马庆中,石红晖,曹蓉秀

(1.山西电力科学研究院,山西太原 030001;2.山西电力勘测设计院,山西太原 030001)

1 山西电网现状及网内机组概况

随着晋东南—南阳—荆门1 000 kV特高压交流试验示范工程建成投产,标志着山西电网步入“特高压电网”发展的新时代。为了配合特高压输电线路的需要,《山西省电力产业调整和振兴规划》已正式出台,描绘了新的电力工业发展宏伟蓝图:2011年,电力装机达55 000 MW,其中外送电装机达18 000 MW;2015年,电力装机达到80 000 MW,其中外送电装机达30 000 MW。截止2009年底山西电网装机容量及类型如表1所示。

表1 山西电网装机类型及容量 MW

山西电网总装机为34 369.25 MW,其中外送机组容量为5 800 MW。按照送受电关系,山西电网划分为北部、中部、南部和东南部四大供电区域。其中各分区装机容量分别为:大同电网总装机5 110 MW,外送机组容量3 600 MW,忻朔电网总装机8 628 MW,外送机组容量1 000 MW,中部电网总装机8 100 MW,晋南电网总装机6 900 MW,晋东南电网总装机5 630 MW,外送容量1 200 MW。省调机组中火力机组占总容量的98%,超高压、亚临界中间再热大型机组为主力机组,其中,空冷机组占到65.9%,大多属于主力机组。由上可以看出,山西电网存在如下特点:山西电网外送负荷多,占到总装机容量的16.9%,这比例还将逐渐增加;山西电网机组类型多,空冷机组比例大,小机组比重大,高参数大容量的超超临界机组项目比重很小;电源布局不合理,电源点比较分散;新能源和可再生能源发展缓慢;特高压电网投运后,山西电网不同工况下机组负荷率变化大。针对上述特点,在全面掌握不同类型机组动力特性的基础上,尤其是空冷机组与湿冷机组的动力特性差异,优化电厂运行组合,制定合理可行的节能调度策略方案,对科学规划、配置电力资源,提高山西电网的整体运行水平,推进节能减排具有重要的意义。

2 开展节能调度策略研究的必要性

国务院办公厅以国办发 [2007]53号文件发布的 《节能发电调度办法 (试行)》明确指出:按照节能、环保、经济的原则,以保障电力可靠供应为前提,优先调度风能、太阳能、海洋能、水能、生物质能、核能等清洁能源发电,对火电机组,按照煤耗水平调度发电,煤耗低的多发、满发,煤耗高的机组少发或不发,并在部分省份进行试点,取得了可喜的经济效益和社会效益[1]。

电力系统节能发电调度与传统的发电调度的比较见表2。节能发电调度改变了传统的发电调度方式,取消了按行政计划分配发电量指标的做法,制定并实施新的调度规则,也就是以节能、环保为目标,合理调用电力系统内发、供电设备能力,最大限度地降低能源消耗,减少污染物排放,保证电力系统的高效、清洁运行。

表2 节能发电调度与传统发电调度的比较

3 节能调度带来的变化

山西电网的节能调度排序大致为:排在前列是风能和水能,风电受功率预测难、并网技术不成熟等多种因素限制,现在山西电网总装机份额中很小,而山西水利资源紧缺,且水能机组一般作为调峰机组使用,它们对整体调度策略影响不大;次后为以煤矸石为燃料的循环流化床坑口电厂,装机多为135 MW小机组 (除2×300 MW平朔电厂外);接着是城市周边的供热机组,多为200 MW、300 MW机组;最后为同类型燃煤火力发电机组,一部分为新建的坑口电厂,多为亚临界的300 MW、600 MW空冷机组,另部分为后来老厂扩建的主力机组,湿冷空冷均有,最后部分为未关停的100 MW及以下的小机组。

如此排序,使得网内大多性能高的主力机组排在了调度次序的后列,这一特殊现象的产生是山西网内机组的结构造成的。山西煤炭资源丰富,但水资源极度贫乏,这使得网内机组主要以坑口空冷机组为主,但在这些坑口机组中,多数为135 MW的循环流化床机组和亚临界300 MW、600 MW直接空冷机组。循环流化床机组尽管具有环境友好的特点,但是由于技术和业主等原因,所建立的机组多数有135 MW小型机组,机组本身热耗就偏高,且厂址较为分散,不利于经济调度。而在山西大型主力机组中,80%容量为空冷机组,且大多数为直接空冷机组,直接空冷机组由于设计、制造、运行及环境参数等因素使得煤耗较同等级湿冷机组高出20 g/(kW◦h),这使得空冷机组较湿冷机组调度排序处在不利地位。同时各直接空冷机组之间的实际煤耗受电源点所在地的环境参数和运行水平等因素影响,且各电源点与负荷中心的距离不同,它们之间的合理调度也需进一步研究。

4 山西电网节能调度对策

4.1 编制节能调度排序计划表

收集整理网内统调各类发电机组的相关资料,全面掌握各机组在不同环境特性下的运行动力特性基础上,兼顾空冷机组的节水社会效益,依据 《节能发电调度办法 (试行)》进行发电排序,编制出《山西电网节能发电调度排序计划表》,为优化发电机组的检修启停、调度员实时调整调度和分配各电厂出力提供依据,为实现 “三公调度”提供依据,力争做到电能生产中消耗的能源少,社会环保性能高。

4.2 合理优化电厂运行组合

节能发电调度必须建立在满足电网安全可靠运行和连续平稳供电的基础上。由于山西电网负荷变化率大,机组型号繁多,电网调峰能力要求高,为防止出现电气设备过载和电压崩溃等危险,应结合潮流和仿真计算结果,制定出网内机组最少运行组合方案,指导电网运行方式安排和调度员实时调度控制。

由于空冷机组与湿冷机组动力特性和节水特性的不同,应根据不同季节、不同环境气温和不同运行工况,开展节水节能效益评价,从而研究确定合理的负荷分配。据研究表明,合理优化空冷与湿冷机组的调度组合,对于整个电网节水节能有着很大的影响力,同时可大大地提高山西电网的一次调频能力。[2]

4.3 利用在线监测系统进行机组节能调度研究

尽管目前调度的自动发电控制AGC(Automatic Generation Control)系统具有经济分配功能,但由于各电厂机组与调度中心的信息不对称,在调度侧难以做到对各台机组负荷的经济分配。实时调度安排负荷节能分配,需要进行大量准备工作。首先需要发电厂提供有效可信的实时负荷和煤耗特性曲线,包括电厂的实时厂用电率,建立完整的负荷煤耗配对计算模型;结合网损计算,在实时负荷预测后,建立多种负荷分配方案,最终确定满足电网安全的负荷分配方案。

利用在线监测系统,对各电厂、各典型机组中的重要数据进行实时监测采集,通过后台软件计算处理,统计分析各运行机组的在线能耗、实时排放指标及供热情况,为合理确定电网的节能调度曲线提供技术支持。

4.4 开展电网电源点负荷分布的建模研究

在转型发展中,山西省正在加快实施输煤输电并举、输电为主的发展战略。《山西省电力产业调整和振兴规划》中也明确指出:2009年-2015年重点围绕1 000 kV特高压外送通道,在晋北、晋中和晋东三大煤炭基地建设若干大型电厂。这一举措为山西电网进一步提高电网资源配置能力提供了新的舞台,也为山西电网的节能调度提出了新的机遇和挑战。

为充分考虑特高压等网架的特点,应积极开展电源点、电网负荷分布模型的建模研究,合理长远规划电源点的建设,并以机组调峰能力等为限制条件,确定不同电源点的机组负荷调节范围,确保电网的安全、经济调度。

[1] 马庆中.直接空冷凝结器尖峰喷雾冷却系统的研究与开发[R].太原:山西电力科学研究院,2009.