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必要的燃机辅助服务,为电厂经济性加码

作者:中国储能网新闻中心 来源:GE发电 发布时间:2019-07-13 浏览:
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依据国家发展改革委、国家能源局制定的《清洁能源消纳行动计划(2018-2020年)》,2018年,清洁能源消纳取得显著成效,预计到2020年能够基本解决清洁能源消纳问题,并对各省区清洁能源消纳目标做出规定。在新能源消纳并网过程中,天然气发电将挑起与可再生能源的互补的重担,为电网的灵活稳定运行保驾护航。这其中,电力辅助服务无疑将成为燃气电厂提升运行灵活性、稳定性和经济性的新落脚点。

电力辅助服务是指为维持电力系统的安全稳定运行或恢复系统安全,以及为保证电能供应,满足电压、频率质量等要求所需要的一系列服务,主要包括调频、调峰、备用、无功支持及黑启动等。当燃气电厂增强应对突发事件能力,提升调峰能力,以及更好完成电网一次调频的考核等,这些无疑会为电厂运营提升稳定性,同时增加盈利能力。

今天,我们将从一次调频、快速变负荷、孤岛运行三方面,与大家一起探讨燃机辅助功能的应用及对电厂的裨益。

一次调频

当供需平衡打破,升降负荷灵活应对

频率是衡量电能质量的基本指标之一,也是反映电网电能供需平衡的标志。当电力系统的供需达到平衡,电能质量最好。一旦供需打破,例如突然增加了大用电量的用户,或是某个上网运行的发电厂突然跳闸,都会改变电网频率,偏离系统额定值(中国为50赫兹),这会损伤用电设备。一次调频功能就是应对电网频率变化的有效手段。当搭载在发电机组上的转速探头检测到频差产生,意识到电网的供需不平衡,燃机就会立即做出反应,直接调节燃料给定值,迅速改变负荷,使供需重新达到平衡。

如今,上网的发电机组每年都会接受来自电网的严格的一次调频指标考核,包括一次调频正确动作率、响应时间、调频死区、调速系统转速不等率和一次调频投入的最大调整负荷限幅等。不能满足标准要求的电厂将会面临罚款,能否顺利完成一次调频,不仅关乎电网的安全稳定运行,也关系到了每个燃气电厂的运行效益。

GE发电团队通过全球和国内大量的、长期的机组运行数据积累,形成了独到的一次调频设置方案,有效加强一次调频的效果,如用可变的转速不等率来加强前馈作用、增强负荷叠加作用、减少调频死区,配合控制系统中的燃烧稳定功能,既满足一次调频要求又确保机组安全稳定运行。

不同区域的电网对于一次调频的要求不尽相同,GE会根据电网的具体需求、机组实际运行情况和机组特性来定制控制软件的参数。目前,已有多家燃气电厂携手GE完善并在实际操作中优化了一次调频功能,提高了电网考核的合格率。

快速变负荷

增强调峰能力,更好配合新能源消纳

随着新能源发电并网规模逐渐加大,电网负荷及峰谷差也越来越大,为适应调峰需求,燃气电厂在快速升降负荷上需要结合燃机本身的参数并对硬件、软件进行升级,提高快速升降负荷能力。

以广泛应用的F级燃机为例,GE Fast Ramp快速变负荷软件,可以针对不同的用电需求做出快速反应,可将燃机加载和停机的时间缩减一半。如当电网负荷提升,Fast Ramp快速变负荷套件就会根据载荷变化实时地控制燃料控制阀,从而为燃机提供更多燃料。

通常,9F.03燃机切换负荷的能力是每分钟可以实现升或降22兆瓦。一旦电网的需求超出燃机调整负荷范围,容易出现黑屏或掉机的情况。搭载Fast Ramp快速变负荷软件之后,可以将燃机调整负荷能力提升到每分钟升或降55兆瓦,将燃机的反应速度提升了1.5倍。

根据GE燃机机组的海外运行经验,GE的Fast Ramp在保证排放合格同时,提供了世界级的快速载荷调整能力:单机循环调整能力处于领先水平,联合循环调整能力也会根据余热锅炉和燃机轮机的条件进行最优化和最大化而不会被其限制。一些国家会对采用电力辅助功能的电厂进行有偿鼓励,因此采用Fast Ramp快速变负荷服务的电厂有可能得到合理经济补偿,在集中竞价或招标采购中赢得优势电价,提升了盈利能力。

以意大利发电市场为例,意大利发电市场集齐了世界三大燃机供应商以及本土供应商的F级燃机,使大部分电厂都在积极提高自身的响应能力以争取最大利润。意大利EDISON SPA在10多台9F.03燃机上搭载了Fast Ramp,目前机组安全稳定运行,效果良好。此外Fast Ramp在意大利A2A SPA,日本东京电力9F.04机组的安装运行都具有参考意义。诸如美国等集中式市场模式和市场交易相结合的地区,SOUTHERN CALIFORNIA EDISON客户在7F燃机安装并运行Fast Ramp以后,快速应对电网调度的载荷需求,并且赢得优势电价。

孤岛运行

如若事故来袭,迅速恢复供电我行

如何提升应对突发事件的能力?这也是燃气电厂运营者的关注点。尤其是我国东南沿海地区的电厂,时常遇到台风等自然灾害的挑战,例如2017年的“天鸽”台风,造成了珠海、澳门两地电力系统一度瘫痪,出现了长时间停电的现象,导致了巨大的损失。同一年,国家能源局南方监管局下达指示,要切实提升对澳供电能力及主力电源抗台风灾害的能力,真正做到防患于未然。为达成这一目标,就有电厂将机组FCB改造提上日程。

FCB即Fast Cut Back,指机组在运行期间因突然出现的电网故障而与其解列,瞬间甩掉外供电负荷,维持发电机带厂用电运行,即孤岛运行,并且在主网故障排除后,机组能够快速同期并网,迅速恢复对外供电。

目前我国燃煤机组基本都有FCB功能。相较于燃煤机组,燃机进行燃烧和做功的是一个设备,缸体厚度更薄,高温做功部件能量密度大等,只要在同等的安全的升降负荷范围内,应力水平比燃煤机组更低,对燃机本体的影响更小。所以燃机(单循环运行时)的负荷响应速度、启停更快,负荷调节的范围更大。

当前,新能源发电与其它电源互相协调发展的技术管理体系尚未建立,大规模并网有待不断完善。在这一环境下,加强燃机辅助功能成为面向未来的必要措施。何况,在增加电网灵活和稳定性的同时,电厂也可以提升自身的稳定运行能力及经济性,何乐而不为?

关键字:燃机辅助服务

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