基於熱動態響應的供熱機組調峰調頻關鍵技術開發及工程應用

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基於熱動態響應的供熱機組調峰調頻關鍵技術開發及工程應用隨着新能源電力和儲能技術的不斷發展，火電在裝機占比、發電量、電價經濟性方面的基礎性地位可能發生轉變，火電為了求得生存，必須發揮在負荷調節方面的優勢。

目錄

一、課題來源與背景

隨着新能源電力和儲能技術的不斷發展，火電在裝機占比、發電量、電價經濟性方面的基礎性地位可能發生轉變，火電為了求得生存，必須發揮在負荷調節方面的優勢。自直流外送通道投入運行，新疆電網處於交直流混聯的複雜運行工況，直流閉鎖時有發生，電網安全運行風險大幅攀升，新能源消納壓力巨大，對機組的調峰調頻能力要求日益提高，考核也更加嚴格。在此背景下，由新疆電科院牽頭，聯合新疆新能烏魯木齊電力建設調試所、華北電力大學（保定）、新疆昌吉特變能源有限責任公司、河北榮春能源科技有限公司開展此項研究。本項目針對供熱期內供熱發電機組「以熱定電」工況下深度調峰的矛盾，AGC和一次調頻性能指標難以滿足電網快速調峰調頻需求的問題，以抽汽供熱發電機組、熱網和熱用戶的熱量動態響應為研究對象，通過特性分析、理論研究、仿真分析、模擬試驗等手段，提出優化改造方案並開展工程應用，大幅提高供熱機組的調峰調頻能力。

二、技術原理：

課題研究成果具有廣泛的應用範圍，從廣義角度說，只要機組具備獨立的調節供熱負荷和發電負荷的手段，就具備實施本項目的基本條件。項目研究機組穩態供熱抽汽工況下的熱力特性參數，採用半經驗判別式和改進型FLUGEL公式實現了多種結構形式的汽輪發電機組高精度變工況熱力計算，搭建了模塊化的可分解熱力系統混合模型，實現了多種結構形式下汽輪機組高精度變工況熱力計算，通過建立輔助變量與待測變量之間的數學模型，得到待測變量的計算值，解決了狀態參數在線擬合難題。研究機組抽汽工況下暫態負荷響應特性，首次引入低壓缸功率修正係數提高經典汽輪機仿真模型在抽汽工況下的擬合度，並定量得出因機組抽汽帶來的負荷下降量和容積時間常數。利用熱網及熱用戶的熱慣性，優化機組供熱-發電能量流動過程，建立基於熱網系統、熱用戶的多影響因子溫度場動態分析模型，獲得了負荷響應的分布規律，優化控制策略，提高發電負荷側的功率響應速率，提升供熱機組的調峰調頻能力。

三、性能指標

本項目要求的主要性能指標包括：

1)在抽汽工況下供熱機組的具備20-50%的裝機容量的調峰能力，

2)供熱機組冬夏兩種工況下的變負荷速率提高到2-4%裝機容量每分鐘;

3)一次調頻的平均月合格率大於70%，年獎勵電量大於考核電量。

實際達到的性能指標包括：

1)改造後供熱機組增加20%額定容量的調峰能力，最小技術出力達到40%額定容量。

2)純凝工況機組負荷升降速率設置為7MW/min（2%Pe/min），實際速率能達到7.5MW/min（2.14%Pe/min），供熱工況機組實際負荷升降速率為10.5MW/min（3%Pe/min），為適應電網《兩個細則》考核要求，負荷指令變化初期和後期短時間負荷升降速率達到14MW/min（4%Pe/min）。

3)一次調頻的月合格率保持在70%以上，單台機組年度可獲得調頻調峰積分1600分以上（電量補償）。

四、創造性與先進性

創新點1：

採用頻差擾動試驗，建立汽輪機調節級壓力和功率變化曲線，進而擬合得到低壓缸功率修正係數，修正傳統電網-汽輪機抽汽工況下機組仿真模型，提高了仿真結果的精度。 創新點2：

利用半經驗判別式和改進型FLUGEL公式，搭建了模塊化、可分解熱力系統計算混合模型，實現了多種結構形式的汽輪機組高精度變工況熱力計算，解決了狀態參數的在線擬合難題。 創新點3：基於熱網系統及建築物的熱慣性，建立熱網系統、熱用戶等多影響因子溫度場的動態分析模型，提出了機-爐-熱協調的供熱機組調峰調頻控制策略，提升了不同抽汽工況下的機組調峰調頻能力。