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1.當(dāng)前的形勢(shì)

隨著近幾年能源互聯(lián)網(wǎng)的開展，特高壓建設(shè)的加快，建成投產(chǎn)的特高壓工程越來越多。同時(shí)隨著近幾年國(guó)家的政策支持和節(jié)能減排的要求，光伏和風(fēng)電等新能源的建設(shè)和發(fā)展很快，為受端電網(wǎng)的火力發(fā)電機(jī)組帶來了很大的壓力。一是調(diào)峰的壓力，二是調(diào)頻壓力。

特高壓受端電網(wǎng)的發(fā)電機(jī)組和運(yùn)行方式發(fā)生了根本性的改變，具有如下特點(diǎn)：1）調(diào)停機(jī)組數(shù)多，很多機(jī)組處于調(diào)�；驒z修狀態(tài)；2）機(jī)組的負(fù)荷率低，機(jī)組處于低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間大大加長(zhǎng)。特高壓的接入，雖然特高壓有各種優(yōu)點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，但是一旦發(fā)生閉鎖時(shí)對(duì)本省的電網(wǎng)存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)性，如2015年9月19日21:58，錦蘇直流雙極閉鎖，系統(tǒng)頻率從49.97Hz低下跌至49.563Hz，低于0.0333Hz的總時(shí)間約6分鐘。

2.燃機(jī)調(diào)峰方式

燃?xì)廨啓C(jī)的優(yōu)點(diǎn)之一就是調(diào)峰性能良好，調(diào)峰速度快，隨著近幾年燃機(jī)機(jī)組大量建設(shè)和投產(chǎn)，燃機(jī)機(jī)組的比重越來越大，投產(chǎn)類型主要以GE、西門子、三菱的燃機(jī)機(jī)組為主，但是受天然氣價(jià)格影響，發(fā)電成本較高，年發(fā)電小時(shí)數(shù)較少，機(jī)組運(yùn)行時(shí)一般均處于額定負(fù)荷運(yùn)行，向上調(diào)峰和調(diào)頻能力較弱。針對(duì)當(dāng)前電網(wǎng)的形勢(shì)和要求，燃機(jī)機(jī)組的深度調(diào)峰主要包括燃機(jī)機(jī)組的快速啟動(dòng)和燃機(jī)機(jī)組的低負(fù)荷運(yùn)行深度調(diào)峰運(yùn)行兩個(gè)方面。

3.燃機(jī)快速啟動(dòng)調(diào)峰

燃機(jī)機(jī)組快速啟動(dòng)是指利用燃機(jī)啟動(dòng)速度快的特點(diǎn)來快速啟動(dòng)調(diào)峰，影響燃機(jī)快速啟動(dòng)的因素有很多。

1）機(jī)組當(dāng)前的狀態(tài)：是指機(jī)組處于冷態(tài)、溫態(tài)還是熱態(tài)。

2）機(jī)組的運(yùn)行方式：?jiǎn)窝�環(huán)還是聯(lián)合循環(huán)。

3）機(jī)組類型：是指機(jī)組是單軸布置的機(jī)組還是多軸布置的機(jī)組。

4）汽輪機(jī)旁路大小。

5）燃機(jī)類型：燃機(jī)類型的不同，燃機(jī)啟動(dòng)的時(shí)間也各不相同，以主流的GE、西門子、三菱燃機(jī)為例，各自啟動(dòng)轉(zhuǎn)速?gòu)?r/min到額定轉(zhuǎn)速并網(wǎng)的時(shí)間如下表所示：

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因此如果機(jī)組是熱態(tài)的西門子聯(lián)合循環(huán)配100%汽機(jī)旁路的分軸機(jī)組，在快速啟動(dòng)調(diào)峰過程中有一定的優(yōu)勢(shì)。

4.燃機(jī)深度調(diào)峰

燃機(jī)機(jī)組的低負(fù)荷運(yùn)行深度調(diào)峰是指燃機(jī)機(jī)組能長(zhǎng)時(shí)間在低負(fù)荷運(yùn)行，當(dāng)特高壓發(fā)生閉鎖或電網(wǎng)出現(xiàn)異常等情況，電網(wǎng)需要迅速調(diào)頻和調(diào)峰時(shí)，利用燃機(jī)機(jī)組的調(diào)峰特性，可以迅速響應(yīng)一次調(diào)頻和AGC負(fù)荷，從而保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，深度調(diào)峰是指燃機(jī)機(jī)組低于50%額定負(fù)荷長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行。

影響燃機(jī)機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行因素比較多，主要包括以下幾個(gè)方面：

（1）燃機(jī)機(jī)組類型，機(jī)組安全穩(wěn)定性，燃機(jī)低負(fù)荷穩(wěn)定燃燒點(diǎn)。

（2）燃機(jī)的模式切換點(diǎn)。燃機(jī)機(jī)組的類型不同，燃燒模式及切換工況點(diǎn)也不同。

（3）低負(fù)荷時(shí)機(jī)組的環(huán)保排放情況。

（4）機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性，旁路全關(guān)時(shí)的負(fù)荷工況點(diǎn)。根據(jù)燃機(jī)機(jī)組的燃燒特性，負(fù)荷越低，燃燒效率越低，經(jīng)濟(jì)性越差。盡管機(jī)組容量越大，機(jī)組效率越高，但當(dāng)燃?xì)鈾C(jī)組進(jìn)行深度調(diào)峰時(shí)，其效率將明顯降低，成本也將大幅提高，下圖1為9F（S109FA）機(jī)組氣耗特性曲線。

圖1 9F機(jī)組氣耗特性曲線

基本目的是根據(jù)機(jī)組的實(shí)際情況尋找機(jī)組在低負(fù)荷穩(wěn)定燃燒且旁路全關(guān)經(jīng)濟(jì)性相對(duì)較高的負(fù)荷工況點(diǎn)。

5.試驗(yàn)研究

5.1 燃機(jī)機(jī)組快速啟動(dòng)試驗(yàn)：

為了更好的了解燃機(jī)機(jī)組快速啟動(dòng)情況，選取了某電廠GE的9F機(jī)組進(jìn)行了快速啟動(dòng)試驗(yàn)，以了解燃機(jī)機(jī)組的快速啟動(dòng)情況。某電廠配置有GE公司生產(chǎn)的兩套S109FA型聯(lián)合循環(huán)機(jī)組，單軸布置，機(jī)組額定負(fù)荷394MW。

1）4月18日18：00時(shí)#11機(jī)按省調(diào)命令解列停運(yùn)。19日早上，切換至#12機(jī)啟動(dòng)頂峰運(yùn)行，#11機(jī)組余熱鍋爐處于熱爐保壓狀態(tài)。4月19日早上8點(diǎn)50分，單元長(zhǎng)接到值長(zhǎng)的電話，“需要啟動(dòng)#11機(jī)組”。接令后，單元長(zhǎng)立即布置機(jī)組人員進(jìn)入啟動(dòng)準(zhǔn)備狀態(tài)，安排#11機(jī)緊急啟動(dòng)。

2）啟動(dòng)準(zhǔn)備階段：首先安排操作員進(jìn)行輔助蒸汽的疏水暖管，同時(shí)巡檢員下現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行輔助設(shè)備的啟動(dòng)：閉式冷卻水系統(tǒng)由輔助閉式泵切至閉式冷卻水泵B，凝結(jié)水系統(tǒng)由輔助凝泵切至凝泵A，啟動(dòng)#11爐高壓給水泵B、中壓給水泵A。同時(shí)啟動(dòng)9F循泵#4冷卻水泵及#1循泵。9:10輔助蒸汽溫度滿足要求后開始投軸封。9:26軸封蒸汽溫度、壓力滿足要求后開始抽真空。在機(jī)組熱態(tài)情況下，此階段歷時(shí)大約50分鐘，主要為輔汽暖管約需20分鐘，軸封蒸汽溫度滿足約需15分鐘，抽真空約需15分鐘。運(yùn)行人員需要在此時(shí)間節(jié)點(diǎn)內(nèi)完成輔機(jī)的啟動(dòng)及其他準(zhǔn)備工作。

3）啟動(dòng)至全速、并網(wǎng)階段：9:41啟動(dòng)條件滿足，#11機(jī)開始啟動(dòng)，9:56#11機(jī)點(diǎn)火，10:04機(jī)組全速，10：08#11機(jī)并網(wǎng)。啟動(dòng)至全速階段歷時(shí)大約25分鐘，運(yùn)行主要進(jìn)行機(jī)組熱通道的清吹、點(diǎn)火、升速至全速，此階段為程序控制，運(yùn)行亦無干預(yù)手段。

4）并網(wǎng)至汽機(jī)高壓進(jìn)汽階段：此階段負(fù)荷約為 35MW-50MW，主要任務(wù)是進(jìn)行并網(wǎng)后必要檢查，投運(yùn)溫度匹配，等待高壓蒸汽滿足進(jìn)汽參數(shù)。此時(shí)，巡檢員需進(jìn)行并網(wǎng)后全面就地檢查。操作員要及時(shí)提高天然氣溫度，確保機(jī)組能帶上負(fù)荷，控制好鍋爐水位，保證正常升溫、升壓，以使高壓蒸汽參數(shù)盡快滿足條件。10:32#11機(jī)汽機(jī)進(jìn)汽，大約用時(shí)24分鐘。

5）汽機(jī)進(jìn)汽至帶滿負(fù)荷：汽機(jī)開始進(jìn)汽，高壓調(diào)門緩慢開足，至IPC投運(yùn)約需10-15分鐘。10:50#11機(jī)帶至滿負(fù)荷。

本次緊急啟動(dòng)準(zhǔn)備工作耗時(shí)約50分鐘，啟動(dòng)至帶滿負(fù)荷用時(shí)約69分鐘。熱態(tài)啟動(dòng)對(duì)軸封汽要求較高，在啟動(dòng)準(zhǔn)備階段，輔汽暖管和軸封蒸汽溫度、抽真空等滿足耗時(shí)較多，對(duì)運(yùn)行人員數(shù)量、素質(zhì)水平都有較高的要求。除去啟動(dòng)準(zhǔn)備階段時(shí)間，機(jī)組熱態(tài)啟動(dòng)到額定負(fù)荷需要約60分鐘左右的時(shí)間，此燃機(jī)機(jī)組快速啟動(dòng)調(diào)峰方式適合當(dāng)特高壓提前告知需要臨時(shí)停運(yùn)時(shí)來快速啟動(dòng)調(diào)峰使用，需具備30分鐘以上的時(shí)間欲量。

5.2 燃機(jī)低負(fù)荷深度調(diào)峰試驗(yàn)

某燃機(jī)機(jī)組和煤機(jī)一樣是調(diào)峰機(jī)組而非日開夜停機(jī)組，利用燃機(jī)機(jī)組進(jìn)行深度調(diào)峰，調(diào)度要求每天高峰時(shí)負(fù)荷為額定負(fù)荷，但過夜負(fù)荷為140MW。燃機(jī)機(jī)組為400MW F級(jí)聯(lián)合循環(huán)多軸發(fā)電機(jī)組，機(jī)組采用分軸布置，燃?xì)廨啓C(jī)采用Siemens公司生產(chǎn)的燃?xì)廨啓C(jī)，型號(hào)為SGT5-4000F，ISO工況出力為285.87MW，汽輪機(jī)為上汽集團(tuán)股份生產(chǎn)的N141-563/551型超高壓、雙缸、再熱、凝汽式汽輪機(jī)，余熱鍋爐采用中國(guó)杭州鍋爐集團(tuán)股份有限公司生產(chǎn)的NG-54000F-R型三壓有再熱無補(bǔ)燃臥式余熱鍋爐。

考慮到機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的特性，電廠要求對(duì)機(jī)組的控制和運(yùn)行方式進(jìn)行優(yōu)化，機(jī)組在140MW時(shí)，機(jī)組原主要的運(yùn)行方式和特點(diǎn)如下：1）機(jī)組協(xié)調(diào)撤出，燃機(jī)負(fù)荷和汽機(jī)負(fù)荷單獨(dú)設(shè)定，燃機(jī)負(fù)荷在TCS畫面操作，汽機(jī)負(fù)荷在DEH畫面操作設(shè)定；2）此負(fù)荷時(shí)運(yùn)行人員一般設(shè)定燃機(jī)負(fù)荷為100MW；3）汽機(jī)負(fù)荷為40MW，汽機(jī)三個(gè)調(diào)門開度較��；4）由于燃機(jī)負(fù)荷較高，汽機(jī)負(fù)荷低，汽機(jī)調(diào)門開度較小，因此汽機(jī)旁路系統(tǒng)投入，且開度較大；5）運(yùn)行操作和監(jiān)盤工作量大；此負(fù)荷機(jī)組過夜時(shí)，高壓旁路和中壓旁路開度較大，從以往機(jī)組運(yùn)行情況看，此過夜負(fù)荷平均時(shí)間為6-8個(gè)小時(shí)，大量的蒸汽通過旁路排入凝汽器，經(jīng)濟(jì)性有待進(jìn)一步提高。

通過對(duì)機(jī)組協(xié)調(diào)和負(fù)荷分配優(yōu)化后，140MW時(shí)機(jī)組協(xié)調(diào)控制不用撤出，同時(shí)保證了總負(fù)荷不變的情況下，汽機(jī)旁路全關(guān)，機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性顯著提高。

140MW時(shí)旁路全關(guān)機(jī)組曲線

6.燃機(jī)深度調(diào)峰存在的問題

同時(shí)燃機(jī)機(jī)組的低負(fù)荷運(yùn)行進(jìn)行深度調(diào)峰存在一些問題，問題如下：1）機(jī)組允許的低穩(wěn)定運(yùn)行負(fù)荷點(diǎn)需要進(jìn)行試驗(yàn)來確定；2）低負(fù)荷時(shí)機(jī)組的環(huán)保排放指標(biāo)是否達(dá)標(biāo)，可能需要低負(fù)荷燃燒調(diào)整；3）燃機(jī)低負(fù)荷運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性如何，需要經(jīng)過性能試驗(yàn)來確定；4）調(diào)度的補(bǔ)貼電價(jià)及機(jī)組的運(yùn)行小時(shí)數(shù)，補(bǔ)貼的電價(jià)和運(yùn)行小時(shí)數(shù)關(guān)系到機(jī)組的調(diào)峰能力和運(yùn)行小時(shí)數(shù)，但是反之機(jī)組的調(diào)峰能力關(guān)系到機(jī)組的補(bǔ)貼電價(jià)和運(yùn)行小時(shí)數(shù)，兩者相輔相成。

7.總結(jié)

總之，只要天然氣價(jià)格合適或政策允許，燃機(jī)完全可以深度調(diào)峰運(yùn)行，調(diào)峰深度和速度比煤機(jī)更有優(yōu)勢(shì)，就看政策補(bǔ)貼情況。