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儲熱技術在火電廠靈活性改造中的應用

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2019年07月13日  

通過火電廠靈活性改造技術的比較分析,提高汽輪機供熱能力、降低機組強迫出力的技術,如汽輪機旁路、低壓缸零出力和高背壓循環水供熱技術等,增加了電廠低負荷運行能力,但高峰負荷時的頂負荷能力也隨之降低,在新的輔助服務市場規則下,帶來調峰收益損失;電極鍋爐和電鍋爐固體儲熱技術能夠大幅增加調峰能力,改造成本高、運行費用高;熱儲能技術在火電廠的應用,既能增加機組調峰深度,也能增加頂負荷能力,投資和運行成本較低,具有明顯優勢,通過對熔鹽、相變、熱水和混凝土儲熱技術在火電廠的應用分析比較,熔鹽和相變儲熱經濟性較差,熱水和混凝土儲熱具有較強的技術經濟優勢,而且混凝土儲熱密度更高,應用范圍更廣。


關鍵字:火電靈活性 混凝土儲熱 熱水儲能 相變儲熱 熔鹽儲熱


作者:張勇(江蘇中科智儲科技有限公司)


1、技術背景


在電力市場改革的背景下,清潔高效靈活運行已經成為火電行業轉型發展的重要目標,火電廠靈活性改造技術得到了越來越多的關注。選擇合適的靈活性改造技術是火電廠運營者最關心的問題,而這其中,靈活性改造成本,運行費用以及電力輔助服務市場規則下的調峰收益是選擇最合適改造技術的關鍵。最近發布的《東北電力輔助服務市場運營規則(暫行)》,市場規則得到進一步完善升級,新規則設計了尖峰旋轉備用市場日前競價機制,實現輔助服務市場“壓低谷、頂尖峰”全覆蓋,明確“能上能下”的雙向調峰機組才能獲得全部輔助服務收益,向火電機組提出了完整的靈活性標準,能夠激勵和引導火電廠采取合適的靈活性改造技術,全面提升機組調峰能力。


2、靈活性改造技術比較


目前火電廠靈活性改造主要面對的是“三北”地區供熱電廠在采暖季運行靈活性不足的問題,因此,提高供熱機組的調峰能力是靈活性改造的主要內容。供熱機組的靈活性改造主要分為三類,一是增加機組供熱能力,在滿足供熱負荷的條件下降低鍋爐出力,減小機組強迫出力,主要有汽輪機旁路供熱技術,低壓缸零出力供熱技術和高背壓循環水供熱技術等;二是電熱供暖調峰技術,將機組發出的電能轉化為熱能對外供暖,如電極鍋爐技術和電鍋爐固體儲熱技術;三是熱儲能調峰技術,將汽輪機內過剩的蒸汽熱能轉化為儲能介質的熱能存儲起來,如應用較多的熱水罐儲能技術,相變儲熱技術以及潛在的熔鹽熱儲能技術和混凝土儲熱技術等。


2.1、增加機組供熱調峰技術


增加機組供熱能力的調峰技術主要是將汽輪機內部蒸汽的做功份額減小,將其轉化為對外供暖的熱能,能夠降低汽輪機組的強迫出力,具有較強的調峰能力。汽輪機旁路供熱將做功能力較強的高溫高壓蒸汽抽出供熱,調峰潛力大,但存在較大的熱經濟損失,運行成本較高;低壓缸零出力技術將中壓缸排汽全部用于供熱,消除了冷源損失,運行費用較低;低壓缸高背壓循環水供熱技術既保留低壓缸部分做功能力,又消除了冷源損失,具有最佳的熱經濟性和運行成本優勢,但一般需要更換專門的低壓缸轉子,改造費用較高。這些技術的共同特點是減少蒸汽在汽輪機內部做功,增加供熱,擴展機組的低負荷運行范圍,如下圖1所示:


圖1:增加機組供熱能力的調峰示意圖


從上圖可以看出,在供熱負荷(綠線)不變的情況下,有效降低了機組的最低負荷;但值得注意的是,這種靈活性改造技術只能增加機組的低負荷調峰能力,不能增加機組高峰負荷時的頂負荷能力,甚至高背壓循環水供熱改造會降低機組的頂負荷能力,按照最新的輔助服務市場規則,屬于“能下不能上”的靈活性改造技術,不能帶來全面的調峰收益。


2.2、電熱供暖調峰技術


電熱供暖調峰技術主要有電極鍋爐和電鍋爐固體儲熱技術,不涉及熱電廠本體設備改造,對熱電廠正常運行影響較小。電極鍋爐和電鍋爐固體儲熱直接消耗電能,減少熱電廠對外供電,以此增加低負荷調峰能力,具有調峰深度大,運行靈活性好的優勢,但缺點是投資成本高,運行成本高,適合市場初期收益較高的深度調峰市場需求,隨著越來越多電廠的加入輔助服務市場,深度調峰需求越來越少,在以拼成本的市場競爭中,以電能為熱源的供熱調峰技術將難以獲得競爭優勢。


2.3、熱儲能調峰技術


熱儲能調峰技術是將機組變負荷運行時出現的過剩蒸汽熱量轉化為儲熱介質的熱能存儲起來,當需要時將熱能釋放,以此增加機組靈活性的調峰技術。例如,在采暖季供熱蒸汽出現過剩時,將多余熱能存儲到儲熱設備中,當電力負荷處于低谷時,減小鍋爐負荷和汽輪機出力,滿足機組低負荷調峰要求,供熱不足的部分由儲熱設備補充;當電力負荷處于高峰時,增加鍋爐負荷,減少汽輪機對外供熱,增強機組的頂負荷能力,供熱不足的部分由儲熱設備補充;從熱電廠供熱特性圖來看,熱儲能相當于將固定的供熱需求轉化為可變的供熱需求,拓展了熱電廠調峰運行范圍,如下圖2所示。


圖2:熱儲能調峰示意圖


如上圖所示,熱儲能使熱電廠具備了“雙向”調峰能力,即可增加熱電廠低負荷運行能力,也能增加高峰期的頂負荷能力,可以獲得完整的調峰收益,而且由于采用蒸汽作為熱源,熱儲能的熱經濟性好,運行成本低,因此熱儲能調峰技術具有最佳的技術經濟競爭優勢。


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