通過(guò)火電廠靈活性改造技術(shù)的比較分析，提高汽輪機(jī)供熱能力、降低機(jī)組強(qiáng)迫出力的技術(shù)，如汽輪機(jī)旁路、低壓缸零出力和高背壓循環(huán)水供熱技術(shù)等，增加了電廠低負(fù)荷運(yùn)行能力，但高峰負(fù)荷時(shí)的頂負(fù)荷能力也隨之降低，在新的輔助服務(wù)市場(chǎng)規(guī)則下，帶來(lái)調(diào)峰收益損失;電極鍋爐和電鍋爐固體儲(chǔ)熱技術(shù)能夠大幅增加調(diào)峰能力，改造成本高、運(yùn)行費(fèi)用高;熱儲(chǔ)能技術(shù)在火電廠的應(yīng)用，既能增加機(jī)組調(diào)峰深度，也能增加頂負(fù)荷能力，投資和運(yùn)行成本較低，具有明顯優(yōu)勢(shì)，通過(guò)對(duì)熔鹽、相變、熱水和混凝土儲(chǔ)熱技術(shù)在火電廠的應(yīng)用分析比較，熔鹽和相變儲(chǔ)熱經(jīng)濟(jì)性較差，熱水和混凝土儲(chǔ)熱具有較強(qiáng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，而且混凝土儲(chǔ)熱密度更高，應(yīng)用范圍更廣。

關(guān)鍵字：火電靈活性 混凝土儲(chǔ)熱 熱水儲(chǔ)能 相變儲(chǔ)熱 熔鹽儲(chǔ)熱

作者：張勇(江蘇中科智儲(chǔ)科技有限公司)

1、技術(shù)背景

在電力市場(chǎng)改革的背景下，清潔高效靈活運(yùn)行已經(jīng)成為火電行業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展的重要目標(biāo)，火電廠靈活性改造技術(shù)得到了越來(lái)越多的關(guān)注。選擇合適的靈活性改造技術(shù)是火電廠運(yùn)營(yíng)者最關(guān)心的問(wèn)題，而這其中，靈活性改造成本，運(yùn)行費(fèi)用以及電力輔助服務(wù)市場(chǎng)規(guī)則下的調(diào)峰收益是選擇最合適改造技術(shù)的關(guān)鍵。最近發(fā)布的《東北電力輔助服務(wù)市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)規(guī)則(暫行)》，市場(chǎng)規(guī)則得到進(jìn)一步完善升級(jí)，新規(guī)則設(shè)計(jì)了尖峰旋轉(zhuǎn)備用市場(chǎng)日前競(jìng)價(jià)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)輔助服務(wù)市場(chǎng)“壓低谷、頂尖峰”全覆蓋，明確“能上能下”的雙向調(diào)峰機(jī)組才能獲得全部輔助服務(wù)收益，向火電機(jī)組提出了完整的靈活性標(biāo)準(zhǔn)，能夠激勵(lì)和引導(dǎo)火電廠采取合適的靈活性改造技術(shù)，全面提升機(jī)組調(diào)峰能力。

2、靈活性改造技術(shù)比較

目前火電廠靈活性改造主要面對(duì)的是“三北”地區(qū)供熱電廠在采暖季運(yùn)行靈活性不足的問(wèn)題，因此，提高供熱機(jī)組的調(diào)峰能力是靈活性改造的主要內(nèi)容。供熱機(jī)組的靈活性改造主要分為三類，一是增加機(jī)組供熱能力，在滿足供熱負(fù)荷的條件下降低鍋爐出力，減小機(jī)組強(qiáng)迫出力，主要有汽輪機(jī)旁路供熱技術(shù)，低壓缸零出力供熱技術(shù)和高背壓循環(huán)水供熱技術(shù)等;二是電熱供暖調(diào)峰技術(shù)，將機(jī)組發(fā)出的電能轉(zhuǎn)化為熱能對(duì)外供暖，如電極鍋爐技術(shù)和電鍋爐固體儲(chǔ)熱技術(shù);三是熱儲(chǔ)能調(diào)峰技術(shù)，將汽輪機(jī)內(nèi)過(guò)剩的蒸汽熱能轉(zhuǎn)化為儲(chǔ)能介質(zhì)的熱能存儲(chǔ)起來(lái)，如應(yīng)用較多的熱水罐儲(chǔ)能技術(shù)，相變儲(chǔ)熱技術(shù)以及潛在的熔鹽熱儲(chǔ)能技術(shù)和混凝土儲(chǔ)熱技術(shù)等。

2.1、增加機(jī)組供熱調(diào)峰技術(shù)

增加機(jī)組供熱能力的調(diào)峰技術(shù)主要是將汽輪機(jī)內(nèi)部蒸汽的做功份額減小，將其轉(zhuǎn)化為對(duì)外供暖的熱能，能夠降低汽輪機(jī)組的強(qiáng)迫出力，具有較強(qiáng)的調(diào)峰能力。汽輪機(jī)旁路供熱將做功能力較強(qiáng)的高溫高壓蒸汽抽出供熱，調(diào)峰潛力大，但存在較大的熱經(jīng)濟(jì)損失，運(yùn)行成本較高;低壓缸零出力技術(shù)將中壓缸排汽全部用于供熱，消除了冷源損失，運(yùn)行費(fèi)用較低;低壓缸高背壓循環(huán)水供熱技術(shù)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(jīng)濟(jì)性和運(yùn)行成本優(yōu)勢(shì)，但一般需要更換專門的低壓缸轉(zhuǎn)子，改造費(fèi)用較高。這些技術(shù)的共同特點(diǎn)是減少蒸汽在汽輪機(jī)內(nèi)部做功，增加供熱，擴(kuò)展機(jī)組的低負(fù)荷運(yùn)行范圍，如下圖1所示：

圖1：增加機(jī)組供熱能力的調(diào)峰示意圖

從上圖可以看出，在供熱負(fù)荷(綠線)不變的情況下，有效降低了機(jī)組的最低負(fù)荷;但值得注意的是，這種靈活性改造技術(shù)只能增加機(jī)組的低負(fù)荷調(diào)峰能力，不能增加機(jī)組高峰負(fù)荷時(shí)的頂負(fù)荷能力，甚至高背壓循環(huán)水供熱改造會(huì)降低機(jī)組的頂負(fù)荷能力，按照最新的輔助服務(wù)市場(chǎng)規(guī)則，屬于“能下不能上”的靈活性改造技術(shù)，不能帶來(lái)全面的調(diào)峰收益。

2.2、電熱供暖調(diào)峰技術(shù)

電熱供暖調(diào)峰技術(shù)主要有電極鍋爐和電鍋爐固體儲(chǔ)熱技術(shù)，不涉及熱電廠本體設(shè)備改造，對(duì)熱電廠正常運(yùn)行影響較小。電極鍋爐和電鍋爐固體儲(chǔ)熱直接消耗電能，減少熱電廠對(duì)外供電，以此增加低負(fù)荷調(diào)峰能力，具有調(diào)峰深度大，運(yùn)行靈活性好的優(yōu)勢(shì)，但缺點(diǎn)是投資成本高，運(yùn)行成本高，適合市場(chǎng)初期收益較高的深度調(diào)峰市場(chǎng)需求，隨著越來(lái)越多電廠的加入輔助服務(wù)市場(chǎng)，深度調(diào)峰需求越來(lái)越少，在以拼成本的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，以電能為熱源的供熱調(diào)峰技術(shù)將難以獲得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

2.3、熱儲(chǔ)能調(diào)峰技術(shù)

熱儲(chǔ)能調(diào)峰技術(shù)是將機(jī)組變負(fù)荷運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)的過(guò)剩蒸汽熱量轉(zhuǎn)化為儲(chǔ)熱介質(zhì)的熱能存儲(chǔ)起來(lái)，當(dāng)需要時(shí)將熱能釋放，以此增加機(jī)組靈活性的調(diào)峰技術(shù)。例如，在采暖季供熱蒸汽出現(xiàn)過(guò)剩時(shí)，將多余熱能存儲(chǔ)到儲(chǔ)熱設(shè)備中，當(dāng)電力負(fù)荷處于低谷時(shí)，減小鍋爐負(fù)荷和汽輪機(jī)出力，滿足機(jī)組低負(fù)荷調(diào)峰要求，供熱不足的部分由儲(chǔ)熱設(shè)備補(bǔ)充;當(dāng)電力負(fù)荷處于高峰時(shí)，增加鍋爐負(fù)荷，減少汽輪機(jī)對(duì)外供熱，增強(qiáng)機(jī)組的頂負(fù)荷能力，供熱不足的部分由儲(chǔ)熱設(shè)備補(bǔ)充;從熱電廠供熱特性圖來(lái)看，熱儲(chǔ)能相當(dāng)于將固定的供熱需求轉(zhuǎn)化為可變的供熱需求，拓展了熱電廠調(diào)峰運(yùn)行范圍，如下圖2所示。

圖2：熱儲(chǔ)能調(diào)峰示意圖

如上圖所示，熱儲(chǔ)能使熱電廠具備了“雙向”調(diào)峰能力，即可增加熱電廠低負(fù)荷運(yùn)行能力，也能增加高峰期的頂負(fù)荷能力，可以獲得完整的調(diào)峰收益，而且由于采用蒸汽作為熱源，熱儲(chǔ)能的熱經(jīng)濟(jì)性好，運(yùn)行成本低，因此熱儲(chǔ)能調(diào)峰技術(shù)具有最佳的技術(shù)經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。