【摘要】筆者對(duì)煤礦瓦斯發(fā)電的基本內(nèi)涵，以及現(xiàn)階段我國(guó)煤礦瓦斯發(fā)電廠的建設(shè)和應(yīng)用情況進(jìn)行了分析，以此為基礎(chǔ)深入分析了煤礦瓦斯發(fā)電的主要優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用價(jià)值，同時(shí)，根據(jù)我國(guó)電力系統(tǒng)建設(shè)和運(yùn)行的基本情況，探討了電網(wǎng)系統(tǒng)所受的煤礦瓦斯發(fā)電廠并網(wǎng)的影響，并分析了功率因數(shù)、運(yùn)行頻率、電壓波動(dòng)、供電電壓和系統(tǒng)網(wǎng)損等對(duì)電力系統(tǒng)的影響。

【關(guān)鍵詞】煤礦瓦斯發(fā)電廠；并網(wǎng)；電網(wǎng)

1、煤礦瓦斯發(fā)電

1.1 煤礦瓦斯發(fā)電的主要優(yōu)勢(shì)

第一，甲烷是煤礦瓦斯的基本成分，也是大氣中的主要溫室氣體構(gòu)成成分，其所產(chǎn)生的大氣臭氧破壞作用約為CO2的22倍左右，若充分開(kāi)發(fā)利用煤礦瓦斯，則能夠大大減少碳的排放量。

第二，在各類煤礦事故中，煤礦瓦斯所導(dǎo)致的事故發(fā)生率最高，我國(guó)約有70%至80%的煤礦礦難的發(fā)生原因都在于瓦斯突出或爆炸，抽取煤礦瓦斯能夠顯著降低煤礦安全事故的發(fā)生率，降低礦道內(nèi)瓦斯的含量。

第三，煤礦瓦斯的開(kāi)發(fā)利用具有較大的經(jīng)濟(jì)效益，隨著近年來(lái)國(guó)內(nèi)外煤炭、天然氣等傳統(tǒng)能源價(jià)格的逐步提高，相關(guān)領(lǐng)域?qū)τ诿旱V瓦斯開(kāi)發(fā)利用的價(jià)值也逐漸受到了人們的關(guān)注，且煤礦工程的開(kāi)采量也逐漸增加，工程施工成本有所降低。

1.2 煤礦瓦斯發(fā)電系統(tǒng)構(gòu)成

瓦斯發(fā)電指的是在開(kāi)采煤礦的過(guò)程中，通過(guò)燃燒瓦斯氣中所產(chǎn)生的熱能，獲得大量的電能，是一種能量轉(zhuǎn)化的過(guò)程。汽輪發(fā)電機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)和燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)是現(xiàn)階段煤礦瓦斯發(fā)電過(guò)程中最為常用的三種發(fā)電形式。余熱利用系統(tǒng)、并網(wǎng)供電系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)組、煤層氣輸送系統(tǒng)是煤礦瓦斯發(fā)電廠的主要構(gòu)成部分：第一，余熱利用系統(tǒng)。通過(guò)利用煤礦瓦斯發(fā)電過(guò)程中出現(xiàn)的熱量，能夠有效降低常規(guī)能源的消耗量，改善人民的生活和工作環(huán)境。第二，并網(wǎng)供電系統(tǒng)。利用變壓等設(shè)備將所發(fā)電能并入主電網(wǎng)。第三，發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)。利用瓦斯爆炸做功發(fā)電的機(jī)組和輔助設(shè)備。第四，煤層氣輸送系統(tǒng)。將瓦斯氣體利用管道由井下輸送至地面的發(fā)電設(shè)備。

2、煤礦瓦斯發(fā)電廠并網(wǎng)運(yùn)行

2.1 并網(wǎng)運(yùn)行的基本內(nèi)涵

并網(wǎng)運(yùn)行指的是在正常運(yùn)行的瓦斯發(fā)電機(jī)組工作狀態(tài)下，與常規(guī)配電網(wǎng)主回路中所產(chǎn)生的電氣連接，通常將連接點(diǎn)稱為“公共連接點(diǎn)”。 經(jīng)過(guò)逆變器連接、經(jīng)過(guò)變壓器連接、電纜直接連接等是電氣連接的常用方式。

2.2 并網(wǎng)方式

根據(jù)有無(wú)電網(wǎng)功率交換，通常可將煤礦瓦斯發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行劃分為并網(wǎng)不上網(wǎng)和普通并網(wǎng)兩類，其中，前一類指的是禁止外送瓦斯發(fā)電機(jī)組功率，也就是功率流向僅僅是由電網(wǎng)至瓦斯發(fā)電機(jī)組；后一類指的是向電網(wǎng)輸送瓦斯發(fā)電機(jī)組的剩余功率。

2.3 并網(wǎng)電壓

在煤礦瓦斯發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中，選擇并網(wǎng)電壓具有較為嚴(yán)格的規(guī)定，且直接受到發(fā)電機(jī)組容量的影響。通常情況下，瓦斯發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)配電系統(tǒng)為35kV以下等級(jí)的電壓，按照不同的煤礦瓦斯并網(wǎng)發(fā)電機(jī)組容量，應(yīng)對(duì)并網(wǎng)電壓進(jìn)行相應(yīng)的選擇，通常選擇原則為越大的容量，其并網(wǎng)電壓也應(yīng)越大。

3、煤礦瓦斯發(fā)電廠并網(wǎng)運(yùn)行對(duì)電網(wǎng)的影響

3.1 對(duì)功率因數(shù)的影響

電力系統(tǒng)中無(wú)功功率的充分支持是保持電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的基礎(chǔ)，一旦煤礦瓦斯發(fā)電廠機(jī)組發(fā)生停止運(yùn)行問(wèn)題，則配電網(wǎng)絡(luò)中會(huì)出現(xiàn)無(wú)功損失。為了確保煤礦瓦斯發(fā)電廠機(jī)組運(yùn)行停止后電壓系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，最大限度降低配電系統(tǒng)對(duì)煤礦瓦斯發(fā)電廠機(jī)組的無(wú)功依賴性，應(yīng)在高功率因數(shù)下使用煤礦瓦斯發(fā)電廠機(jī)組。

3.2 對(duì)運(yùn)行頻率范圍的影響

只有保證電力系統(tǒng)內(nèi)全部節(jié)點(diǎn)具有相同的頻率，整個(gè)系統(tǒng)才能夠保持穩(wěn)定安全地運(yùn)行。煤礦瓦斯發(fā)電廠機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中，應(yīng)保證電網(wǎng)頻率與機(jī)組的發(fā)電頻率相同。因?yàn)槊旱V瓦斯發(fā)電廠機(jī)組的容量偏小，因而其在系統(tǒng)中的比重也偏小，所以，啟、停煤礦瓦斯發(fā)電廠機(jī)組并不會(huì)直接影響整個(gè)系統(tǒng)的頻率，然而，煤礦瓦斯發(fā)電廠機(jī)組的運(yùn)行會(huì)直接受到整個(gè)電力系統(tǒng)頻率的影響。煤礦瓦斯發(fā)電廠機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中，可通過(guò)煤礦瓦斯發(fā)電廠機(jī)組同步發(fā)電機(jī)，保證電網(wǎng)頻率和發(fā)電機(jī)頻率的一致性。

3.3 對(duì)電壓波動(dòng)的影響

隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的廣泛應(yīng)用，以及用電設(shè)備自動(dòng)化程度的逐步提高，工業(yè)用電戶對(duì)于電力資源供給的質(zhì)量也在逐漸提高。從普通煤礦瓦斯發(fā)電廠的角度來(lái)看，其發(fā)電機(jī)組的慣性和容量都較小，因而所受的負(fù)荷變化影響較大。一旦煤礦瓦斯發(fā)電廠機(jī)組受到負(fù)荷變化的影響，若發(fā)電機(jī)組得不到適當(dāng)?shù)恼{(diào)整和控制，則實(shí)際負(fù)荷改變會(huì)與調(diào)整量不匹配，進(jìn)而導(dǎo)致發(fā)電機(jī)出口部位長(zhǎng)時(shí)間電壓值發(fā)生周期性波動(dòng)。

3.4 對(duì)供電電壓的影響

在煤礦瓦斯發(fā)電廠并網(wǎng)運(yùn)行后，普通電力用戶的用電電壓將會(huì)受到輸配電網(wǎng)絡(luò)的直接影響。電網(wǎng)電壓穩(wěn)定會(huì)直接影響整個(gè)電力供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的穩(wěn)定性，若一個(gè)電力負(fù)荷點(diǎn)發(fā)生電壓質(zhì)量的不良改變，則整個(gè)電力系統(tǒng)都會(huì)受到影響，嚴(yán)重者還會(huì)造成整個(gè)系統(tǒng)電壓的完全崩潰，影響電力用戶的正常用電。所以，應(yīng)對(duì)瓦斯發(fā)電廠并網(wǎng)運(yùn)行的電壓實(shí)施良好的控制。

3.5 對(duì)配電系統(tǒng)電壓分布和網(wǎng)損的影響

配電系統(tǒng)的電壓分布和網(wǎng)損情況都會(huì)直接受到煤礦瓦斯發(fā)電廠的影響，常用的量化分析配電系統(tǒng)電壓分布和網(wǎng)損情況的方法為潮流計(jì)算?，F(xiàn)有的計(jì)算配電網(wǎng)潮流的方法并未對(duì)煤礦瓦斯發(fā)電廠實(shí)際情況進(jìn)行充分考慮，所以，隨著現(xiàn)階段煤礦瓦斯發(fā)電廠并網(wǎng)運(yùn)行的廣泛實(shí)施，配電網(wǎng)潮流計(jì)算的困難性也有所增加，那些常規(guī)的潮流計(jì)算技術(shù)也不再適用于煤礦瓦斯發(fā)電廠，且潮流計(jì)算的有效性較低，所以，有必要對(duì)配電網(wǎng)絡(luò)所受的煤礦瓦斯發(fā)電廠的影響進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)。

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作者簡(jiǎn)介

王竹南（1956.4-- ），男，漢族，遼寧阜新人，大學(xué)本科，高級(jí)工程師，現(xiàn)任阜新礦業(yè)集團(tuán)瓦斯綜合利用公司副經(jīng)理，研究方向：瓦斯發(fā)電技術(shù)。