在能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級的背景下，新能源發(fā)電占比逐年增加。傳統(tǒng)火電機組不僅要降低出力，給新能源電源騰出空間，還要在新能源出力不足的時候及時補充。這就要求火電機組在50%額定負荷以下范圍仍能安全穩(wěn)定運行。因此，需要開展燃煤機組深度調(diào)峰性能評估及優(yōu)化關(guān)鍵技術(shù)的研究和實踐。
11月15日，冀北電力科學研究院收到京能集團岱海電廠傳來的消息：4號機組通過自動負荷控制（AGC）深度調(diào)峰至15%額定負荷后，運行平穩(wěn)，各項指標均符合華北網(wǎng)調(diào)要求。岱海電廠稱贊了冀北電科院在深度調(diào)峰工作中提供的技術(shù)支撐。
冀北電科院是國內(nèi)最早開展火電靈活性提升工作的研究機構(gòu)之一。2018年，冀北電科院配合國網(wǎng)華北分部和岱海電廠在國內(nèi)首次實現(xiàn)AGC方式下的20%深度調(diào)峰，驗證了基于國內(nèi)典型亞臨界機組實現(xiàn)深度調(diào)峰和涉網(wǎng)性能的可行性。今年，冀北電科院電源專業(yè)在岱海電廠4號機組成功試驗15%額定負荷深度調(diào)峰，積累了豐富經(jīng)驗，逐步掌握了一整套助力燃煤火電機組實現(xiàn)深度調(diào)峰運行的性能評估及優(yōu)化技術(shù)。
完成15%額定負荷調(diào)峰試驗
“大部分火電企業(yè)在役設(shè)備的設(shè)計性能并沒有考慮到30%額定負荷下長時間穩(wěn)定運行的工況，15%額定負荷更是極端工況，可以說是控制方式的顛覆性變革?！?1月18日，回顧岱海電廠4號機組15%額定負荷調(diào)峰試驗時，冀北電科院科技部副主任左川說出了試驗的難點。
為了解決這一難題，冀北電科院技術(shù)人員先要對機組進行全面的“體檢”——重點關(guān)注三大主機（鍋爐、汽機、發(fā)電機系統(tǒng)）和熱控系統(tǒng)，找到低負荷運行中的各類影響安全穩(wěn)定的問題，再通過設(shè)備改造和優(yōu)化調(diào)整等一系列綜合治理技術(shù)逐一解決。
9月18日，岱海電廠4號機組正在進行15%～50%額定負荷深度調(diào)峰的最后一項測試——自動電壓控制試驗。在岱海電廠二期集控室里，技術(shù)人員關(guān)注著屏幕上各項關(guān)鍵參數(shù)的變化情況。
由于15%的調(diào)峰邊界條件過于苛刻，冀北電科院做了大量前期工作，制訂了詳細的預(yù)案。參與此項工作的各專業(yè)每周做三次技術(shù)交底，多次進行涉網(wǎng)性能評估、運行特性分析、運行場景模擬實驗，力求調(diào)峰的操作過程匹配機組運行的物理過程，達到全程自動控制。
當天，15%～50%額定負荷深度調(diào)峰系列試驗全部完成。岱海電廠4號機組率先“探底”成功，成為全國首個具有深度調(diào)峰至15%額定負荷能力的亞臨界燃煤機組。
10月19日，“燃煤機組深度調(diào)峰性能評估及優(yōu)化關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用”課題獲得了2021年度中國電力科學技術(shù)獎二等獎。
助力燃煤機組高效運行
11月15日，岱海電廠中央控制室內(nèi)，技術(shù)人員正在監(jiān)測鍋爐燃燒性能。監(jiān)控屏幕上顯示著原煤燃燒的各項性能指標。
保證鍋爐燃燒穩(wěn)定性是深度調(diào)峰技術(shù)的難點之一。原煤在電站鍋爐實現(xiàn)可控穩(wěn)定燃燒，加熱水變成高溫高壓的蒸汽，去推動汽輪機做功和發(fā)電。
“負荷降到20%及以下，如何設(shè)計并優(yōu)化磨煤機運行方式、保證煤粉燃燒穩(wěn)定均勻不滅火、確保脫硫脫硝等環(huán)保系統(tǒng)正常運行，是擺在鍋爐專業(yè)技術(shù)人員面前的一道道關(guān)卡。”冀北電科院鍋爐技術(shù)研究所所長程亮介紹。
2018年岱海電廠實現(xiàn)20%深度調(diào)峰之后，冀北電科院鍋爐專業(yè)的技術(shù)人員在現(xiàn)有設(shè)備的基礎(chǔ)上，開展了20%額定負荷工況下燃燒數(shù)值模擬研究和分析，確定了最佳磨煤機組合燃燒方式，提出燃燒設(shè)備改造方案并實施，確保鍋爐在20%額定負荷下燃燒、給水等所有系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，盡可能提高機組效率，降低發(fā)電煤耗。
火電機組具有高溫高壓特性，集材料、設(shè)計、制造、控制、熱力系統(tǒng)于一身，系統(tǒng)繁雜且相互影響。這么復雜的系統(tǒng)如何才能步調(diào)一致？這就需要分散控制系統(tǒng)（DCS）來實現(xiàn)。DCS可以實現(xiàn)對數(shù)萬個設(shè)備的精確控制，不僅能協(xié)調(diào)各系統(tǒng)安全運行，還能根據(jù)電網(wǎng)的需求發(fā)揮升降負荷、調(diào)節(jié)電壓、穩(wěn)定頻率等作用。
DCS最重要的兩個工作就是AGC和一次調(diào)頻。冀北電科院熱控技術(shù)研究所副所長劉磊介紹：“我們對深度調(diào)峰條件下機組的特性進行研究，建立此工況下的對象模型，結(jié)合數(shù)據(jù)挖掘以及分析算法和工具，設(shè)計了全新的深度調(diào)峰控制方案?！痹撗芯克偨Y(jié)多年的技術(shù)經(jīng)驗，通過反復實踐和研究，首次實現(xiàn)了在20%以下額定負荷工況AGC方式調(diào)度和極端工況一次調(diào)頻功能，同時為火電廠輔助盈利模式提供了有益的嘗試。
擴大深度調(diào)峰“朋友圈”
10月27日，冀北電科院技術(shù)團隊赴國家能源集團三河發(fā)電有限責任公司開展技術(shù)交流。團隊圍繞常態(tài)化鍋爐穩(wěn)燃方式、深度調(diào)峰涉網(wǎng)性能等方面開展了技術(shù)分享。
2018年以來，冀北電科院積極推廣火電機組深度調(diào)峰技術(shù)，根據(jù)不同機組設(shè)計性能，創(chuàng)新性提出“一廠一策、一機一策”的方案，為電廠提供機組訂制化改造和靈活性深調(diào)方案。該院技術(shù)團隊多次受邀到各大發(fā)電企業(yè)詳細講解火電機組調(diào)頻調(diào)峰性能提升應(yīng)對策略、火電機組深度調(diào)峰能力提升關(guān)鍵技術(shù)等，推廣火電機組深度調(diào)峰工作的核心技術(shù)。
2018年至今，冀北電科院電源專業(yè)在國家能源集團、京能集團、國投集團、華潤電力、陜西榆能等企業(yè)的21臺機組上成功實施靈活性改造和深度調(diào)峰性能提升試驗，裝機總?cè)萘窟_1476萬千瓦，累計促進新能源電量消納38.56億千瓦時，相當于減少碳排放338萬噸。據(jù)測算，此舉增加火電機組負荷低谷調(diào)峰能力共約410萬千瓦。
冀北電科院還積極參與冀北電力輔助服務(wù)市場建設(shè)，為有關(guān)政策、規(guī)范、標準制訂提供支撐和建議，協(xié)助冀北電網(wǎng)并網(wǎng)火電機組開展深度調(diào)峰市場收益測算與評估。年初至今，冀北電科院共為華北區(qū)域的40臺火電機組進行鍋爐整體性能分析和認證試驗，覆蓋30萬到上百萬千瓦等級的亞臨界及超（超）臨界機組等各型機組，助力火電企業(yè)由電量供應(yīng)主體向靈活可調(diào)電源供應(yīng)主體的轉(zhuǎn)變。
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