在能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級的背景下，新能源發(fā)電占比逐年增加。傳統(tǒng)火電機(jī)組不僅要降低出力，給新能源電源騰出空間，還要在新能源出力不足的時(shí)候及時(shí)補(bǔ)充。這就要求火電機(jī)組在50%額定負(fù)荷以下范圍仍能安全穩(wěn)定運(yùn)行。因此，需要開展燃煤機(jī)組深度調(diào)峰性能評估及優(yōu)化關(guān)鍵技術(shù)的研究和實(shí)踐。
11月15日，冀北電力科學(xué)研究院收到京能集團(tuán)岱海電廠傳來的消息：4號機(jī)組通過自動(dòng)負(fù)荷控制（AGC）深度調(diào)峰至15%額定負(fù)荷后，運(yùn)行平穩(wěn)，各項(xiàng)指標(biāo)均符合華北網(wǎng)調(diào)要求。岱海電廠稱贊了冀北電科院在深度調(diào)峰工作中提供的技術(shù)支撐。
冀北電科院是國內(nèi)最早開展火電靈活性提升工作的研究機(jī)構(gòu)之一。2018年，冀北電科院配合國網(wǎng)華北分部和岱海電廠在國內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)AGC方式下的20%深度調(diào)峰，驗(yàn)證了基于國內(nèi)典型亞臨界機(jī)組實(shí)現(xiàn)深度調(diào)峰和涉網(wǎng)性能的可行性。今年，冀北電科院電源專業(yè)在岱海電廠4號機(jī)組成功試驗(yàn)15%額定負(fù)荷深度調(diào)峰，積累了豐富經(jīng)驗(yàn)，逐步掌握了一整套助力燃煤火電機(jī)組實(shí)現(xiàn)深度調(diào)峰運(yùn)行的性能評估及優(yōu)化技術(shù)。
完成15%額定負(fù)荷調(diào)峰試驗(yàn)
“大部分火電企業(yè)在役設(shè)備的設(shè)計(jì)性能并沒有考慮到30%額定負(fù)荷下長時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行的工況，15%額定負(fù)荷更是極端工況，可以說是控制方式的顛覆性變革?！?1月18日，回顧岱海電廠4號機(jī)組15%額定負(fù)荷調(diào)峰試驗(yàn)時(shí)，冀北電科院科技部副主任左川說出了試驗(yàn)的難點(diǎn)。
為了解決這一難題，冀北電科院技術(shù)人員先要對機(jī)組進(jìn)行全面的“體檢”——重點(diǎn)關(guān)注三大主機(jī)（鍋爐、汽機(jī)、發(fā)電機(jī)系統(tǒng)）和熱控系統(tǒng)，找到低負(fù)荷運(yùn)行中的各類影響安全穩(wěn)定的問題，再通過設(shè)備改造和優(yōu)化調(diào)整等一系列綜合治理技術(shù)逐一解決。
9月18日，岱海電廠4號機(jī)組正在進(jìn)行15%～50%額定負(fù)荷深度調(diào)峰的最后一項(xiàng)測試——自動(dòng)電壓控制試驗(yàn)。在岱海電廠二期集控室里，技術(shù)人員關(guān)注著屏幕上各項(xiàng)關(guān)鍵參數(shù)的變化情況。
由于15%的調(diào)峰邊界條件過于苛刻，冀北電科院做了大量前期工作，制訂了詳細(xì)的預(yù)案。參與此項(xiàng)工作的各專業(yè)每周做三次技術(shù)交底，多次進(jìn)行涉網(wǎng)性能評估、運(yùn)行特性分析、運(yùn)行場景模擬實(shí)驗(yàn)，力求調(diào)峰的操作過程匹配機(jī)組運(yùn)行的物理過程，達(dá)到全程自動(dòng)控制。
當(dāng)天，15%～50%額定負(fù)荷深度調(diào)峰系列試驗(yàn)全部完成。岱海電廠4號機(jī)組率先“探底”成功，成為全國首個(gè)具有深度調(diào)峰至15%額定負(fù)荷能力的亞臨界燃煤機(jī)組。
10月19日，“燃煤機(jī)組深度調(diào)峰性能評估及優(yōu)化關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用”課題獲得了2021年度中國電力科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。
助力燃煤機(jī)組高效運(yùn)行
11月15日，岱海電廠中央控制室內(nèi)，技術(shù)人員正在監(jiān)測鍋爐燃燒性能。監(jiān)控屏幕上顯示著原煤燃燒的各項(xiàng)性能指標(biāo)。
保證鍋爐燃燒穩(wěn)定性是深度調(diào)峰技術(shù)的難點(diǎn)之一。原煤在電站鍋爐實(shí)現(xiàn)可控穩(wěn)定燃燒，加熱水變成高溫高壓的蒸汽，去推動(dòng)汽輪機(jī)做功和發(fā)電。
“負(fù)荷降到20%及以下，如何設(shè)計(jì)并優(yōu)化磨煤機(jī)運(yùn)行方式、保證煤粉燃燒穩(wěn)定均勻不滅火、確保脫硫脫硝等環(huán)保系統(tǒng)正常運(yùn)行，是擺在鍋爐專業(yè)技術(shù)人員面前的一道道關(guān)卡?！奔奖彪娍圃哄仩t技術(shù)研究所所長程亮介紹。
2018年岱海電廠實(shí)現(xiàn)20%深度調(diào)峰之后，冀北電科院鍋爐專業(yè)的技術(shù)人員在現(xiàn)有設(shè)備的基礎(chǔ)上，開展了20%額定負(fù)荷工況下燃燒數(shù)值模擬研究和分析，確定了最佳磨煤機(jī)組合燃燒方式，提出燃燒設(shè)備改造方案并實(shí)施，確保鍋爐在20%額定負(fù)荷下燃燒、給水等所有系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，盡可能提高機(jī)組效率，降低發(fā)電煤耗。
火電機(jī)組具有高溫高壓特性，集材料、設(shè)計(jì)、制造、控制、熱力系統(tǒng)于一身，系統(tǒng)繁雜且相互影響。這么復(fù)雜的系統(tǒng)如何才能步調(diào)一致？這就需要分散控制系統(tǒng)（DCS）來實(shí)現(xiàn)。DCS可以實(shí)現(xiàn)對數(shù)萬個(gè)設(shè)備的精確控制，不僅能協(xié)調(diào)各系統(tǒng)安全運(yùn)行，還能根據(jù)電網(wǎng)的需求發(fā)揮升降負(fù)荷、調(diào)節(jié)電壓、穩(wěn)定頻率等作用。
DCS最重要的兩個(gè)工作就是AGC和一次調(diào)頻。冀北電科院熱控技術(shù)研究所副所長劉磊介紹：“我們對深度調(diào)峰條件下機(jī)組的特性進(jìn)行研究，建立此工況下的對象模型，結(jié)合數(shù)據(jù)挖掘以及分析算法和工具，設(shè)計(jì)了全新的深度調(diào)峰控制方案?！痹撗芯克偨Y(jié)多年的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，通過反復(fù)實(shí)踐和研究，首次實(shí)現(xiàn)了在20%以下額定負(fù)荷工況AGC方式調(diào)度和極端工況一次調(diào)頻功能，同時(shí)為火電廠輔助盈利模式提供了有益的嘗試。
擴(kuò)大深度調(diào)峰“朋友圈”
10月27日，冀北電科院技術(shù)團(tuán)隊(duì)赴國家能源集團(tuán)三河發(fā)電有限責(zé)任公司開展技術(shù)交流。團(tuán)隊(duì)圍繞常態(tài)化鍋爐穩(wěn)燃方式、深度調(diào)峰涉網(wǎng)性能等方面開展了技術(shù)分享。
2018年以來，冀北電科院積極推廣火電機(jī)組深度調(diào)峰技術(shù)，根據(jù)不同機(jī)組設(shè)計(jì)性能，創(chuàng)新性提出“一廠一策、一機(jī)一策”的方案，為電廠提供機(jī)組訂制化改造和靈活性深調(diào)方案。該院技術(shù)團(tuán)隊(duì)多次受邀到各大發(fā)電企業(yè)詳細(xì)講解火電機(jī)組調(diào)頻調(diào)峰性能提升應(yīng)對策略、火電機(jī)組深度調(diào)峰能力提升關(guān)鍵技術(shù)等，推廣火電機(jī)組深度調(diào)峰工作的核心技術(shù)。
2018年至今，冀北電科院電源專業(yè)在國家能源集團(tuán)、京能集團(tuán)、國投集團(tuán)、華潤電力、陜西榆能等企業(yè)的21臺機(jī)組上成功實(shí)施靈活性改造和深度調(diào)峰性能提升試驗(yàn)，裝機(jī)總?cè)萘窟_(dá)1476萬千瓦，累計(jì)促進(jìn)新能源電量消納38.56億千瓦時(shí)，相當(dāng)于減少碳排放338萬噸。據(jù)測算，此舉增加火電機(jī)組負(fù)荷低谷調(diào)峰能力共約410萬千瓦。
冀北電科院還積極參與冀北電力輔助服務(wù)市場建設(shè)，為有關(guān)政策、規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)制訂提供支撐和建議，協(xié)助冀北電網(wǎng)并網(wǎng)火電機(jī)組開展深度調(diào)峰市場收益測算與評估。年初至今，冀北電科院共為華北區(qū)域的40臺火電機(jī)組進(jìn)行鍋爐整體性能分析和認(rèn)證試驗(yàn)，覆蓋30萬到上百萬千瓦等級的亞臨界及超（超）臨界機(jī)組等各型機(jī)組，助力火電企業(yè)由電量供應(yīng)主體向靈活可調(diào)電源供應(yīng)主體的轉(zhuǎn)變。
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