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热电联产燃气机组“以热定电”策略的应用
2014年11月10日
信息来源: 华能集团
文/ 北京热电厂 供稿
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  北京热电厂燃机工程为“二拖一”联合循环机组,汽轮机在国内首次采用SSS离合器,可以在运行中方便的实现3种(纯凝、抽凝、背压)工况的自由切换,为供热季中选择运行方式提供了可能。自燃机工程2011年底投产后,北京热电厂发现设备上述特性造成机组群在不同运行工况下边际贡献差异很大,且电厂在燃机运营中始终面对着天然气价格高、燃机发电盈利的难度大等各项压力。鉴于此,北京热电厂开始寻求最佳的运行方式,期望通过开展这项工作实现最佳收益。

  一、核心内涵

  应用“以热定电”策略就是基于热电联产机组热电比越大、机组群循环热效率越高的特性,在供暖季中不再强求发电利用小时指标,而是采取以满足热-电收益最大化为优选运行方式。利用电厂燃气-蒸汽联合循环机组中,汽轮机SSS离合器投入后“背压”运行、冷源损失几乎为零的优势,争取提高电厂燃机对外部供热市场的热负荷至满足此“背压”运行工况的条件;在供热季这内,使燃机消耗相对少的全年固定的发电利用小时数指标,取得相对较大的收益,并为非供暖季中提升燃机负荷率、降低燃机发电气耗即发电煤耗水平埋下伏笔,最终实现全年最大收益;通过与热力集团实施小幅优惠折让热量方案,实现以电厂燃机供热替代部分热水炉供热,有效拉动全厂热效率提升。

  二、实施创建

  “以热定电”策略应用过程中,通过利用历史数据,按“分析-测算-落实”分步执行,具有很强的可操作性。

  (一)分析历史数据

  北京热电厂通过对燃机设计和运行历史数据中不同电热负荷工况下热耗、热电边际贡献等指标进行分析,确定在供暖季中“以热定电”的营销策略。

  1.建立热电边际贡献总额的分析模型,即热电边际贡献总额=供热收入+发电收入-天然气燃料成本。考虑燃机供热电厂特性,且燃料成本在边际贡献中权重很大,因此,将存在一个最佳的电热负荷匹配点,能够实现最大边际贡献。

  2.在此基础上,电厂先后对燃机运行中的热耗、发电气耗、上网负荷以及热电边际贡献特性进行分析,最终获得以下结论:

  ①定电负荷时,热负荷增长会带来热电边际贡献增加。

  ②定热负荷时,电负荷增长会带来热电边际贡献增加,但在一定变化范围内,存在受电负荷增加,热电边际贡献反而降低的情况。

  ③天然气耗量基本相同的情况下,伴随电负荷向热负荷转移,热电边际贡献增加,在完全切换为“背压”工况时,热电边际贡献最大。

  (二)测算运行方式

  结合电热市场、燃料供应情况,分析测算燃机在供暖季中运行工况,确定该环境下燃机最有可能获得的收益最大的运行方式。

  1.构建边界条件

  通过分析,北京热电厂燃机运行主要受三方面外界因素限制,即天然气量、供热量、发电量。

  ①电厂地处北京,供暖季中燃气供应紧张,从历史经验看,每月分配到的天然气总量约1亿标准立方米。

  ②从供热市场需求和燃机供热管网实际情况分析,最大供热负荷限制在每小时1850~2000吉焦,对应“背压”发电负荷区间为56.5~65.6万千瓦。

  ③从北京地区电力需求和负荷分配分析,电厂燃机供暖季中单月发电量一般在4.2亿千瓦时。

  2.选择最佳工况

  以天然气量为首要边界条件,北京热电厂总结出6种理论上可能实现的典型工况。根据供热量、发电量进行预测和综合考虑,确定较有可能实现的,且边际收益较大的运行工况。

  (三)落实协调组织

  1.为确保燃机能够执行测算得到的最佳收益下“背压”运行方式,北京热电厂对外沟通、协调电力、热力调度部门,抢占燃机供热市场,争取燃气-蒸汽联合循环机组群在“背压”方式下,更高的热量带动更高的电负荷。

  为使供热量能够争取到位,电厂同热力集团进行协商,用燃机供热量替代电厂天然气热水炉和燃气集团天然气热水炉供热量,并对部分供热量实施小幅折算优惠,以这一营销策略实现热力集团和电厂双赢的运营模式,提高预期运行方式实现的可能性。

  为使发电负荷能够维持在测算“背压”方式的电负荷范围内,电厂在北京市供暖季保障居民供热为重要任务的背景下,向市调提交热电负荷曲线,按节能调度的思路同电网积极沟通,合理申请燃机电负荷,避免因电网调度频繁调峰造成燃机运行在低收益区间。

  2.为确保燃机能够安稳维持“背压”运行,电厂组织营销部、策划部、运行部、燃机设备部倾力合作。其中,营销部负责对外沟通,收集电力市场及热力市场信息,协调电力和热力调度;策划部负责评价考核,设立能耗目标并监督完成情况,组织实施设备管理;运行部负责落实执行,开展“以日保月”工作,沟通、争取每日热量和电量,并保证机组安全、经济、环保、长周期连续运行;燃机设备部负责维护保障,及时消除影响安全、经济、环保的缺陷,维持机组性能,确保机组设备能提供高质量的电热产品。

  三、收获成效

  北京热电厂2014年1月通过全月实施“以热定电”策略,较2013年1月份(部分“背压”供热)增加热电边际贡献总额1231万元;较2013年12月份(“抽凝”供热)增加热电边际贡献总额1208万元;较2012年11月份(纯凝、月累计发电量最大)增加热电边际贡献总额3716万元;较2013年5月份(纯凝、月累计发电量类似1月)增加热电边际贡献总额6963万元;并最终通过应用本成果,在燃机电价未落实的情况下,首次实现了月度盈利。

  2013~2014年供暖季通过应用“以热定电”策略,电厂热电边际贡献总额同比2012~2013年度供暖季共计增加1796万元。其中,供暖季期间“背压”发电7亿千瓦时,较采取“纯凝”运行方式节省发电成本10500万元,较采取“抽凝”运行方式节省发电成本5600万元。

  此外,由于北京市燃机全年利用小时固定,北京电厂通过在供暖季中控制发电量,减少该期间利用小时,就是增加非供暖季中利用小时,在同等条件下相应提升负荷率。考虑到燃机纯凝运行时的负荷率直接影响气耗,在供暖季实施的“以热定电”策略就为提升非供暖季燃机热效率、增加非供暖季热电边际贡献也打下基础。

  四、推广价值

  对于可“抽凝”、“背压”供热转换的机组,采用“背压”“以热定电”的策略定位运行方式,具有较高的经济性,能够明显增加收益。

  对于其他电厂,也可以参照“以热定电”策略实施过程,通过开展各工况下的历史数据分析,主动争取有利的热电市场,筹划得到收益最大的运营模式。

  除电厂外,对电力调度部门而言,如果在调度运营中对各电厂通盘考虑“以热定电”策略思路,有希望进一步提升电网范围中的能源利用率,具有很大的节能潜力。

  
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