摘要：本文对电蓄热调峰技术进行介绍，以某市热电联产（2×330MW）项目为例，详细论述电蓄热调峰设备的选择及该技术在热电厂中的应用，指出该技术对电网系统调峰、环保、用户都具有积极作用。
关键词：电蓄热调峰技术；电极锅炉；蓄热水罐；容量选择
1、研究背景及意义
近年来我国新能源得到了持续快速发展。从全国范围来看，西部多省份发电能力阶段性过剩，电力供过于求的矛盾尤为突出，弃风弃光现象不断加剧，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。
国家在《热电联产管理办法》（发改能源（2016）617号）中明确指出，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。因此，在发电侧建设大功率电蓄热调峰锅炉，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。另外，新增的蓄热水罐可增加高峰期热量供应，提高热电厂供热能力，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。电蓄热调峰技术对于提高电力系统可再生能源消纳能力和防治大气污染具有十分重要的意义。[1] [2]
2、热电厂电蓄热调峰技术
目前热电厂的运行采取“以热定电”的方式。热电厂根据供热量决定其发电量，而增加了蓄热调峰设施后，电厂在保证热负荷的前提下可以把电能转化为热能储存，在其他时段再把热能供给热网，实现了热电解耦及电能的储存与转换。目前常用的蓄热设备有蓄热水罐，直接调峰设备有电极锅炉。
电蓄热调峰技术的特点是：
1）扩大电网调峰裕度，有助于电网大规模地接纳新能源入网。
2）减小电网调峰压力，节约燃料，提升机组运行效率。
3）适应实时电价，提高热电厂的经济效益。
4）自动化程度高，运行安全可靠。
3、电蓄热调峰设备容量选择原则
以某市热电联产（2×330MW）项目为例，厂用电率6.3%，当机组按50%负荷运行，两台机组发电量为330MW，厂用电为20.79MW，按上网电量为0，可供调峰设备容量为309.21MW。
3.1电蓄热调峰设备容量计算
由于机组运行负荷不宜长期低于50%额定负荷，考虑经济因素和设备容量的限制，调峰设备总容量按200MW配置，其中电极锅炉（5×40MW）+蓄热水罐（2×1500m³）。扣除厂用电，50%负荷时，调峰设备投运后两台机组上网净电量约为107MW，上网负荷率约为16.2%。
3.2 单机运行工况供热能力核算
以深度调峰时段尽可能低负荷上网为原则，单机50%负荷时，调峰设备投运后机组上网净电量按15MW考虑，电极锅炉需要运行3.5台，提供133MW的供热量，剩余由汽轮机抽汽供热（加热器效率按98%、管道效率按99%，疏水为饱和水）补充107.8MW。电厂上网负荷率约为4.5%。
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3.3两机运行工况供热能力核算
根据该市供热规划内容：供热中期最大供热面积为950万㎡，供热负荷为 607.5MW；额定供热面积 800万㎡，供热负荷为525MW。此时两机运行，电极锅炉运行5台。
电热转化效率按95%考虑，则调峰设备200MW容量提供热负荷190MW。50%负荷时，对应采暖抽汽流量在250t/h左右，两台机组采暖最大抽汽量500t/h，抽汽供热能力（加热器效率98%，管道效率99%，疏水为饱和水）约为355MW。与采暖抽汽一起可供热545MW，可以满足额定采暖热负荷（525MW）的需要，满足最大热负荷（607.5MW）90%的需要。
综合考虑经济因素和热负荷需求，当热负荷随着气温变化或供热面积增大时，可通过调整机组采暖抽汽量及汽轮机出力来满足热网需求。
3.4热电解耦时间的确定
热电解耦时间越长，改造投资越高，但机组参与深度调峰的灵活性也越大。在保证供热的前提下，甚至机组可以实现以纯凝方式运行。冬季是风能资源较为丰富的季节，夜间用电负荷低，热电联产机组发电挤占风电夜间上网的空间，导致此时段内风电消纳困难显著增加。电网对火电机组夜间6小时内参与深度调峰的需求最为迫切，推荐热电解耦时间为6小时。
4.电蓄热调峰设备容量选择
4.1 蓄热水罐系统
本项目蓄热系统与供热外网直接连接，蓄热水罐采用2×1500m³常压水罐，最高耐受温度小于98℃，蓄热时间 6 小时，蓄热能力约为 23MW/h，进出口温度为 95/50℃。机组调峰时供热后富裕电量转换成热水蓄热，用电高峰该部分热量放出，减少抽汽，增加机组出力。
完整的蓄热系统包括蓄能罐、升压泵、除污器、蓄热管线、制氮系统及附属系统等，根据原供热系统供回水压力及运行数据，配置2台变频放热升压泵设置在冷水进出口管路系统。蓄能罐本体采用钢结构，为防止顶部腐蚀设置一套制氮系统。
4.2 电极锅炉系统
本项目电极热锅炉按每台40MW设计，共设5台，电能实时转化为热能，按电热转化效率95%计算，实时放热量190MW。在调峰时段，将调峰的电能转移到电极锅炉从而吸纳电能完成调峰任务。电极锅炉即时将电能转化为热能释放到热网，电极锅炉放热时先通过电加热一次水，一次水再通过换热器与二次水（即部分热网循环水）进行换热，最终所有放热量进入热网循环水，提升热网循环水水温。
改造后热网循环水先进入锅炉房自动排污过滤器除污，由热网循环水增压泵增压后进入电极锅炉一次加热，再回热网首站由采暖蒸汽进一步提高水温，达到外网要求后输出。本项目采暖热水网采用两级换热。一级网和二级网通过换热器间接连接，一级供热管网的供回水温度为130/70℃，流量9710t/h。新增4台热网循环水升压泵，流量2500 m3/h，扬程15m。
结论
以大型电极锅炉+蓄热罐为代表的电蓄热调峰技术，具有低电导率、零补水、快速电网调频、安全环保等特点。随着经济转型升级，新商业模式蓬勃发展，电网现状和电力系统调峰要求促进电蓄热调峰技术的研究和应用。在城市供暖建设中推广应用蓄热调峰设施，可以有效解决冬季热电厂的调峰需求，满足电网要求的同时保证城市供暖，对环保有积极作用，具有重要的现实意义。
参考文献：
[1] 考虑风电消纳的风电-电储能-蓄热式电锅炉联合系统能量优化[J].王振浩，杨璐，田春光，李国庆. 中国电机工程学报.2017（S1）
[2] 考虑储热装置的风电-热电机组联合优化运行策略[J].于婧，孙宏斌，沈欣炜. 电力自动化设备.2017（06）
论文作者:刘静茹,苗井泉,李延雷,尹书剑
论文发表刊物:《电力设备》2018年第26期
论文发表时间:2019/1/16
标签：蓄热论文; 机组论文; 负荷论文; 电极论文; 锅炉论文; 水罐论文; 电网论文; 《电力设备》2018年第26期论文;