（丹东金山热电有限公司 118011）
摘要：东北地区电源结构以燃煤火电为主，热电机组比重较高，调峰电源稀缺。在冬季供暖期，热电机组按“以热定电”方式运行，调峰能力仅为10%。为挖掘燃煤机组调峰潜力，选择固体电蓄热调峰方案，不但调峰幅度大、灵活性好，而且在事故情况下通过电网的倒送电开启热量快放功能后可替代调峰锅炉完成供热，不但提高了供热可靠性，而且电锅炉项目耗电不占用电厂的基数电量，相当于创造了一个永久的、高电价的电力大用户。
一、项目实施背景
近年来新能源项目得到了快速发展，但部分地区的弃风、弃光、弃核问题日益严重。东北地区电源结构以燃煤火电为主，热电机组比重较高，调峰电源稀缺。在冬季供暖期，热电机组按“以热定电”方式运行，调峰能力仅为10%，弃风、弃光问题尤为突出，据国家电网辽宁省调度控制中心统计，2016年辽宁省弃风率达15%。
为挖掘燃煤机组调峰潜力，提升我国火电机组灵活性，2016年6月28日，国家能源局综合司下发了《国家能源局综合司关于下达火电灵活性改造试点项目的通知》（国能综电力[2016]397号），通知中将我公司的两台300MW机组列为第一批灵活性改造试点项目。
我公司与华电电科院积极研究探索机组可实施灵活性方案，针对机组特性和供热面积较大的特点，经广泛调研后选取了三个方案，分别为，方案一：机组直接降负荷调峰；方案二：热水蓄热罐方案；方案三：固体电蓄热锅炉（下称“电锅炉”）调峰方案。经技术方案讨论，方案一满足不了供热要求；方案二调峰幅度小，达不到调峰要求；最终选择方案三，电锅炉调峰方案。不但调峰幅度大、灵活性好，而且在事故情况下通过电网的倒送电开启热量快放功能后可替代调峰锅炉完成400万平米面积的供热，相当于建设了投资约3亿元的3台160吨/小时的备用锅炉，每年可节约财务费用、折旧费用、设备维护费用约4000万元，不但提高了供热可靠性，而且电锅炉项目耗电不占用电厂的基数电量，相当于创造了一个永久的、高电价的年用电量约2亿千瓦时的电力大用户。
我公司在电锅炉项目投运前，为了保证冬季采暖需求，二台机组负荷只能维持在高位线上运行，根本完不成深度调峰任务，形成了发电越多被罚得越厉害的“恶性循环”，为保证冬季民生供暖，只能牺牲经济效益。
我公司2014-2015年供暖季辅助调峰考核被扣款485.3万元，2015-2016年供暖季辅助调峰考核被扣款772.41万元，2017年供暖面积增加了330万平方米，如果不投入电锅炉，2017-2018年供暖季辅助调峰考核预计被扣款987万元（自2017年2月28日电锅炉投运后，2017-2018年供暖季电锅炉直接收益、热量收益及减少辅助服务调峰考核后总收益3907.3万元）。
2015年全年辅助调峰考核 被扣款686.7万元，2016年全年辅助调峰考核被扣款 999.7万元，2017年供暖面积增加了330万平方米，如果不投入电锅炉，2017年辅助调峰考核预计被扣款968.4万元。
表一：2015-2017年辅助调峰考核明细（万元）
二、项目的实施
本工程在我公司二期场地内新建总容量260MW的电锅炉，用于冬季供暖期电厂深度调峰，以及配套的热网水管道、电气、控制、土建等工程，电气主接线接引在线路出口关口表内，在220KV母线上接引建设一台220KV/66KV降压变为电蓄热装置供电，安装四组电锅炉，蓄热能力为260MW，供热能力为72MW，可增加供热面积约147万平方米，事故状态下开启快放功能，供热能力最大可达到200MW，可增加供热面积约400万平方米，本工程静态投资为29332万元，动态投资为29473万元。
三、装置组成及工作原理
高压固体电蓄热设备组成：高压电发热体、高温蓄能体、高温热交换器、热输出控制器、耐高温保温外壳和自动控制系统等。
工作原理：在预设的电网低谷调峰时段或风力发电的弃风电时段，自动控制系统接通高压开关，高压电网为高压电发热体供电，高压电发热体将电能转换为热能，同时被高温蓄能体不断吸收，当高温蓄热体的温度达到设定的上限温度或电网低谷时段结束或风力发电弃风电时段结束时，自动控制系统切断高压开关，高压电网停止供电，高压电发热体停止工作。
高温蓄热体通过热输出控制器与高温热交换器连接，通过调节变频风机的频率，高温热交换器将高温蓄热体储存的热能在24小时连续均匀地释放到热网循环水中。同时通过快放功能，可实现7小时调峰蓄热，14小时快速放热或10小时快速放热，以适应极端天气温度下的热网调节。
高电压固体电蓄热设备于2010年通过了辽宁省科技成果鉴定，达到国内领先水平，2011年度获沈阳市科技进步二等奖，2012年列入沈阳市重点节能产品目录。目前已获得4项国家发明专利，40项实用新型专利并已经申报了国际专利。
四、工程项目概况
本工程在我公司二期场地内新建总容量260MW的电锅炉，用于冬季供暖期电厂深度调峰，以及配套的热网水管道、电气、控制、土建等工程，电气主接线接引在线路出口关口表内，在220KV母线上接引建设一台220KV/66KV降压变为电蓄热装置供电，安装四组电锅炉，蓄热能力为260MW，供热能力为72MW，可增加供热面积约147万平方米，事故状态下开启快放功能，供热能力最大可达到200MW，可增加供热面积约400万平方米，本工程静态投资为29332万元，动态投资为29473万元。
在保证机组安全稳定运行和供热需求，并确保完成我公司发电任务的基本条件下，根据电网调度安排，将厂内的机组发电负荷调整到《东北电力调峰辅助服务市场运营规则（试行）》（东北监能市场[2016]252号）规定的付费最高负荷率（例如600MW×50%=300MW），与电蓄热装置的容量相匹配，以实现全厂输出负荷基本为零，实现经济效益最大化。
双方向电网公司调度申请调峰，以调度批复的调峰电量作为双方结算效益分成的依据。按照合同分配原则：效益分享期内，在冬季法定或政府规定的供暖期间，根据我公司内部核算方式测算每度电成本，我公司从电网收到的辅助服务费中扣除此成本后，我公司留15%，剩余的85%归赫普公司。具体计算方法见表二。
表二：电储能辅助调峰服务结算表（以2017年12月为例）
五、项目实施效果
（一）电锅炉投运后收益情况
1、2017年电锅炉投运后直接收益、热量收益及减少辅助服务调峰考核后总收益2011.3万元；
2、2018年前三个月供暖期电锅炉投运后直接收益、热量收益及减少辅助服务调峰考核后总收益2512万元，全年预计总收益3900万元。
3、2017-2018年度供暖期共运行五个月，总计耗电18728万千瓦时，获得辅助调峰补助9301万元，按合同扣除成本后，我公司直接收益560.8万元，我公司间接获得电锅炉用电转换为供热热量收益2359.5万元，同时我公司减少辅助服务调峰考核（考虑供热面积增加因素后与以前年度同比计算）约987万元，我公司2017-2018供暖季电锅炉直接收益、热量收益及减少辅助服务调峰考核后总收益3907.3万元，供暖季电锅炉度电售价折合0.522元/千瓦时。
表三：2017-2018供暖季我公司电锅炉度电售价情况
（二）社会效益情况
在发电侧建设大功率固体电锅炉，实现燃煤火电机组在不降低出力的情况下，完成对电网的深度调峰，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。我公司在2017-2018年供暖期，电锅炉项目总计耗电18728万千瓦时，相当于为东北地区风电等新能源提供对等电量的发电空间。经测算，我公司26万千瓦电锅炉投运后相当于拆除10吨小燃煤锅炉29台，一年可减少标煤消耗10万吨，减少二氧化碳排放26.21万吨，减少二氧化硫排放0.24万吨，减少粉尘排放7.15万吨，氮氧化物0.07万吨。
六、电锅炉项目存在的风险及对策
随着辅助调峰市场的持续发展，调峰改造愈发普及，由于高电压固体电蓄热设备可以大量消纳弃风电供暖，目前，该装置已在“三北”地区多个供暖项目推广使用，2018年辽宁省电锅炉项目已投产1180MW，其他电厂也在陆续改造机组的调峰能力，辽宁省电力市场整体调峰能力在逐渐增强，辽宁省的弃风率在下降，导致度电调峰补偿收益会逐渐下降，随着辽宁省经济形势的复苏和振兴，风电核电等新能源项目建设的加快和占比的提高，辅助调峰服务市场收益的来源可能会从火电厂向新能源企业转移且有不确定性，因此从长期看，东北电力市场辅助调峰服务政策也会不断变化，甚至会取消。电锅炉是高耗能项目，虽然从帮助电网实现深度调峰和提高电网可再生能源消纳能力有十分重要的意义，但从能源转化的角度（煤→电→热）看是不经济的，可持续性不确定。
在电锅炉项目成功经验的基础上，我公司还将进一步开展汽轮机低压缸切缸及旁路改造等机组灵活性改造工作的尝试，全面适应辅助服务市场新的要求与变化。
论文作者:翟秀红
论文发表刊物:《电力设备》2018年第17期
论文发表时间:2018/10/18
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