工況圖、電負荷調(diào)峰區(qū)間實時計算、次日電負荷可調(diào)區(qū)間計算等重要問題的研究，并成功應(yīng)用于“天津電網(wǎng)供熱機組調(diào)峰能力在線監(jiān)測與輔助決策系統(tǒng)”，為進一步掌握和挖掘冬季供熱期供熱機組調(diào)峰能力，切實落實供熱機組“以熱定電”政策，節(jié)約能源，減少環(huán)境污染，促進能源和電力結(jié)構(gòu)調(diào)整，充分發(fā)揮電網(wǎng)調(diào)度在能源結(jié)構(gòu)調(diào)整中的調(diào)度平臺作用，確保電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定高效運行實現(xiàn)電力工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展,同時為我國在部分網(wǎng)省公司實現(xiàn)“節(jié)能發(fā)電調(diào)度”奠定基礎(chǔ)有著重要意義。

【1】發(fā)電企業(yè)節(jié)能降耗技術(shù)，中國電力出版社，2010

【2】“天津電網(wǎng)供熱機組調(diào)峰能力在線監(jiān)測與輔助決策系統(tǒng)”工作報告、技術(shù)報告，天津市電力公司，2011

【3】天津地區(qū)主要供熱機組供熱調(diào)峰能力試驗報告QC20110038，天津市電力科學(xué)研究院，2011