摘要：针对具体能源审计项目，介绍变频节能虚拟电厂的措施，在节电潜力分析的基础上建立虚拟电厂的出力、节电能力、污染物减排能力及经济性等评价模型，结合能源审计项目分析变频节能虚拟电厂的节电效益和经济环保效益。结果表明，该变频节能改造项目每年能够实现节电1114万kWh，经济效益489万元，项目全寿命期内平均每年可实现经济效益239.61万元。
关键词：虚拟电厂；变频；节能；经济性
引言
我国火力发电厂风机、泵耗电量巨大。据统计，电厂给水泵、凝结水泵和循环水泵的耗电量约占厂用电的50%，送风机、引风机的耗电量约占厂用电的25%。火力发电厂节能的主要途径在于降低风机、泵的用电率，解决“大马拉小车”的问题。凝结水泵用于从凝汽器下部热井中抽出凝结水，经低压加热器加热后送往除氧器，之后升压送回给水加热系统。凝结水泵多采用调节阀调节方式，增加了系统的阻力，会产生巨大的节流损失，加剧管道内流体流动的不平衡性，造成凝结水泵管道和本体的振动，加重高速旋转叶轮的磨损，并产生严重的噪声污染，运行维护成本较高。变频调速技术是指通过改变电机工作电源的频率，实现交流异步电机的软起动、变频调速、提高电机功率因数、过载保护等功能，使电机的输出功率随着机组负荷的变化而变化，达到机组低负荷运行时降低电机转速以节约电能的目的。变频调速技术具有节能显著、调速范围宽、转速调节精度高、效率高，避免启动时产生大电流对电网和电机的冲击等优势。
1虚拟电厂的概念
虚拟电厂（VirtualPowerPlant，简称VPP）是指通过采用高效节能用电设备、优化用电方式等途径，形成某个地区、行业或企业的一系列DSM计划，在提高电能利用效率和减少用户电力需求的同时，达到与建设常规电厂相同的目的。将减少的电力需求视同“虚拟电厂”提供的电力电量，由此达到节约能源和减少污染物排放的目的。虚拟电厂是电力需求侧管理的一部分，是一个虚拟的概念，它不涉及实体电厂修建的一系列环节，而是通过提高电力用户终端用电效率和优化用电方式来省电，节省下来的电能就如同新建了一个电厂。与常规电厂相比，虚拟电厂具有建设周期短、运营成本低等优点，其单位节电的成本只有单位发、输、配电成本的1/3，并且是零污染，因此在我国推广虚拟电厂具有广阔的前景。针对用户侧节电潜力分析方法主要以定性分析为主，表现在虚拟电厂的运行机制、作用效果及配套政策等方面，采用定量分析方法主要体现在具体节能改造项目和能源审计项目，如钢铁、发电、石油等企业节能改造项目，空调蓄能项目，电机变频改造项目，照明节能改造项目等。
2虚拟电厂的评价模型
虚拟电厂的评价指标参数主要包括虚拟电厂的出力、虚拟电厂的节电能力、虚拟电厂的污染物减排能力及虚拟电厂的经济效益等。分析变频节能改造在降低用电负荷、节约电能、减少发电过程污染物排放、实现经济效益等产生的节能减排效果，对于实现变频节能改造经济性、环保性尤为重要。（1）虚拟电厂的出力虚拟电厂的出力是指在实施虚拟电厂项目之前设备总用电负荷曲线与实施虚拟电厂项目之后节能设备总用电负荷曲线之差，即采用节能设备后系统总负荷降低曲线。（2）虚拟电厂的节电率虚拟电厂的节电率是指节能改造后预期负荷相对于节能改造前负荷的降低率。（3）虚拟电厂的污染物减排能力我国的电力供应以燃煤发电为主，虚拟电厂污染物减排主要指因节约电能而减少发电燃用化石燃料过程产生的大气污染物的排放。（4）虚拟电厂的经济效益虚拟电厂的经济效益主要包括节电收益，减排的CO2、SO2、NOx在污染物排放交易时的收益等。
3凝结水泵变频节能改造项目分析
为了加快实施节能减排战略，某电厂对凝结水泵系统实施变频改造，以达到节约电能、降低厂用电的目的。该电厂600MW燃煤机组配备两台100%容量BDC450-490-33/D+3S型凝结水泵，轴功率为1939kW，额定流量为1850m3/h，扬程225m，转速为1491rpm，机组运行时，一台凝结水泵处于运行工况，另一台备用。凝结水泵配套电机型号为AMA500L4AVH，额定功率为2350kW，额定电压为10kV，额定电流为162A，频率为50Hz，同步转速为1500rpm。机组自投入运行以来，运行工况稳定，但厂用电率较国内先进机组明显偏高，为了节约电能，降低厂用电率，对主要辅机之一的凝结水泵实施变频改造。在改造前对凝结水泵系统及附属设备的运行进行了诊断测试，分析凝结水泵系统的具体运行参数。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆考虑到变频器在运行过程中的温升和散热，以及变频器的运行经验，所选变频器的额定功率需要大于凝结水泵电机的额定功率，故在实际改造中选用MLVERT-D10/2500.A型变频器。
为凝结水泵变频改造前后的运行功率参数，在工频工况下，凝结水泵的功耗随着机组负荷的降低而缓慢降低，当机组负荷由600MW降低到300MW时，凝结水泵的功耗由2205kW降低到1787kW；而在变频工况下，凝结水泵的功耗随着机组负荷的降低而降低较快，当机组负荷由600MW降低到300MW时，凝结水泵的功耗由1074kW降低到333kW，节能效果显著，随着负荷降低节能效果愈发明显，满负荷凝结水泵变频工况较工频工况节能达到51%，50%额定负荷工况时凝结水泵变频工况较工频工况节能达到81%，负荷越低，节能效果越明显。
4虚拟电厂变频改造节能减排分析
虚拟电厂的出力主要是变频改造后凝结水泵用电负荷降低产生的，在一定条件下能够反映出变频节能措施的节电效果。分析可知，虚拟电厂的出力随机组负荷降低而增大，当机组在满负荷600MW工况下运行时，虚拟电厂的出力最小，最小出力为1131kW，对应此时凝结水泵的负荷降低率最小，虚拟电厂的节电率为51.3%，削峰能力相对较弱，变频节能设备的节电潜力利用程度较低。随着机组负荷由600MW降低至300MW，虚拟电厂的出力逐渐增大，在300MW运行工况下，虚拟电厂的出力达到最大，最大出力为1455kW，对应此时凝结水泵的负荷降低率最大，虚拟电厂的节电率在此时也达到最大值81.4%，削峰能力最强，此时变频节能设备的节电潜力达到最大利用程度。变频节能改造作为虚拟电厂的一项节能措施，既实现了节能减排，又在一定程度上提高了机组运行的可靠性和稳定性。
随着机组负荷降低，虚拟电厂的出力逐渐增大，虚拟电厂污染物减排能力逐渐增强，当机组在满负荷600MW工况下运行时，虚拟电厂污染物减排能力最弱，此时CO2、SO2、NOx和粉尘的减排能力分别为1127.71kg/h、33.93kg/h、16.97kg/h和307.66kg/h。当机组负荷为300MW时，虚拟电厂的污染物减排能力最强，CO2、SO2、NOx和粉尘的最大减排能力分别达到1450.34kg/h、43.64kg/h、21.82kg/h和395.68kg/h。由此可见，变频节能虚拟电厂污染物减排效果非常显著。为了能够直观反映出变频改造虚拟电厂的节能减排效果，根据虚拟电厂的出力及不同负荷的运行时间，结合虚拟电厂的评价模型和污染物排放交易收益，可得出变频改造虚拟电厂的年节电量、年污染物减排量和年经济效益值。从研究数据可得出，凝结水泵变频改造的节电潜力巨大，在当前我国以燃煤发电为主的宏观背景下，节电意味着减少发电煤炭消费量，进而减少发电过程中污染物的排放量，实现了经济和环保双重收益。
5虚拟电厂变频改造全寿命期效益分析
全寿命期收益（LifeCycleIncome，以下简称LCI）指产品在整个寿命期内运营所取得的全部收益，等于产品的使用寿命期内各年的收入总和。收益可分为确定性收益和不确定性收益。确定性收益指可以量化的、直接的收入，不确定性收益指因产品带来的潜在的、间接的、不易估量的收益。由于不确定性收益的不可精确预见性和难以估量性，因此通常仅考虑确定性收益。由此得出，该项目的全寿命期经济效益是非常显著的，考虑当前污染物排放交易收益，该电厂凝结水泵变频改造项目一年就能回收成本。由于初始改造费用为一次性投入，因此为了综合计算初始改造费用及收益，将全寿命期内逐年经济效益贴现到初始改造时的等值费用并与初始改造费用相加，以所得的总费用进行对比来评价其经济性。凝结水泵变频器投入运行后每年能够实现可观的经济效益，在其寿命期内每年能够实现经济效益239.61万元。
6结论
在节能减排背景下，电厂凝结水泵的节电潜力正越来越受到重视，随着变频技术的成熟，发电企业逐步将变频技术应用到实际生产过程中以降低电能消耗。采用变频技术，能够提高机组运行性能，节约电能，符合国家节能减排环保要求。实例分析表明，凝结水泵变频改造能够实现年节电1114万kWh，经济效益489万元，全寿命期内平均每年可实现经济效益239.61万元。因此，大功率电机使用变频技术经济效益和环保效益显著。
参考文献：
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[2]汪书苹，盛明珺，胡丹.风机泵类高压变频改造的节能分析及计算方法[J].电力自动化设备，2015（3）：117～120.
论文作者:江明勇
论文发表刊物:《电力设备》2019年第8期
论文发表时间:2019/9/15
标签：电厂论文; 水泵论文; 节能论文; 负荷论文; 机组论文; 工况论文; 经济效益论文; 《电力设备》2019年第8期论文;