刁敏師

江蘇華電揚(yáng)州發(fā)電有限公司

0 引言

隨著社會主義市場經(jīng)濟(jì)不斷深入發(fā)展，競爭已經(jīng)滲透到全社會各個領(lǐng)域，發(fā)電企業(yè)面對電力市場競爭時，主要以深挖企業(yè)內(nèi)部潛力為主，例如財務(wù)成本最優(yōu)化、能耗指標(biāo)最小化等。其中生產(chǎn)指標(biāo)涉及的范圍和數(shù)量很大，主要有：煤耗、氣耗、廠用電率、飛灰等。江蘇華電揚(yáng)州發(fā)電有限公司在燃機(jī)投入運(yùn)營后，在廠用電節(jié)能措施和技術(shù)改造方面做了積極嘗試，取得了很好的效果。

1 廠用電系統(tǒng)構(gòu)成

1.1 裝機(jī)情況

江蘇華電揚(yáng)州發(fā)電有限公司在運(yùn)機(jī)組有：兩套330 MW燃煤機(jī)組（#6、#7機(jī)）和兩套475 MW9F天然氣機(jī)組（#1、#2機(jī)）。

1.1.1 廠用電系統(tǒng)構(gòu)成

2×330MW 燃煤機(jī)組廠用電系統(tǒng)分別由各高廠變和#1啟備變組成。

1.1.2 機(jī)組概況

2 臺475 MW 燃機(jī)機(jī)組，分別于2017 年3 月和5 月投產(chǎn)。設(shè)計工況：燃機(jī)機(jī)組為具備調(diào)峰功能的發(fā)電機(jī)組，年利用小時3 500 h。按照設(shè)計方式運(yùn)行，暫定一臺調(diào)峰運(yùn)行（早啟晚停），一臺調(diào)度備用；迎峰度夏季節(jié)用電高峰時段，兩臺燃機(jī)按調(diào)度要求全部運(yùn)行；兩臺燃機(jī)合計年利用7 000 h（運(yùn)行小時數(shù)稍高），電網(wǎng)低負(fù)荷季節(jié)或時段，兩臺燃機(jī)按調(diào)度要求同時備用。

廠用電源：燃機(jī)工程6 kV高壓廠用電源設(shè)計采用“手拉手”方式，單臺機(jī)組廠用電源通過主變、高廠變下載，造成較大的損耗，廠用電率偏高。燃機(jī)主變設(shè)計空載損耗為170 kW，正常低負(fù)荷運(yùn)行時，為防止變壓器局部過熱，開1～2 組冷卻器，加上少量的負(fù)載損耗，在停機(jī)情況下，單臺主變總的損耗超過200 kW。燃機(jī)高廠變技術(shù)協(xié)議數(shù)據(jù)設(shè)計空載損耗為15 kW，25%負(fù)載時的負(fù)載損耗為6.875 kW，50%負(fù)載時負(fù)載損耗為27.5 kW；在低負(fù)荷情況下，單臺高廠變總損耗超過20 kW。雙機(jī)主變、高廠變總空載損耗合計440 kW。

圖1 江蘇華電揚(yáng)州發(fā)電有限公司全廠一次接線圖

2 電力市場和天然氣供應(yīng)現(xiàn)狀

2.1 節(jié)能減排機(jī)組優(yōu)先發(fā)電

根據(jù)國家節(jié)能減排方針，電網(wǎng)優(yōu)先考慮高效節(jié)能排放低的發(fā)電機(jī)組發(fā)電，發(fā)電計劃和實時調(diào)度均依照此準(zhǔn)則進(jìn)行，因此光伏電、水力發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、天然氣發(fā)電以及1 000 MW 級機(jī)組發(fā)電都是優(yōu)先考慮對象。

2.2 天然氣發(fā)電存在諸多不確定因素

火力發(fā)電方面，由于我國是一個產(chǎn)煤大國，因此，燃煤火力發(fā)電機(jī)組占據(jù)大部份額，隨著全球環(huán)保要求逐年提升，污染物排放相對低的天然氣發(fā)電市場份額逐步提高，在華電江蘇公司，燃?xì)鈾C(jī)組占到區(qū)域全部裝機(jī)容量46%左右。雖然天然氣發(fā)電有很多有利因素，但由于我國是一個石油天然氣凈輸入國家，中西部石油天然氣開發(fā)成本高，與世界主要產(chǎn)油國俄羅斯的油氣管道建設(shè)存在一定周期問題，油氣供應(yīng)缺口大，同時，世界油氣價格因為地區(qū)紛爭波動較大，因此，天然氣供應(yīng)造成燃?xì)鈾C(jī)組發(fā)電能力受到很大影響。

2.3 燃?xì)鈾C(jī)組的優(yōu)勢和不足

燃?xì)鈾C(jī)組的發(fā)電原理決定了其啟停很快，再加之污染物排放低，很多時候，它都作為電網(wǎng)調(diào)峰主力機(jī)組，因此，相對于燃煤機(jī)組啟停次數(shù)較多。

2.4 燃?xì)鈾C(jī)組實際發(fā)電狀況

2018年和2019年揚(yáng)州發(fā)電有限公司燃機(jī)負(fù)荷率分別為78.67%和80.12%，利用小時數(shù)分別為2 692 h 和2 211 h，機(jī)組啟停次數(shù)分別為239 次和85 次，雙機(jī)全停分別為75（1 800/24）和187.5（4 500/24）天。表1 數(shù)據(jù)顯示，燃?xì)鈾C(jī)組迎峰度夏時段的發(fā)電相對穩(wěn)定，占比較大，迎峰度冬時段的發(fā)電作用不大，3、4、5、10、11月份發(fā)電不可控?？傮w情況是啟停多，待機(jī)時間長，雙機(jī)停運(yùn)時間在2.5月到6.25 月之間（平均4.375 月，平均約占全年1/3）。見表1。

表1

3 廠用電節(jié)能措施和技術(shù)改造可行性分析

3.1 存在問題特點(diǎn)分析

電力市場和天然氣供應(yīng)形勢，燃?xì)鈾C(jī)組發(fā)電特點(diǎn)以及廠用電系統(tǒng)形成發(fā)電幾個特征，即，連續(xù)運(yùn)行時間短，單機(jī)迎峰運(yùn)行，雙機(jī)停運(yùn)時間長。

這些特征直接關(guān)乎機(jī)組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，一是造成發(fā)電廠用電率高，二是下網(wǎng)電量比例高。機(jī)組啟停多由機(jī)組特性及電網(wǎng)調(diào)度決定，一時無法改變。

是否可以降低下網(wǎng)電量，從而提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)效益？下網(wǎng)電和自用電最大區(qū)別在價格，下網(wǎng)電價格江蘇省電力公司以0.597 元/kWh 收取，自用電價格為發(fā)電成本價格，江蘇華電揚(yáng)州發(fā)電有限公司煤機(jī)廠用電成本為0.37 元/kWh，燃機(jī)廠用電成本為0.436 元/kWh，兩者價差分別為0.217 元/kWh 和0.161 元/kWh。在燃機(jī)單機(jī)時段，及時停用主變和高廠變，利用0.161元/kWh價差節(jié)約下網(wǎng)電量支出。

3.2 設(shè)置廠內(nèi)備用電源減少下網(wǎng)電量

機(jī)組一定運(yùn)行方式下采取不同廠用電供給方式，廠用電總量和支付資金量會不同，廠用電取用方式和價格不一樣，經(jīng)濟(jì)效益不同。在燃機(jī)雙機(jī)停運(yùn)時段，及時停用主變和高廠變，可以直接降低空載損耗節(jié)省運(yùn)營開支。

對于燃機(jī)，雙機(jī)停運(yùn)時段廠用電取用新的備用電源，降低空載損耗，減少下網(wǎng)電量，節(jié)省生產(chǎn)支出，是一種節(jié)能技術(shù)改造成果。

3.2.1 技術(shù)可行性分析

1）廠用電接線和供應(yīng)方式

燃機(jī)機(jī)組（2×475 MW）220 kV 電氣主接線采用雙母線接線方式（戶外GIS），兩套機(jī)組以發(fā)-變組方式接入220 kV 母線。燃機(jī)發(fā)電機(jī)組正常運(yùn)行勵磁方式設(shè)計采用自并勵靜態(tài)勵磁系統(tǒng)，勵磁變高壓電源取自發(fā)電機(jī)出口；變頻啟動時采用自它勵靜態(tài)勵磁系統(tǒng)，勵磁變高壓電源取自6 kV 廠用母線。

燃機(jī)機(jī)組啟動時需要先進(jìn)行變頻拖動后點(diǎn)火，燃機(jī)發(fā)電機(jī)設(shè)置出口開關(guān)（GCB），便于SFC輸出的接入。每臺燃機(jī)機(jī)組設(shè)置一臺雙繞組有載調(diào)壓變壓器，高壓側(cè)接于GCB 外側(cè)與主變低壓側(cè)之間，低壓側(cè)分設(shè)A、B兩段6 kV廠用母線，雙套低廠變及高壓輔機(jī)電動機(jī)等電源分接于兩段6 kV 母線上。發(fā)電機(jī)出口至主變低壓側(cè)均采用全連式微正壓離相封閉母線；高廠變低壓側(cè)及母線連接采用金屬共箱封閉母線。

煤機(jī)機(jī)組（2×330 MW）高壓啟動/備用變壓器電源，接于燃機(jī)機(jī)組220 kV 母線，采用高壓電纜連接到變壓器高壓側(cè)。

2）初步技術(shù)可行性分析

兩臺330 MW 煤機(jī)實際長期運(yùn)行一臺（因熱負(fù)荷用戶需求及電網(wǎng)調(diào)度要求連續(xù)運(yùn)行），大部分時間實際負(fù)荷較低，另一臺機(jī)組長時間處于停運(yùn)狀態(tài)。在單臺330 MW 煤機(jī)長期運(yùn)行的情況下，煤機(jī)啟動/備用變壓器也長期處于運(yùn)行狀態(tài)，根據(jù)資料，煤機(jī)啟動/備用變壓器尚有一定的容量冗余，滿足燃機(jī)停機(jī)時的廠用負(fù)荷增加需求。

燃機(jī)主廠房A排和煤機(jī)主廠房A排在同一條線（東西向），相距比較近（約40 m），燃機(jī)6 kV廠用電源接線比較簡單，改造方便，煤機(jī)主廠房廠用6 kV備用段場地條件較好，優(yōu)化方案實施條件較好。

3）主要方案（其它具體改造方案略）

煤機(jī)部分：煤機(jī)啟動/備用變壓器低壓側(cè)6 kV備用60 A段母線新增加T接共箱封閉母線，位置定于#6機(jī)組6 kV開關(guān)室西南角主廠房A排墻邊，具體位置及布置、配置在下一步設(shè)計階段確定。

現(xiàn)場設(shè)置6 kV 開關(guān)柜2 面（4 面），1（2）面為電源開關(guān)，1（2）面為備用總電源的電壓互感器；T接的封閉母線從開關(guān)柜上部引下進(jìn)入，電纜從互感器柜下部引出，電纜引出主廠房，接至燃機(jī)廠房6 kV 備用電源。

根據(jù)可靠性需求，比選采用一路或兩路電源方式。

燃機(jī)部分：來自煤機(jī)6 kV 備用總電源，接入燃機(jī)“手拉手”共箱封閉母線，作為燃機(jī)4段6 kV母線的備用電源。

方案需要對“手拉手”共箱封閉母線兩端的6 kV電源開關(guān)柜進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整和改造，滿足電源電纜接入要求；根據(jù)電源進(jìn)線電纜的回路數(shù)及單回根數(shù)確定開關(guān)柜改造方案。

3.2.2 經(jīng)濟(jì)核算

2018年全年燃機(jī)下網(wǎng)電量為995萬kWh，考慮到機(jī)組全年約1/3 左右處于長時間備用狀態(tài)，折算廠用電可切換時間約1/3＝0.33，主變、高廠變總空載損耗合計220 kW。

全停總空載損耗電量＝220×1/3×365×24×2＝127.2萬kWh

節(jié)約費(fèi)用＝127.2×0.597＝75.9萬元

廠用電技術(shù)改造項目按照最簡潔方案成本約為75 萬元（實際支付70.02 萬元），技術(shù)改造后，一年即收回改造費(fèi)用。

3.3 優(yōu)化運(yùn)行措施減少下網(wǎng)電量

3.3.1設(shè)置廠內(nèi)備用電源的技術(shù)改造從可行性報告到具體實施需要一定的條件和施工時間，能否在頻繁啟停與長短不一的雙待機(jī)模式切換之間，及時準(zhǔn)確降低不必要的“待機(jī)”耗電，減少下網(wǎng)電量。

燃機(jī)停運(yùn)之后的一段時間，機(jī)組的不同輔助設(shè)備相繼可以退出運(yùn)行，退出時間根據(jù)機(jī)組停用時間決定，即使是輔機(jī)全部退出運(yùn)行，#1、2 主變空載電量也是不小的數(shù)值，優(yōu)化運(yùn)行方式，有必要采取節(jié)能運(yùn)行措施。

3.3.2 燃機(jī)輔機(jī)及主變節(jié)能措施

1）機(jī)組啟動階段節(jié)能措施

（1）機(jī)組點(diǎn)火前12 h，恢復(fù)閉冷水、主機(jī)潤滑油、密封油、頂軸油、控制油系統(tǒng)，投入機(jī)組盤車。

（2）點(diǎn)火前8 h，恢復(fù)循環(huán)水系統(tǒng)，各輔機(jī)測絕緣正常后供電。

（3）點(diǎn)火前6 h，恢復(fù)凝結(jié)水系統(tǒng)，余熱鍋爐高中低壓汽包上水至點(diǎn)火水位后停運(yùn)高、中壓給水泵，凝泵切至停機(jī)凝泵。

（4）點(diǎn)火前4 h，恢復(fù)輔助蒸汽系統(tǒng)，及時投用爐底蒸汽加熱，至汽包起壓后停用爐底蒸汽加熱。

（5）點(diǎn)火前2 h，投入機(jī)組軸封，凝汽器抽真空。低壓缸冷卻蒸汽暖管。

（6）機(jī)組啟動，汽輪機(jī)進(jìn)汽前啟動第二臺循環(huán)水泵運(yùn)行。

2）機(jī)組停機(jī)階段節(jié)能措施

（1）機(jī)組停運(yùn)后，及時停運(yùn)一臺循泵。

（2）機(jī)組停運(yùn)后，確認(rèn)汽輪機(jī)高、中、低壓旁路閥自動關(guān)閉，及時關(guān)閉余熱鍋爐高、中、低壓主蒸汽電動隔離閥。

（3）機(jī)組停運(yùn)后，高、中、低壓汽包水位上至高二值，停運(yùn)高、中壓給水泵（注意高壓給水泵必須在盤車投入后半小時才可以停運(yùn)），凝泵切至停機(jī)凝泵，閉冷泵切至停機(jī)閉冷泵運(yùn)行（帶公用系統(tǒng)運(yùn)行時可不切換），循泵切至停機(jī)循泵運(yùn)行。

（4）機(jī)組次日無啟動計劃時，停運(yùn)控制油泵。

（5）機(jī)組停運(yùn)后，高壓缸第一級金屬溫度降至350 ℃時，停真空泵破壞真空到零停軸封，真空破壞后停止停機(jī)循泵運(yùn)行，注意排汽溫度應(yīng)不大于60 ℃。

（6）機(jī)組停運(yùn)后，高壓缸第一級金屬溫度降至300 ℃時，停機(jī)凝泵，注意排汽溫度。

（7）機(jī)組滿足盤車停運(yùn)條件時，停運(yùn)盤車、頂軸油泵、密封油泵及潤滑油泵。

（8）機(jī)組停運(yùn)后，前置模塊天然氣置換結(jié)束，停運(yùn)燃機(jī)罩殼風(fēng)機(jī)及FG風(fēng)機(jī)。

（9）機(jī)組停運(yùn)后，及時將不用的輔機(jī)斷電。裝有變頻器的輔機(jī)，在停運(yùn)后立即停用其小室空調(diào)，在轉(zhuǎn)熱備用時開啟其小室空調(diào)。

（10）機(jī)組停運(yùn)后及時將共用系統(tǒng)切換至運(yùn)行機(jī)組供電、供水，減少下網(wǎng)電量。

4 廠用電節(jié)能措施的應(yīng)用實踐效果

1）廠用電節(jié)能措施執(zhí)行前后下網(wǎng)電量對比（2019 年11 月完成燃機(jī)備用電源廠用電改造）。2018 年1 月-10 月，燃機(jī)下網(wǎng)電量為835 萬kWh，2019 年同期為708 萬kWh，其中，2019 年1 月和2月沒有執(zhí)行廠用電節(jié)能措施，復(fù)合10 個月電量約708×8/10＝566.4萬kWh。

節(jié)約下網(wǎng)電量值＝835－566.4＝268.6萬kWh

折算至全年節(jié)約下網(wǎng)電量值＝268.6×12/10＝322.3萬kWh

2）廠用電節(jié)能措施直接節(jié)省費(fèi)用

廠用電量差＝268.6×12/10－63.6＝258.7萬kWh

直接節(jié)省費(fèi)用＝258.7×0.597＝154.4 萬元

5 廠用電節(jié)能技術(shù)改造的應(yīng)用實踐效果

5.1 節(jié)約電量

廠用電節(jié)能技術(shù)改造前后綜合成本支出對比。2019年經(jīng)設(shè)計院設(shè)計，廠家供貨，在#6 機(jī)組D級檢修前完成啟備變側(cè)施工，利用兩臺燃機(jī)長時間備用間隙，完成改造工作，見圖2。

1）節(jié)電措施主要包括啟動前和停機(jī)后系統(tǒng)及設(shè)備的時間精準(zhǔn)把控，節(jié)約電量為全?？蛰d損耗電量以外部分，節(jié)電措施電量＝322.3－63.6＝258.7萬kWh，直接節(jié)省費(fèi)用154.4 萬元。這部分由單機(jī)“手拉手”廠用電互供，節(jié)約電量價差0.161 元/kWh 節(jié)約電量價差費(fèi)用＝258.7×0.161＝41.7萬元。

2）2019 年廠用電節(jié)能措施節(jié)省費(fèi)用為直接節(jié)省費(fèi)用、節(jié)省空載損耗費(fèi)用和節(jié)約電量價差費(fèi)用。

三項合計節(jié)省費(fèi)用＝322.3×0.597＋41.7＝234萬元

3)2020年節(jié)省費(fèi)用預(yù)測

改造后，燃機(jī)全停實行啟備變供電，可以同時減少兩臺機(jī)組空載損耗。

全?？偪蛰d損耗電量＝63.6×2＝127.2萬kWh。在2019年基礎(chǔ)節(jié)約下網(wǎng)電量將進(jìn)一步提高，預(yù)計節(jié)約下網(wǎng)電量＝258.7＋127.2＝385.9萬kWh。

圖2

5.2 節(jié)約費(fèi)用

節(jié)省費(fèi)用＝75.9＋154.4＋41.7＝272萬元

其中，空載損耗費(fèi)用＝127.2×0.597＝75.9 萬元

節(jié)能措施直接節(jié)約下網(wǎng)電量費(fèi)用＝

（385.9－127.2）×0.597＝154.4萬元

節(jié)約電量價差費(fèi)用＝

（385.9－127.2）×0.161＝41.7萬元

空載損耗計量時間取2018年和2019年兩年平均值，從發(fā)電計劃及實際發(fā)電趨勢看，2020 年空載損耗電量遠(yuǎn)大于127.2 萬kWh，由下網(wǎng)電量引發(fā)的廠用電節(jié)能措施和技術(shù)改造投入，實際節(jié)約回報相當(dāng)可觀。其中，廠用電節(jié)能措施通過同期對比可以清晰得出節(jié)能效果,技術(shù)改造方面實際效果很快將在廠用電優(yōu)化項目啟備變的計量表計中得到驗證。

6 市場經(jīng)濟(jì)下節(jié)能手段的成因思索

通過分析可見，揚(yáng)州發(fā)電有限公司廠用電節(jié)能措施和技術(shù)改造的應(yīng)用實踐源自市場經(jīng)濟(jì)的不斷深化，是在企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益主導(dǎo)下的一次成功實踐。它是在電力、能源等市場變化的情況下，對機(jī)組廠用設(shè)備配置、運(yùn)行方式調(diào)整、技術(shù)手段改進(jìn)以及經(jīng)濟(jì)杠桿作用等綜合因素的再考量，是對發(fā)電企業(yè)運(yùn)營人員管理智慧的提升。

以往，發(fā)電廠的廠用電節(jié)能措施和技術(shù)改造工作大都從技術(shù)角度出發(fā)，著重技術(shù)方面完善，如今，更多由經(jīng)濟(jì)杠桿觸發(fā)的節(jié)能工作越來越呈現(xiàn)出一種大的趨勢。例：

1）輔機(jī)（系統(tǒng)）該停不停，運(yùn)行方式不經(jīng)濟(jì)。

2）對機(jī)組不同方式下的系統(tǒng)和輔機(jī)運(yùn)行狀態(tài)及時進(jìn)行切換，出臺各方式經(jīng)濟(jì)運(yùn)行措施，使安全和經(jīng)濟(jì)效益最大化。

3）高效運(yùn)行方式，減少廠用電。

4）三期和四期工程公用系統(tǒng)（循環(huán)水取水）有重復(fù)，不適合運(yùn)行實際。

5）對大、小泵出力進(jìn)行再核算，對運(yùn)行方式再排查，調(diào)整泵運(yùn)行方式組合。

6）效果：泵組運(yùn)行方式得到優(yōu)化，效率提高。

由上述代表性的案例可見，節(jié)能工作涉及多方面，在很多情況下，一個簡單的經(jīng)濟(jì)賬能促進(jìn)設(shè)備（系統(tǒng)）技術(shù)優(yōu)化和升級，引出一個節(jié)能項目。在21世紀(jì)市場經(jīng)濟(jì)的大環(huán)境下，經(jīng)濟(jì)效益的標(biāo)尺將是促成多類型節(jié)能手段的重要因素，對系統(tǒng)和設(shè)備進(jìn)行科學(xué)的節(jié)能性評價，技術(shù)人員增加更多的經(jīng)營意識，節(jié)能工作才能取得豐碩成果。