摘要：新疆电网装机约9000万千瓦时，新能源装机约2800万，占比约1/3，避免弃风弃光，减少能源浪费现象，热电联产机组参与电网深度调峰及辅助市场服务势在必行，新型凝抽背供热技术和电储能设备的应用，在供热期，使供热机组充分保证供热能力的同时，又可以参与深度调峰及辅助市场服务，非供热期为满足脱销系统正常投运，机组开展灵活性改造，进一步降低最低稳燃负荷，适应电网调峰需要。为实现全负荷脱硝的主要技术手段有省煤器给水旁路、省煤器热水再循环、省煤器烟气旁路、省煤器分级四种。经过调研并结合乌热电实际设备工况，采用省煤器烟气旁路。
关键词：热电联产；深度调峰；辅助市场；凝抽背；电储能；烟气旁路
引言：随着电网的发展，特别是新能源的发展，解决“弃风、弃光”问题，需要配置大于风电容量的调峰电源，才能平衡风电的随机变化和城市的用电平衡需求。
我国的电厂大部分为热电联产项目，受“以热定电”影响，调峰能力受限，需要发展带蓄热功能的电锅炉，机组技术改造，特别是凝抽背技术，以满足电力灵活调峰需求及辅助市场服务，不供热情况下，机组开展灵活性改造，进一步降低最低稳燃负荷，满足调峰需要。预计至少“十三五”前中期新疆电力供需仍将延续总体富余、部分地区明显过剩的格局，电力消费增速减速换挡、煤电机组投产过多、煤电机组承担高速增长的非化石能源发电深度调峰和备用等功能的原因，国内火电设备利用小时持续下降，火电机组尤其是煤电机组在未来几年持续低负荷运行或者深度调峰将成为常态。
随着电力建设的快速发展和供需关系趋于平衡，火电机组利用小时数逐年下降，机组长期处于低负荷的“非经济负荷区”运行，从优化机组设备运行方式、加强设备技术改造等方面提出了提高低负荷运行经济性的实际需求。
供热机组全年参与电网深度调峰适应电力市场辅助服务实在必行，结和现阶段技术特点，机组凝抽背、电锅炉、电储能项目满足我厂供热需求，也可以满足机组调峰需要。
1.国家调峰手段、目的及意义
1.1调峰的手段和目的
为解决弃风电问题，国家能源局充分发挥经济杠杆的作用，通过市场化手段优化资源配置，调动发电企业调峰服务的积极性，让有限的资源发挥最大的效能，可实现以下目标：
促进风电、光伏电、核电清洁能源消纳能力，进一步优化现有能源结构，提升资源利用效率。
解决目前突出的“热电联产”调峰困难问题。
保障电力系统安全、稳定、经济运行。
1.2电力调峰服务要求
有偿电力调峰服务，必须按照电力调度机构的指令，满足一定速率调节要求，随时平滑稳定地调整机组出力。
在这种情况下，采用多组蓄能式电锅炉调峰，在机组负荷不减的情况下，可以实现平滑稳定的调整上网电量。
1.3电厂调峰的需求和意义
在我国推动能源革命、努力建设“清洁低碳、安全高效”现代能源体系的大背景下，近年来我国新能源得到了持续快速发展，同时，部分地区的弃风弃光问题日益严重，尤其是我国“西北”地区，由于燃煤热电比例高，调峰电源建设条件差，冬季供暖期调峰困难，弃风问题严重，电力系统的新能源消纳能力成为制约我国可再生能源发展的关键因素。因此，在发电侧建设大功率固体电蓄热调峰炉，利用发电机组电能转换成热能补充到热网，可以实现燃煤火电机组在不降低出力的情况下，实现对电网的深度调峰，对于提高电力系统可再生能源消纳能力有十分重要的意义。
提高分公司供热能力，有利于周边地区进一步治理散煤燃烧，降低燃煤污染物排放量，对大气污染防治有积极的意义。同时为电厂的供暖系统多一套保障措施，万一电厂锅炉故障时，可以启用调峰电蓄热炉供暖，确保管道不会受损伤，民生不会受影响，是电厂供暖系统的有力保障。
按照最新政策，国家在《热电联产管理办法》（发改能源【2016】617号）中明确提出，鼓励热电机组配置蓄热、储能等措施实施深度调峰，并给予调峰补偿。随着我国电力体制改革进一步深化，在分公司增加蓄热调峰设施，机组技术改造增加调峰能力，能够通过调峰辅助市场交易获得经济补偿，创新盈利模式。
2.新型凝抽背供热
2.1技术特点，工程量小，对机组本体改动量小，只需要更换供热蝶阀（外加旁路保证最小冷却流量即可），调节灵活，改造周期短，只需要一个月左右，但需要汽轮机厂家密切配合。乌鲁木齐分公司装机2台上海汽轮机厂生产的330MW汽轮机，最大采暖抽汽工况下单机采暖蒸汽流量550t/h，原首站设计热负荷581.3MW。最大抽汽能力下单台机供热能力为391MW，全厂合计最大供热能力为782MW，由于原首站设计与机组容量定型未同步，首站设计容量偏小。因此现有机组供热潜力尚未释放，随着外界供热市场的不断发展，目前电厂的供热能力无法瞒足要求，因此需要对现有机组进行供热改造，发挥机组的最大供热潜力，提高电厂的供热能效。
新型凝抽背供热技术具有对机组本体改动量小，投资小，施工周期短等优点，可提高机组的运行灵活性，增强机组调峰运行能力，为电厂提质增效提供了良好的解决方案。根据市场要求，供热机组的经济运行水平，全面贯彻落实科学发展观、国家节能减排的总体要求和集团公司发展战略及节能规划，通过对标管理，在现有设备及运行情况下，落实节能等各项措施，做好经济运行工作。
2.2.项目预期达到的主要技术指标
2.2.1项目实施后可新增供热能力约259.3MW，年可新增供热量约为235.7万GJ；
2.2.2改造前后全厂全年煤耗下降约为19.43g/kwh；
2.2.3供热期机组负荷200MW,满足供热任务同时满足电网冬季调峰基本需求。
以华电新疆乌鲁木齐分公司#2机组供热改造为例，通过新型凝抽背技术改造，可最大限度的发挥机组的供热潜力。同时项目实施后每年可新增供热量约235.7×104 GJ，新增供热收益约2399.4万元，煤耗降低19.43g/kwh，节约发电成本约1437.8万元。综合节煤约4.42×104t标煤。可减少污染物排放CO2 11.5×104t，SO2 1061t，NOX 309.5t以及大量粉尘具有良好的节能减排效益。
3电储能项目：冬季通过凝抽背技术，供热得到进一步加强，但我厂承担水区1600万供热面积，加上水区工业园的发展我厂也要承担其供热任务，还是需要电负荷的支持，冬季深度调峰仍比较困难，电储能项目在现有供暖面积为1600万㎡，供暖负荷指标按照50W/㎡计算，总热负荷为800MW，在调峰时段发电机组降到50%的负荷，原供暖方式可以提供的热负荷为493MW，其余的由调峰设备补充。
3.1电储能项目：本项目新增310MW的调峰能力，其中80%（250MW）的电能直接转化为热能输送到热网，20%（60MW）的电能蓄存到固体蓄热设备，在供暖的初末期，调峰结束后稳定的释放到供热管网，在供暖的寒冷期，固体蓄热设备的热能在调峰段释放到供热管网。遇到百年极寒冷天气，由热力公司启动锅炉保证供热需求。本次所选电直热锅炉同时可以满足夏季工业用蒸汽。
3.2新增的电蓄热炉可增加高峰期热量供应，提高分公司供热能力，有利于周边地区进一步治理散煤燃烧，降低燃煤污染物排放量，对大气污染防治有积极的意义。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆同时为电厂的供暖系统多一套保障措施，万一电厂锅炉故障时，可以启用调峰电蓄热炉供暖，确保管道不会受损伤，民生不会受影响，是电厂供暖系统的有力保障。
3.3按照最新政策，国家在《热电联产管理办法》（发改能源【2016】617号）中明确提出，鼓励热电机组配置蓄热、储能等措施实施深度调峰，并给予调峰补偿。随着我国电力体制改革进一步深化，在分公司增加蓄热调峰设施，增加调峰能力，能够通过调峰辅助市场交易获得经济补偿，创新盈利模式。
4.烟气旁路技术：解决冬季供热及深度调峰问题，夏季工况下，机组首先要满足环保要求，习近平总书记在党的十九大报告中指出：建立健全绿色低碳循环发展的经济体系。构建市场导向的绿色技术创新体系，发展绿色金融，壮大节能环保产业、清洁生产产业、清洁能源产业。推进能源生产和消费革命，构建清洁低碳、安全高效的能源体系。推进资源全面节约和循环利用，实施国家节水行动，降低能耗、物耗，实现生产系统和生活系统循环链接。环保的重要性不言而喻。
特别是2017年5月，新疆能源局组织召开火电灵活性改造座谈会，公开征求新疆区域灵活性改造试点单位。
（1）使热电机组增加20%额定容量的调峰能力，最小技术出力达到40%～50%额定容量；
（2）纯凝机组增加15%～20%额定容量的调峰能力，最小技术出力达到30%～35%额定容量。这是最低要求。
（3）部分具备改造条件的电厂预期达到国际先进水平，机组不投油稳燃时纯凝工况最小技术出力达到20%～25%
4.1乌热电改造目标
（1）夏季纯凝工况，通过灵活性改造，提供有偿深度调峰。通过基础改造最小技术出力达到30%额定容量，进一步深度改造争取达到20%。
（2）冬季供热工况，考虑锅炉负荷已达到全出力，采用固体蓄热电锅炉。
（3）低负荷稳燃：乌鲁木齐热电2号机组最经济的最低稳燃负荷为100MW（约30%BMCR）。
（4）脱硝SCR入口烟温：SCR入口烟温均未达到SCR入口烟温设计值（320℃），130MW工况下，甲侧最低烟温已达到311.5℃，乙侧最低烟温为317.5℃。
目前制约乌热电#2机组灵活性改造深度调峰的边界条件主要是锅炉低负荷稳燃和脱硝入口烟温。虽然新疆地区深度调峰的电力辅助市场规则和补偿机制还未建立，但根据新疆能源局关于火电灵活性改造的日程已经确定，结合东北地区试点情况和国家能源局相关政策，新疆地区火电灵活性改造必然要快速推进。烟气旁路技术适合我厂实际情况，#2机组改造后最低稳燃符合将至30%，满足新疆调峰要求。
5.电力调峰意义
在我国推动能源革命、努力建设“清洁低碳、安全高效”现代能源体系的大背景下，近年来我国新能源得到了持续快速发展，同时，部分地区的弃风弃光问题日益严重，尤其是我国“西北”地区，由于燃煤热电比例高，调峰电源建设条件差，冬季供暖期调峰困难，弃风问题严重，电力系统的新能源消纳能力成为制约我国可再生能源发展的关键因素。因此，在发电侧建设大功率固体电蓄热调峰炉，利用发电机组电能转换成热能补充到热网，可以实现燃煤火电机组在不降低出力的情况下，实现对电网的深度调峰，对于提高电力系统可再生能源消纳能力有十分重要的意义。
未来电能价格走低趋势，而煤炭价格走高趋势。电能代替煤炭资源是社会发展的趋势。
5.1 社会效益
八部委《关于推进电能替代的指导意见》中指出：“当前，我国电煤比重与电气化水平偏低，大量的散烧煤与燃油消费是造成严重雾霾的主要因素之一。电能具有清洁、安全、便捷等优势，实施电能替代对于推动能源消费革命、落实国家能源战略、促进能源清洁化发展意义重大，是提高电煤比重、控制煤炭消费总量、减少大气污染的重要举措。稳步推进电能替代，有利于构建层次更高、范围更广的新型电力消费市场，扩大电力消费，提升我国电气化水平，提高人民群众生活质量。同时，带动相关设备制造行业发展，拓展新的经济增长点。”
近年来，随着经济和社会发展迅速，人民生活水平不断提高，对采暖热负荷的需求呈现快速增长的势头。然而随之而来的是雾霾日益加剧，环境问题越来越突出。通过本项目的实施，通过深度调峰消纳清洁能源，同时增加了电厂的供热能力。本项目无需消耗新的能源，不产生烟尘、SO2和NOx等污染物，从而改善了环境空气质量，不产生温室气体CO2，从而降低温室效应，具有可观的环境效益。有利于周边地区进一步治理散煤燃烧，实现煤炭清洁高效利用，降低燃煤污染物排放量，对大气污染防治有积极的意义。改善供热质量，有助于提高人民生活水平，具有良好的社会效益。
5.2环境保护节能减排
近年来，我国经济快速增长，各项建设取得巨大成就，但也付出了巨大的资源和环境代价，经济发展与资源环境的矛盾日趋尖锐。同时，温室气体排放引起全球气候变暖，备受国际社会广泛关注，加强节能减排工作，也是应对全球气候变化的迫切需要。
目前，我国电力工业以燃煤火电为主，冬季北方由于供热的原因，供分公司以热定电，而冬季往往是电负荷的低谷期，恰恰也是清洁能源尤其是风电的高峰期，在供热期往往为了满足供热而造成弃风现象严重，越是寒冷地区这种情况更严重，大量的清洁能源白白的浪费掉，而燃煤电厂的高负荷运行不但造成燃煤量的增加，随之而来的是北方雾霾天气的日益严重，加剧了环境污染。深度调峰，蓄热供暖，在提供热量的同时，无需消耗新的能源，相比常规供热方案节约了大量能源，减少了烟尘、SO2和NOx等污染物的排放，不产生温室气体CO2，同时又减少了煤、灰渣在装卸、运输、贮存过程中对环境、交通及占地的影响，使城市环境空气质量得到改善，具有非常明显的环境效益。
综上，我公司开展凝抽背技术、电储能技术、烟气旁路技术，能满足电网深度调峰，同时适应电力市场辅助服务，对环境保护和节能减排带来明显的改善，适应社会需求。
结束语
通过新型凝抽背技术可对330MW热电联产机组进行热电解耦，有效提高了供热机组的运行灵活性和调峰能力，热网首站设计供热能力约580MW，最大年供热量约915万GJ（满负荷运行183天）。
冬季供热工况，根据电厂凝抽背改造可研报告，完成2台机组改造后，电厂的供热能力可增加322MW，总供热能力达到742MW，年供热量增加310万GJ，总供热量达到1070万GJ。电储能为310MW的电储能设备，发电负荷在50%时，达到上网电量为0。满足城市发展的供热需求，同时满足电网深度调峰需求。
夏季工况，通过烟气旁路技术，满足环保的情况下，最低稳燃负荷将至30%，满足电网调峰需求，适应电力辅助服务市场，创新盈利模式。
注释：集控运行
参考文献:
[1]华电新疆发电有限公司乌鲁木齐分公司电力储能调峰项目【可行性研究报告】烟台卓越新能源科技股份有限公司2017年12月
[2]《新型凝抽背技术在提升330MW机组供热能力方面的研究与应用》中国华电科学研究院2017年10月
[3]《供热机组电解耦技术对比》汽机监督，西安热工研究院。
[4]中华人民共和国发展和改革委员会.国家能源局.电力发展“十三五”规划（2016-2020）
作者简介:
汪栋金、男、工程师、1983年9月出生、2008年参加工作、发电部值长、从事集控运行工作。单位：华电乌鲁木齐分公司，地址：乌鲁木齐水区工业园，邮编：830065.
论文作者:汪栋金
论文发表刊物:《电力设备》2018年第31期
论文发表时间:2019/5/6
标签：机组论文; 蓄热论文; 负荷论文; 能力论文; 深度论文; 电厂论文; 能源论文; 《电力设备》2018年第31期论文;