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純火電電網(wǎng)節(jié)能潛力分析

文檔作者：楊志平張培翟融融楊勇平文檔來(lái)源：華北電力大學(xué)教育部“電站設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與控制”重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京市“能源的安全與清潔利用”重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2022年02月25日
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第29卷第4期
2008年8月
能源技術(shù)
ENERGY TECHNOLOGY
V01．29 No．4
Aug． 2008
純火電電網(wǎng)節(jié)能潛力分析
楊志平，張培，翟融融，楊勇平
(華北電力大學(xué)教育部“電站設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與控制”重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京市“能源的安全與
清潔利用”重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京102206)
摘要：建立以火電機(jī)組煤耗特性為基礎(chǔ)的純火電電網(wǎng)能耗計(jì)算模型。利用這個(gè)模型計(jì)算某
電網(wǎng)在不同運(yùn)行條件下的電網(wǎng)供電煤耗率；分析計(jì)算結(jié)果，總結(jié)出電網(wǎng)供電側(cè)的各種節(jié)能潛力及其
對(duì)電網(wǎng)供電煤耗率的影響。
關(guān)鍵詞：純火電電網(wǎng)；煤耗特性；電網(wǎng)供電煤耗率；節(jié)能潛力
中圖分類(lèi)號(hào)：J242．3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1005—7439(2008}04—0203-03
Analysis for the Energy Saving Potential of Thermal—power Grid
YANG Zhi-ping，ZHANG Pei，ZHAIRong-rong。YANG Yong-ping
(MOE s Key Lab of Condition Monitoring and Control of Power Plant Equipment。Beijing City s Key La b of Safe and
Clean Utilization of Energy Resources，North China University of Electric Power，Beijing 102206，China)
Abstract：The model of thermal-power grid energy consumption was built on the basic of characteristic of
thermal power units coal consumption．By using this model，the grid coal consum ption rate of power supply of some
gird was calculated respectively under different conditions． By comparing the results，all kinds of energy saving
po tential in terms of the gird generating side are achieved as well as their influences on the grid coal consum ption
rate．
Keywords：Therm al-power grid； Characteristic of coal consumption energy saving potential； Grid coal
consumption rate of po wer supply
我國(guó)電網(wǎng)以火電為主，截至2007年底，我國(guó)總
裝機(jī)容量達(dá)到7．13億kW，其中火電裝機(jī)有
5．54億kW，占總裝機(jī)容量的77．7 ，發(fā)電量約占
全部發(fā)電量82．86 ，根據(jù)我國(guó)能源儲(chǔ)備情況，煤電
機(jī)組將在很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)承擔(dān)主要供電任務(wù)；但是，我國(guó)
目前火力發(fā)電的效率整體水平不高，2007年全國(guó)供
電煤耗357 g／kWh，與發(fā)達(dá)國(guó)家320 g／kWh相比仍
有37 g／kWh左右的差距[ ，節(jié)能潛力很大。
本文以純火電電網(wǎng)為研究對(duì)象，以火電機(jī)組煤
耗特性為基礎(chǔ)，建立了電網(wǎng)能耗計(jì)算模型，并利用模
型對(duì)各種影響煤耗的因素進(jìn)行分析，這些因素包括
負(fù)荷調(diào)度方式、不同類(lèi)型機(jī)組間的煤耗差異、電源結(jié)
構(gòu)、實(shí)際煤耗與設(shè)計(jì)煤耗的差異等。通過(guò)計(jì)算不同
條件下某純火電電網(wǎng)2006年夏季典型日的能耗，總
結(jié)電網(wǎng)的節(jié)能方向，以及各種節(jié)能潛力對(duì)電網(wǎng)供電
煤耗率影響。
1 火力發(fā)電機(jī)組的煤耗特性
一個(gè)火電廠(chǎng)通常有多個(gè)單元火電機(jī)組，火力發(fā)
電機(jī)組的耗量特性即為運(yùn)行時(shí)燃料耗量B與輸出
電功率P的關(guān)系特性。機(jī)組燃料耗量B與發(fā)電功
率P 的關(guān)系復(fù)雜，通?？捎靡粋€(gè)二次曲線(xiàn)近似表
示，當(dāng)然也可用更高次的曲線(xiàn)來(lái)近似，但實(shí)踐表明次
數(shù)增高并不能顯著提高表達(dá)式的準(zhǔn)確程度，只會(huì)使
問(wèn)題的解析處理復(fù)雜化[2]。
同時(shí)，一般能夠收集到的火力發(fā)電機(jī)組煤耗特
性曲線(xiàn)都是基于設(shè)計(jì)工況或熱力試驗(yàn)工況，但是熱
力試驗(yàn)與實(shí)際運(yùn)行時(shí)的熱力系統(tǒng)、設(shè)備完善程度、運(yùn)
行條件、統(tǒng)計(jì)時(shí)間都有很大差別，實(shí)際運(yùn)行煤耗率高
于熱力試驗(yàn)值或設(shè)計(jì)值是很難避免的，并隨機(jī)組運(yùn)
行時(shí)間的推移差距加大[3]。因此，為了更好的接近
實(shí)際運(yùn)行，本文中在計(jì)算能耗時(shí)使用了煤耗修正系
． 203 ·
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楊志平等：純火電電網(wǎng)節(jié)能潛力分析
數(shù)是：
是=赭糟
2 電網(wǎng)能耗計(jì)算模型
根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)了以下幾種運(yùn)行條件。
(1) 3·1 關(guān)停100 MW 以下小火電機(jī)組
模型中，單個(gè)火電機(jī)組煤耗量計(jì)算過(guò)程(見(jiàn)圖
1)：首先根據(jù)一定的負(fù)荷調(diào)度原則得到電網(wǎng)中每臺(tái)
機(jī)組負(fù)荷，然后根據(jù)煤耗特性曲線(xiàn)得到該機(jī)組的理
論標(biāo)準(zhǔn)煤耗量(根據(jù)設(shè)計(jì)工況或熱力試驗(yàn)工況下的
煤耗特性曲線(xiàn)求得)，再乘以煤耗修正系數(shù)算出實(shí)際
煤耗量。
負(fù)荷 煤耗特性 煤耗修正
費(fèi)暑 器生箍旦
圖1 單個(gè)火電機(jī)組的煤耗量計(jì)算過(guò)程
當(dāng)有竹臺(tái)火電機(jī)組承擔(dān)電網(wǎng)負(fù)荷，設(shè)其中第i
臺(tái)隨時(shí)間的負(fù)荷函數(shù)為P (￡)，理論標(biāo)準(zhǔn)煤耗量和
煤耗修正系數(shù)分別為B (P )和是 ，則t 到tz時(shí)段
內(nèi)電網(wǎng)總標(biāo)準(zhǔn)煤耗量B -為：
B10I一Σ B -一Σ Bi[ ￡) 一
Σ I [口 P )。+ P )+c
fΣP —P。一0
I
約束條件：{ (Pi,max)～P ≥ (2)
I
1只， ≤ 只≤ 只．一
式中：Po為電網(wǎng)總負(fù)荷；只， ，P ． 為機(jī)組最小出
力和額定出力(最大出力)； 為系統(tǒng)最小備用容量，
是個(gè)常數(shù)；a ，b ，c 是機(jī)組i煤耗特性關(guān)系式中的
系數(shù)。
則t 到tz時(shí)段內(nèi)電網(wǎng)供電煤耗率6 l為：
Σ是 ·B l
一— 一
、‘
． f [口 P + (￡)+ 3d￡
d
ΣP (￡)·(￡2一t1) (3)
式中：Q 是電網(wǎng)中第i臺(tái)火電機(jī)組t 到t。時(shí)段內(nèi)的
發(fā)電量。
3 電網(wǎng)運(yùn)行條件的選擇
為了分析電網(wǎng)能耗情況和節(jié)能潛力，研究工作
· 204 ·
火電機(jī)組容量的不同，煤耗和污染物排放量差
別很大：正常大型高效發(fā)電機(jī)組供電煤耗為290~-
340 g／kWh；中小機(jī)組則達(dá)到380 500 g／kWh，發(fā)
同樣的電量，要比大機(jī)組多耗煤3O ～5O 。目
前，全國(guó)單機(jī)容量為1O萬(wàn)kW 及以下小的火電機(jī)組
1．15億kW，占火電裝機(jī)容量的24 。過(guò)高的小火
電機(jī)組比重是目前我國(guó)電力工業(yè)煤耗高的主要原
因_4]。因此，本文要以此為計(jì)算條件，通過(guò)實(shí)際計(jì)算
得到關(guān)停小火電對(duì)整個(gè)電網(wǎng)能耗水平的影響。
3．2 忽略煤耗修正系數(shù)
火電機(jī)組在實(shí)際運(yùn)行的煤耗之所以高于設(shè)計(jì)值
原因很多，包括大量可控和不可控的因素，其中可控
因素主要有機(jī)組的運(yùn)行工況、工作人員操作水平、設(shè)
備安裝水平等，不可控因素主要有煤質(zhì)、外界環(huán)境、
機(jī)組老化等。在運(yùn)行中為了減小煤耗，使之盡可能
達(dá)到理論值，或者讓煤耗修正系數(shù)是盡可能接近1，
就應(yīng)該盡量減少可控因素的影響、減弱不可控因素
的影響。那么，煤耗修正系數(shù)到底對(duì)能耗產(chǎn)生多大
影響也是一個(gè)值得討論的問(wèn)題。
3．3 不考慮同容量級(jí)別機(jī)組之間的能耗差異
同容量級(jí)別的機(jī)組由于使用的發(fā)電技術(shù)不同，
設(shè)計(jì)生產(chǎn)和安裝不同，能耗有高低之分。以
300 MW機(jī)組為例，根據(jù)2006年全國(guó)火電機(jī)組競(jìng)賽
統(tǒng)計(jì)值，參加競(jìng)賽的313臺(tái)機(jī)組平均供電煤耗率為
338．60 g／kwh，而最優(yōu)值僅312．89 g／kwh。在算
例中，為了比較這一差異對(duì)整個(gè)供電煤耗率的影響
分析節(jié)能潛力，根據(jù)實(shí)際情況，對(duì)同容量級(jí)別的火電
機(jī)組使用統(tǒng)一較優(yōu)煤耗率值，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。
3．4 負(fù)荷調(diào)度方式
節(jié)能調(diào)度是在各機(jī)組間進(jìn)行合理的負(fù)荷分配，
使總標(biāo)準(zhǔn)煤耗量B 最小，以達(dá)到有效節(jié)能降低供
電成本。由公式(2)可以看出，該負(fù)荷優(yōu)化分配模型
屬于二次規(guī)劃問(wèn)題，可以借助MATLAB中的優(yōu)化
工具箱中的quadprog()函數(shù)為火電廠(chǎng)發(fā)電機(jī)組負(fù)
荷進(jìn)行優(yōu)化分配。這種優(yōu)化方法具有編程簡(jiǎn)單、快
速準(zhǔn)確的特點(diǎn)，而且能夠得到比等微增率法更為優(yōu)
化的結(jié)果；尤其當(dāng)機(jī)組臺(tái)數(shù)較多的情況下效果更
明顯 。
作為比較，本文還將對(duì)現(xiàn)行計(jì)劃調(diào)度進(jìn)行計(jì)算。
根據(jù)調(diào)研，算例中電網(wǎng)現(xiàn)行的仍然是按照年度計(jì)劃
實(shí)施發(fā)電調(diào)度的方式，即由政府相關(guān)部門(mén)制定發(fā)電
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年度計(jì)劃，然后由電網(wǎng)調(diào)度部門(mén)按照發(fā)電年度計(jì)劃
制定月度發(fā)電計(jì)劃和日發(fā)電計(jì)劃調(diào)度執(zhí)行。這種調(diào)
度方式主要為了平衡各發(fā)電主體的利益，在年度發(fā)
電計(jì)劃制定上，能耗高、效率低的中小火電機(jī)組和能
耗低、效率高的大型火電機(jī)組的年運(yùn)行小時(shí)數(shù)基本
相當(dāng)，都享有基本相同的發(fā)電小時(shí)數(shù)。
4 純火電電網(wǎng)節(jié)能潛力分析
根據(jù)4種運(yùn)行條件，利用模型計(jì)算某電網(wǎng)夏季
典型日的電網(wǎng)供電煤耗率，結(jié)果見(jiàn)表2。根據(jù)計(jì)算
結(jié)果，可以對(duì)純火電電網(wǎng)的各類(lèi)節(jié)能潛力進(jìn)行分析。
表2 電網(wǎng)供電煤耗率的模擬結(jié)果 g／kWh
注：1)此時(shí)的計(jì)算條件與實(shí)際電網(wǎng)運(yùn)行相同，可以認(rèn)為是該典
型日電網(wǎng)的實(shí)際值。
4．1 關(guān)停小機(jī)組
由表2，關(guān)停100 MW 以下小機(jī)組，電網(wǎng)的煤耗
率從356．91 g／kWh下降到352．44 g／kWh，總煤耗
量減少約1．25 ，節(jié)能效果明顯。如果進(jìn)一步提高
高效的大機(jī)組比例，煤耗率的下將會(huì)更加明顯。目
前，我國(guó)大力發(fā)展的是300 MW，600 MW，1 GM 級(jí)
別的超臨界、亞臨界機(jī)組[6]。
4．2 加強(qiáng)現(xiàn)有機(jī)組的改造和優(yōu)化運(yùn)行
600 MW 機(jī)組設(shè)計(jì)煤耗率為291 g／kWh，而實(shí)
際運(yùn)行中達(dá)到328 g／kWh。加強(qiáng)機(jī)組改造和優(yōu)化
運(yùn)行，使煤耗盡可能接近理論值(煤耗修正系數(shù)k接
近1)，根據(jù)表2的第2和第3行電網(wǎng)煤耗率可以下
降7．82 g／kWh，總煤耗量減少約2．19 ，是幾個(gè)運(yùn)
行條件中節(jié)煤潛力最大的。
4．3 采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)
采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)，其實(shí)是對(duì)電廠(chǎng)設(shè)
備研發(fā)和生產(chǎn)提出更高的要求，例如采用高效低污
染的清潔煤發(fā)電技術(shù)。在算例中，如果同容量級(jí)別
機(jī)組采用先進(jìn)發(fā)電技術(shù)，煤耗都達(dá)較優(yōu)值，由表2的
第3和第4行電網(wǎng)煤耗率就可以下降6．85 g／kWh，
總煤耗量減少約1．92 ，所以通過(guò)技術(shù)改進(jìn)來(lái)降低
煤耗也是一個(gè)重要發(fā)展方向。
4．4 優(yōu)化調(diào)度方式，減少調(diào)峰損失
隨著電網(wǎng)容量的擴(kuò)大，調(diào)峰容量也會(huì)相應(yīng)增加，
應(yīng)優(yōu)化機(jī)組的調(diào)度方式，減少調(diào)峰損失。通過(guò)節(jié)能
調(diào)度，電網(wǎng)的煤耗率可以下降5．51 g／kWh ，可是實(shí)
現(xiàn)節(jié)煤約1．54 ，還可以大量減少污染物的排放。
因此，全面替代現(xiàn)行的計(jì)劃調(diào)度是大勢(shì)所趨。
5 結(jié)語(yǔ)
本文主要以某個(gè)電網(wǎng)為例，在實(shí)際運(yùn)行的基礎(chǔ)
上改變運(yùn)行條件，計(jì)算純火電電網(wǎng)能耗并進(jìn)行比較，
從供電煤耗率角度定量分析了純火電電網(wǎng)的主要節(jié)
能潛力：關(guān)停小機(jī)組；加強(qiáng)現(xiàn)有機(jī)組改造和優(yōu)化機(jī)組
運(yùn)行；提高電廠(chǎng)設(shè)備的開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)和生產(chǎn)水平，達(dá)到
國(guó)際先進(jìn)水平；優(yōu)化調(diào)度方式，減少調(diào)峰損失。
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