熱電廠非供暖季負(fù)荷分布及峰谷特征分析

尹星 李宗慧 李飛 程思博 石戰(zhàn)勝 潘威丞 王彤

中圖分類號：TM621DOI：10.16660/j.cnki.1674-098x.2204-5640-6285

基金項(xiàng)目：華電集團(tuán)重點(diǎn)科技項(xiàng)目（項(xiàng)目編號：CHDKJ-2021-01-01）;國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（項(xiàng)目編號：51876212）。

作者簡介：尹星（1990—），男，本科，工程師，研究方向?yàn)殡娏Νh(huán)保。

通信作者簡介：李宗慧（1982—），女，博士，正高級工程師，研究方向?yàn)殡娏Νh(huán)保及能源科技戰(zhàn)略研究。E-mail：zonghui-li@chder.com。

摘要：碳達(dá)峰、碳中和背景下，熱電廠負(fù)荷特征在供暖季內(nèi)外表現(xiàn)出很大的差異，非供暖季需要適應(yīng)火電廠低負(fù)荷運(yùn)行逐漸常態(tài)化的新形勢，并需要充分考慮火電與新能源的區(qū)域聯(lián)動。本文選取了典型煤電供熱機(jī)組，對其全年負(fù)荷進(jìn)行了數(shù)據(jù)提取及統(tǒng)計(jì)，并對夏季峰谷時(shí)段負(fù)荷分布特征進(jìn)行了系統(tǒng)分析。研究結(jié)果有望為火電高質(zhì)量發(fā)展提供數(shù)據(jù)支撐。

關(guān)鍵詞：峰谷 ?負(fù)荷 ?供熱機(jī)組 ?非供暖季 ?大數(shù)據(jù)分析

Analysis of Load Distribution and Peak-Valley Characteristics of Thermal Power Plant?in Non-Heating Season

YIN Xing1??LI Zonghui2*?LI Fei3 ?CHENG Sibo2???SHI Zhansheng2

PAN Weicheng2??WANG?Tong2

（1.Hebei Huadian Shijiazhuang Yuhua Thermal Power Co.， Ltd.， Shijiazhuang， Hebei Province， 051430 China;?2.Huadian Electric Power Research Institute Co.，?Ltd.，?Beijing， 100039 China;3.Institute of Process Engineering， Chinese Academy of Sciences，?Beijing， 100190 China）

Abstract：?Under the background of carbon peak and carbon neutralization，?the load characteristics of thermal power plants show great differences between heating?and non-heating?season. The non heating season needs to adapt to the new situation of the gradual normalization of low load operation， and the regional linkage between thermal power and new energy needs to be fully considered. This paper selects typical coal-fired heating units， extracts and counts the annual load， and systematically analyzes the load distribution?and?peak-?valley characteristics?in summer. The results are expected to provide data support for the high-quality development of heating unit.

Key Words：?Peak-valley;?Load; Heating unit;?Non-heating season; Big data analysis

熱電廠在維護(hù)能源安全、保民生方面發(fā)揮著堅(jiān)實(shí)作用，熱電機(jī)組的利用小時(shí)數(shù)一般相對較高。然而，碳達(dá)峰、碳中和背景下^{[1， 2]}，熱電機(jī)組，特別是燃煤熱電機(jī)組，在非供暖季，其負(fù)荷特征與純發(fā)電機(jī)組非常接近，同樣需要適應(yīng)火電廠中低負(fù)荷運(yùn)行逐漸常態(tài)化的新形勢，并需要充分考慮火電與新能源協(xié)同發(fā)展等碳達(dá)峰模式^[3]。

火電與新能源的區(qū)域聯(lián)動越來越密切，峰谷電價(jià)差異在發(fā)電側(cè)逐漸得到實(shí)施，相關(guān)研究越來越多，如陳宜等研究了多能互補(bǔ)系統(tǒng)中電價(jià)峰谷差對系統(tǒng)集成優(yōu)化設(shè)計(jì)的影響^[4]。??然而，目前新能源及儲能成本定位、共享機(jī)制前景尚不明確，新能源裝機(jī)越來越多，過于依賴峰谷電價(jià)差的項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)增加，甚至也可能動搖負(fù)荷側(cè)儲能商業(yè)模式根基，必須動態(tài)考慮供需變化。對歷史運(yùn)行負(fù)荷及未來負(fù)荷潛在降低風(fēng)險(xiǎn)估計(jì)不足，可能形成錯(cuò)誤的供需信號，甚至可能造成價(jià)格倒掛。對供熱機(jī)組非供暖季負(fù)荷特征的系統(tǒng)研究，有助于促進(jìn)熱電機(jī)組高質(zhì)量發(fā)展轉(zhuǎn)型。

本文選取了京津冀地區(qū)的以煤為燃料的典型熱電廠，對供暖季和非供暖季的運(yùn)行工況進(jìn)行了系統(tǒng)分析，并對考慮峰谷時(shí)段的負(fù)荷分布進(jìn)行分別統(tǒng)計(jì)。前期研究結(jié)果已經(jīng)在2021年為環(huán)保低碳改造工程提供了數(shù)據(jù)支撐，并有望為京津冀地區(qū)同類型機(jī)組供熱潛力拓展、峰谷電價(jià)政策調(diào)整應(yīng)對、潛在負(fù)荷降低風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對及儲能配套提供數(shù)據(jù)支撐。

1 數(shù)據(jù)采集

本文以某電廠2*300MW亞臨界機(jī)組為研究對象，包括1#機(jī)組和2#機(jī)組，于2009 年投產(chǎn)，均為供熱機(jī)組，供暖季熱電聯(lián)產(chǎn)，供暖季外發(fā)電全部上網(wǎng)。

由于2021年我國煤炭價(jià)格波動過于劇烈，一定程度上掩蓋了實(shí)際需求，為避免較大的預(yù)測偏差，選取了較為平穩(wěn)的、典型的2020年的數(shù)據(jù)為分析對象。全年采樣間隔10min，采樣周期1年;夏季工況采樣間隔1min，時(shí)長4周。

2 結(jié)果與討論

2.1 負(fù)荷曲線

首先對2臺機(jī)組的全年負(fù)荷數(shù)據(jù)進(jìn)行了數(shù)據(jù)采集及分析，如圖1所示。機(jī)組負(fù)荷基本在50%以上，暫未進(jìn)行深度調(diào)峰，供暖季負(fù)荷相對較高，非供暖季負(fù)荷波動明顯，同時(shí)1#機(jī)組在非供暖季存在較長時(shí)間的檢修期。但在夏季，特別是7月中旬到8月中旬，2臺機(jī)組的實(shí)時(shí)負(fù)荷也有較大的差異，一臺機(jī)組高負(fù)荷、另一臺機(jī)組低負(fù)荷的情況頻繁出現(xiàn)，如圖2所示，研究認(rèn)為，這一方面是由于電網(wǎng)的實(shí)時(shí)調(diào)度，另一方面也存在負(fù)荷整體不夠高的情況。

2.2 非供暖季負(fù)荷特征

供熱機(jī)組非供暖季與供暖季表現(xiàn)出完全不同的行為。供暖季始終維持在中高負(fù)荷，不安排停機(jī)檢修等任務(wù)，但非供暖季則與純凝機(jī)組接近，接下來對非供暖季的負(fù)荷特征進(jìn)行了分析?？紤]到較長的檢修期，會對機(jī)組正常運(yùn)行負(fù)荷統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)造成過大的偏差，因此按去除檢修期進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。首先用標(biāo)準(zhǔn)的中高負(fù)荷比例分類方法進(jìn)行研究，按照50%、75%及滿負(fù)荷分檔，實(shí)際由于100%滿負(fù)荷的情況幾乎為零，因此將不低于90%負(fù)荷的工況按滿負(fù)荷進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。由圖3可見，占比最高的是中低負(fù)荷，50%～75%負(fù)荷高達(dá)62%，低于50%負(fù)荷比例為4.4%，二者合計(jì)接近2/3。近滿負(fù)荷比例為8.7%，75%～90%負(fù)荷比例為24.9%。這意味著高負(fù)荷潛力較小，存在較高的負(fù)荷降低風(fēng)險(xiǎn)。

在對夏季負(fù)荷進(jìn)行系統(tǒng)分析時(shí)，常規(guī)的中高負(fù)荷分類已不能滿足研究需要，因此按10%遞增進(jìn)行分類，如圖4和圖5所示。占比最高的是50%～60%負(fù)荷，比例高達(dá)34%～43%，這意味著超1/3的時(shí)間機(jī)組在低限運(yùn)行;其次是60%～70%負(fù)荷，也已經(jīng)接近30%。這里呈現(xiàn)出一個(gè)很有意思的結(jié)果，如果不考慮低于50%的工況，不管是1#機(jī)組還是2#機(jī)組，隨著負(fù)荷增加，占比逐漸降低，同時(shí)其近滿負(fù)荷比例平均只有6.1%，甚至低于去除檢修期后的1#和2#合計(jì)供暖季外負(fù)荷比例均值。

2.3 夏季峰谷時(shí)段負(fù)荷分布

在供暖季外，該廠所發(fā)電量全部供應(yīng)河北電網(wǎng)，由居民用電和工業(yè)用電混合消納。在夏季高峰負(fù)荷期間，空調(diào)負(fù)荷占城市用電量的40%以上，有助于預(yù)測新能源的削峰潛力^[5]。接下來參考河北電網(wǎng)居民峰谷電價(jià)^[6]，對7月17日至8月14日共4周的負(fù)荷按尖峰平谷時(shí)段分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，研究了夏季峰谷時(shí)段負(fù)荷分布情況。由表1可見，2臺機(jī)組雖然實(shí)時(shí)負(fù)荷差異較大，但機(jī)組平均負(fù)荷非常接近，最低平均負(fù)荷為59.27%，最高平均負(fù)荷為76.29%，普遍在60%～75%之間。發(fā)電量全部上網(wǎng)，由電網(wǎng)統(tǒng)一調(diào)度，還是表現(xiàn)出了較為明顯的谷電特征，0-8時(shí)段機(jī)組負(fù)荷分別為60.63%和59.57%，考慮到穩(wěn)定運(yùn)行負(fù)荷下限為50%左右，研究認(rèn)為，在0-8時(shí)段，甚至8-11的平電時(shí)段里，機(jī)組大部分時(shí)間都處于低位運(yùn)行狀態(tài)。由圖6可見，雖然尖峰時(shí)段負(fù)荷相對偏高，但整體負(fù)荷仍然不高，最高平均負(fù)荷75.97%出現(xiàn)在16-17。11-12和21-22時(shí)段作為居民用電的尖峰時(shí)段，平均負(fù)荷也只有70%左右，白天的負(fù)荷也沒有較為明顯的峰電特征，雖然實(shí)際運(yùn)行中只有6.1%的時(shí)間出現(xiàn)了90%以上的近滿負(fù)荷。這可能意味著區(qū)域電網(wǎng)發(fā)電能力較為充足，未來電力市場潛力偏小。即使用電量有一定增加，由于大量新能源發(fā)電項(xiàng)目的建設(shè)，熱電機(jī)組發(fā)電負(fù)荷可能仍會降低。

建議后續(xù)改造項(xiàng)目中更應(yīng)該結(jié)合負(fù)荷實(shí)際情況，傳統(tǒng)的以100%負(fù)荷為基準(zhǔn)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，在新經(jīng)濟(jì)形勢下，很可以并不能帶來預(yù)期的節(jié)能降耗效果 ，需要結(jié)合歷史負(fù)荷數(shù)據(jù)并進(jìn)行合理預(yù)測，進(jìn)行個(gè)性化的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

考慮到該廠周邊建設(shè)建制鎮(zhèn)整體推進(jìn)屋頂光伏項(xiàng)目以及二期燃?xì)饧児犴?xiàng)目，區(qū)域協(xié)同下，設(shè)置20%甚至更高的供熱能力拓展，從電力供應(yīng)上是安全的，有利于熱電廠的健康發(fā)展。

3 結(jié)語

我國能源安全面臨重重挑戰(zhàn)，熱電機(jī)組在北方城市的穩(wěn)定運(yùn)行中發(fā)揮著重要作用，對機(jī)組進(jìn)行長時(shí)間段負(fù)荷跟蹤及詳細(xì)分析很有意義。隨著新能源裝機(jī)容量進(jìn)一步增加，考慮到“雙碳”背景下火電利用小時(shí)候可能仍有較大的下降空間，極有可能面臨更為嚴(yán)峻的靈活性改造壓力，應(yīng)在保證民生供暖、保證供電安全的前提下，充分發(fā)揮供熱機(jī)組優(yōu)勢，積極挖掘本地供熱潛力。隨著我國電力市場改革的持續(xù)深入，目前已實(shí)行上網(wǎng)電價(jià)峰谷價(jià)差，筆者將對后續(xù)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行持續(xù)跟蹤。

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