景 杰

（北京京能電力股份有限公司，北京 100020）

0 引言

隨著清潔能源消納政策的深入推進(jìn)實(shí)施，大力倡導(dǎo)火電機(jī)組靈活性運(yùn)行，電網(wǎng)輔助調(diào)峰服務(wù)作用愈加凸顯。但受自身熱電耦合特性、機(jī)組設(shè)計(jì)及“以熱定電”傳統(tǒng)運(yùn)行方式的影響，常規(guī)抽凝式供熱機(jī)組的電調(diào)峰能力有限，很難適應(yīng)電網(wǎng)深度調(diào)峰的需求，供熱抽汽能力也受到一定影響。為解決機(jī)組供暖期調(diào)峰能力不足的問題，開展了機(jī)組高低壓旁路技術(shù)改造[1]，保證了機(jī)組全采暖期、全時(shí)域參與電網(wǎng)深度調(diào)峰。

1 機(jī)組概況

某熱電廠裝機(jī)容量為2×150 MW雙抽供熱機(jī)組，配套2臺480 t/h超高壓再熱循環(huán)流化床鍋爐，以2回220 kV出線接入某區(qū)域電網(wǎng)，承擔(dān)著城區(qū)約1 000萬m2面積的供熱和經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)100余家工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)用汽。

2 機(jī)組參與電網(wǎng)深度調(diào)峰情況

2.1 某區(qū)域電網(wǎng)運(yùn)行情況

在某區(qū)域電網(wǎng)現(xiàn)有的電源結(jié)構(gòu)中，火電占總裝機(jī)的70%，清潔能源占總裝機(jī)的30%。目前，某區(qū)域電網(wǎng)魯固直流送端配套500 kV輸變電工程的投產(chǎn)基本解決了呼倫貝爾、興安盟、通遼及吉林松白地區(qū)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)嚴(yán)重制約電力外送的問題。網(wǎng)架約束導(dǎo)致新能源大規(guī)模棄電的地區(qū)僅剩黑龍江東部和某公司。而某公司地區(qū)由于風(fēng)能、太陽能資源豐富，新能源裝機(jī)規(guī)模大且仍不斷增長，加上負(fù)荷增長速度落后于電源增長速度等原因，已經(jīng)成為某區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)網(wǎng)架約束導(dǎo)致新能源棄電最為嚴(yán)重的地區(qū)。

某區(qū)域電網(wǎng)負(fù)荷長期處于電力嚴(yán)重供大于求的態(tài)勢。某公司外送斷面由500 kV青北雙回線、青燕雙回線組成。在500 kV科爾沁—阜新輸變電工程投產(chǎn)后，某公司外送斷面限值提高至300萬kW。由于暫未規(guī)劃新的外送聯(lián)絡(luò)線，且隨著國家3060政策的實(shí)施，各大發(fā)電集團(tuán)在新能源建設(shè)領(lǐng)域加速推進(jìn)，某公司地區(qū)新能源受阻的狀況在短期內(nèi)無明顯改善。

2.2 某區(qū)域電網(wǎng)調(diào)峰服務(wù)市場

為解決某區(qū)域電網(wǎng)因供熱火電機(jī)組以熱定電，無法熱電解耦，從而導(dǎo)致供暖期電網(wǎng)調(diào)峰能力嚴(yán)重短缺，棄風(fēng)、棄光問題十分嚴(yán)重的情況[2]，國家能源局規(guī)劃出臺了《電網(wǎng)公司電力調(diào)峰輔助服務(wù)市場運(yùn)營規(guī)則》，尋求以市場機(jī)制來改變某區(qū)域電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)及物理基礎(chǔ)，從而推動(dòng)火電機(jī)組主動(dòng)開展熱電解耦工作，改善能源結(jié)構(gòu)，保障電網(wǎng)安全，促進(jìn)清潔能源消納。

依據(jù)《電網(wǎng)公司電力輔助服務(wù)市場運(yùn)營規(guī)則》要求，根據(jù)調(diào)峰深度情況，獲取一定的補(bǔ)償收益，若不參與深度調(diào)峰服務(wù)，則需要分?jǐn)傁鄳?yīng)費(fèi)用。市場規(guī)則要點(diǎn)如下。

a）火電機(jī)組參與范圍為單機(jī)容量10萬kW及以上的燃煤、燃?xì)狻⒗?、生物質(zhì)發(fā)電機(jī)組。

b）鼓勵(lì)供熱電廠（也可引進(jìn)第三方）投資建設(shè)儲能調(diào)峰設(shè)施，同等條件下優(yōu)先調(diào)用其調(diào)峰資源。

c）調(diào)峰輔助服務(wù)市場中火電機(jī)組實(shí)際發(fā)生的調(diào)峰深度不作為核定最小運(yùn)行方式的依據(jù)。

d）除“火電停機(jī)備用調(diào)峰”外的其他調(diào)峰輔助服務(wù)，不影響發(fā)電企業(yè)年度電量計(jì)劃的執(zhí)行。

e）實(shí)施深度調(diào)峰交易采用“階梯式”報(bào)價(jià)方式和價(jià)格機(jī)制，發(fā)電企業(yè)在不同時(shí)期分兩擋浮動(dòng)報(bào)價(jià)，具體分擋及報(bào)價(jià)限值如表1所示。

表1 實(shí)施深度調(diào)峰交易報(bào)價(jià)檔位及限值

3 改造前后供熱能力及經(jīng)濟(jì)性分析

3.1 改造前

2015年至2018年，由于機(jī)組設(shè)計(jì)原因，電負(fù)荷低于最小運(yùn)行方式即無法滿足供熱、供汽需求。該公司機(jī)組最小運(yùn)行方式為：非供熱期，單機(jī)100 MW，負(fù)荷率66.67%（限值原因：為100余家企業(yè)提供工業(yè)蒸汽）；供熱期，雙機(jī)230 MW，負(fù)荷率76.67%（限值原因：為城區(qū)近1000萬m2居民供熱），均高于實(shí)施深度調(diào)峰交易的一擋負(fù)荷率上限[3]。因此，自市場啟動(dòng)以來，該公司每年需承擔(dān)300余萬元考核金額。2019年，根據(jù)國家相關(guān)政策，要求新能源消納比例不斷上升，某地區(qū)新能源裝機(jī)容量增加，該公司斷面送出受限多重影響，2019年上半年該公司調(diào)峰輔助服務(wù)市場考核金額達(dá)780萬元，同比呈快速上升趨勢。

3.2 改造后

第一階段：為解決機(jī)組無法參與電網(wǎng)深調(diào)問題，2019年對機(jī)組原30%容量的低壓啟動(dòng)旁路（以下簡稱“低旁”）進(jìn)行了靈活性改造。改造方案為在低旁出口至三級減溫器之間加裝電動(dòng)隔離門，隔離門前設(shè)置異徑三通，同時(shí)將新增電動(dòng)隔離門至低旁出口間管材由原Q235A螺旋縫管升級為20號鋼無縫管，從新增三通處鋪設(shè)管道引接至工業(yè)抽汽母管，保證了在供熱初末期平均供熱量650 GJ/h左右，深度調(diào)峰時(shí)，1號機(jī)投入采暖抽汽，電負(fù)荷約為35 MW，采暖供熱量能達(dá)到550 GJ/h，滿足采暖供熱需求。將2號機(jī)電負(fù)荷降至40 MW，通過旁路系統(tǒng)帶工業(yè)抽汽，滿足工業(yè)供汽需求。但進(jìn)入極寒期，最低1 000 GJ/h的供熱需求無法支撐機(jī)組繼續(xù)參與深度調(diào)峰，退出市場后，電網(wǎng)考核金額明顯增加。圖1為低旁供工業(yè)抽汽改造簡圖，圖中曲線所圍部分為改造內(nèi)容。

圖1 低旁供工業(yè)抽汽改造簡圖

第二階段：為實(shí)現(xiàn)機(jī)組全采暖期參與深度調(diào)峰輔助服務(wù)市場，新增2號機(jī)組調(diào)峰供熱專用旁路，徹底解決由于調(diào)峰可能引起的供熱不足問題。改造方案為新增49%鍋爐最大連續(xù)出力BMCR（boiler maximum continuous rating）容量高壓旁路減溫減壓器系統(tǒng)：機(jī)組啟動(dòng)投原30%BMCR容量高壓旁路系統(tǒng)，機(jī)組深度調(diào)峰期間，僅投運(yùn)新增49%BMCR容量高壓旁路減溫減壓器系統(tǒng)，原高壓旁路系統(tǒng)關(guān)閉。新增37%容量低壓旁路減溫減壓器系統(tǒng)，原啟動(dòng)用低壓旁路系統(tǒng)除了滿足機(jī)組啟動(dòng)用，還參與機(jī)組深度調(diào)峰和提供70 t/h工業(yè)抽汽，新增低壓旁路減溫減壓器系統(tǒng)參與機(jī)組深度調(diào)峰和提供240 t/h采暖抽汽的能力。圖2為高低壓旁路改造簡圖，圖中曲線所圍部分為改造內(nèi)容。

圖2 高低壓旁路改造簡圖

2020年11月，2號機(jī)組調(diào)峰供熱旁路完成改造，在采暖中期調(diào)峰時(shí)段，機(jī)組負(fù)荷率可以降至30%，采暖初末期負(fù)荷率可以降至23%，能夠滿足城區(qū)供熱及經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)供汽需要，徹底解決了某公司機(jī)組無法全采暖期、全時(shí)域深度調(diào)峰的難題。12月份調(diào)峰輔助服務(wù)補(bǔ)償收益1 319萬元，2021年一季度，調(diào)峰輔助服務(wù)補(bǔ)償收益2 958萬元。

4 結(jié)束語

在國家3060碳目標(biāo)戰(zhàn)略背景下，消納和發(fā)展清潔能源必將是今后一個(gè)時(shí)期內(nèi)的大趨勢，能源主管部門及電網(wǎng)公司從政策獎(jiǎng)懲機(jī)制上逐漸引導(dǎo)火電機(jī)組結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型，節(jié)能降耗[4]。本文為燃煤熱電機(jī)組通過技術(shù)改造實(shí)現(xiàn)全采暖期、全時(shí)域參與電網(wǎng)深度調(diào)峰輔助服務(wù)，增加輔助服務(wù)收益，節(jié)能降耗提供了參考。