利用低溫省煤器吸納棄風電量研究

王 野，鄧 楠，楊劍永，郎 強

（1.國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006；2.大唐國際發電股份有限公司遼寧分公司，遼寧 沈陽 110001）

利用低溫省煤器吸納棄風電量研究

王 野1，鄧 楠1，楊劍永1，郎 強2

（1.國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006；2.大唐國際發電股份有限公司遼寧分公司，遼寧 沈陽 110001）

為了解決我國冬季棄風嚴重的問題，提出了一種利用低溫省煤器原有熱力系統來吸納棄風電量的方法，該方法建設成本低、維護簡單、效率高且不會對環境造成污染。通過對江蘇南熱發電有限責任公司1號機組試驗分析可知，該方法可以最大限度降低機組能耗，避免由于氣候原因造成資源浪費，能夠吸納的棄風電量非常可觀。

低溫省煤器；棄風電量；熱力系統

煤炭、石油和天然氣等典型傳統能源的大量開發和利用給生態環境造成了難以恢復的破壞。如何高效開發風能、太陽能和生物質能等新能源成為急需解決的問題，其中風能作為一種潔凈且可再生的新能源在近幾十年來得到了廣泛利用，風力發電技術也不斷趨于成熟。但是，風電自身的多變性和反調峰特性制約了風電的發展，造成了全國各地的棄風現象。由于“以熱定電”的限制，棄風現象最為嚴重的是我國“三北”地區，據統計，2011年棄風電量為123億kWh，棄風率達16.23%，直接棄風經濟損失高達66億元［1］。因此，合理吸納棄風電量不僅能夠帶來一定的社會經濟效益，還能緩解日漸嚴重的環境污染問題。

1 吸納棄風電量的幾種常用方法

1.1 抽水蓄能

利用抽水蓄能電站可以在負荷低谷時吸納棄風電量蓄能，在負荷高峰時利用蓄能發電。研究人員也認為采用水電來平衡風電的波動性是一種增加電力系統調峰能力的有效方法［2］。但是，水電站建設周期長、成本高和選址要求高等問題制約了此方法的應用。

1.2 電動汽車

發展電動汽車技術是一種吸納棄風的方法，在負荷低谷時利用棄風電量對電動汽車進行充電，負荷高峰時電動汽車儲存的電能又可以返回電網。目前丹麥將這種方法作為平衡風電的重要手段之一［3］。然而，這種方法需要堅強的智能電網技術，目前我國的智能電網技術還不成熟，在我國無法通過發展電動汽車技術來吸納棄風電量。

1.3 棄風外送

當本區域負荷需求量低且風電產量過剩時，將風電外送至其他地區，當本區域負荷需求量高時，從其他地區輸送風電至本區域。棄風外送在丹麥等國家已經得到了很好的應用［4］。但是，我國的電網線路還不能滿足棄風電量在各地區間的輸送，即使現在建設電網線路，也存在著周期長、投資大、維護成本高和利用率低等諸多問題。

1.4 旁路補償

在負荷需求量低且風電產量過剩時，利用汽輪機旁路將蒸汽減溫減壓后直接通過熱交換器對外供熱。旁路補償不僅可以降低機組本身對外輸出的電負荷，使電網有能力吸納更多的棄風電量，還能夠增加對外供熱量。外國學者研究表明，短時間內采用旁路補償的方法來吸納棄風電量有一定的可行性［5］。然而，大量高溫高壓蒸汽通過減溫減壓后對外供熱，會造成能量品質降低，降低電廠運行效率，而且汽輪機長期處于非設計工況運行，無論從安全性還是經濟性考慮都不合適。

由于受技術和經濟上的制約，上述幾種方法均不適用于解決我國的棄風問題［6－8］。本文以江蘇南熱發電有限責任公司600 MW超臨界機組為例，提出一種利用低溫省煤器原有熱力系統吸納棄風電量的技術，這種方法建設成本低、維護簡單、效率高且不會對環境造成污染。

2 利用低溫省煤器原有熱力系統吸納棄風電量

2.1 技術特點

低溫省煤器是安裝在鍋爐尾部煙道的熱交換設備，它利用鍋爐排煙余熱加熱凝結水，不僅能夠降低鍋爐排煙溫度，減少引風機耗電量，還能回收煙氣“廢熱”，使之返回熱力循環，降低汽輪機熱耗率。目前，國內很多火電機組都通過改造低溫省煤器來提高整個機組的熱經濟性，江蘇南熱發電有限責任公司1號機組于2014年進行了低溫省煤器改造并取得了顯著效果，熱力系統見圖1。低溫省煤器的投入受到季節性的限制，冬季環境溫度較低且為了防止鍋爐尾部煙道低溫腐蝕，必須嚴格控制省煤器出口煙溫，這就使得低溫省煤器無法在冬季按設計狀態投入，熱力系統處于閑置狀態。

圖1 低溫省煤器熱力系統

我國棄風問題在冬季供暖期最為嚴重，主要因為風能自身的特點和“以熱定電”對火電機組出力的制約。這時可以利用低溫省煤器原有的熱力系統吸納棄風電量來加熱凝結水，不僅能夠解決我國冬季棄風嚴重的問題，還能夠使閑置設備發揮作用，降低機組熱耗，提高熱力循環經濟性。

將棄風電量轉換為凝結水的熱能，必須在低溫省煤器凝結水管道加裝電鍋爐，改造后系統見圖2。電鍋爐是利用電加熱管將冷水加熱至規定溫度的熱水或者蒸汽的一種常用設備。目前，我國電鍋爐技術已經較為成熟，市場上電鍋爐的規格、功能和種類也比較齊全，可以根據氣候條件和機組狀態自由選擇加熱后的水溫和熱水返回系統的位置，配合低溫省煤器靈活使用。另外，電鍋爐結構簡單、維護費用低、不產生污染且效率高，利用電鍋爐作為加熱設備非常經濟實用。

圖2 利用低溫省煤器原有熱力系統吸納棄風電量系統

綜上所述，利用低溫省煤器原有熱力系統吸納棄風電量的方法，在夏季風電出力較低時將低溫省煤器全部投入，冬季風電出力較高時切除或部分切除低溫省煤器，投入吸納棄風電量的電鍋爐來加熱凝結水，實現熱力系統的低溫省煤器和吸納棄風電量的電鍋爐之間靈活配合，能最大限度降低機組能耗，并節約建設成本，發揮已有設備的作用。

2.2 試驗研究

江蘇南熱發電有限責任公司1號機組是東方汽輪機有限公司生產的超臨界參數、一次中間再熱、兩級抽汽供熱（可調式）、三缸四排汽、雙背壓凝汽式汽輪機，型號為CC600－24.2／4.2／1.0／538／566，額定功率為600 MW，該機組設有8段回熱抽汽，依次供給3臺高壓加熱器、1臺除氧器和4臺低壓加熱器，其中4段抽汽還作為拖動汽動給水泵的小汽輪機汽源，主要設計參數見表1。該機組于2014年進行了低溫省煤器改造，設計發電煤耗至少降低2.3 g／kWh。為了評估低溫省煤器在冬季由于不能全部投入所產生的經濟損失，挖掘利用低溫省煤器原有熱力系統吸納棄風電量的潛力，分別在低溫省煤器投入和切除狀態下對機組進行熱耗率測定試驗。

表1 主要設計參數

試驗于2015年2月4日進行，依照GB／T 8117.2—2008《汽輪機熱力性能驗收試驗規程第2部分：方法B各種類型和容量的汽輪機寬準確度試驗》。試驗工況點以額定負荷為基準，熱力系統保持常規狀態，關閉對外供汽和與相鄰機組聯絡的閥門（包括吹灰、輔汽等），關閉補水門，保持機組單元制運行，回熱系統按廠家熱平衡圖設計系統正常投入，將運行參數調整到接近額定值，并在規定范圍內波動。試驗中的運行參數應接近設計值，使偏差修正值減到最小，機組運行參數按表2給出的主要參量容許偏差和容許波動范圍調整并穩定。為了保持凝結水流量的穩定性，禁止人為調整凝汽器熱水井水位、除氧器水箱水位及凝結水系統水側調整門，使各加熱器保持正常水位。調整后機組穩定運行1 h，記錄相關參量2 h，汽輪機組熱耗率試驗結果見表3。

表2 主要參數容許偏差和容許波動范圍

表3 汽輪機組熱耗率測試結果

試驗結果表明，相比低溫省煤器切除狀態，僅經二類修正后的機組在額定負荷、低溫省煤器投入狀態下，熱耗率降低58.26 kJ／kWh，發電煤耗降低2.15 g／kWh。可以得出，由于冬季低溫省煤器不能全部投入造成直接經濟損失0.15 g／kWh。在我國北方，冬季氣候更加寒冷，低溫省煤器投入率更低，損失將會更多。如果投入能夠吸納棄風電量的電鍋爐來配合低溫省煤器加熱凝結水，不僅能解決北方冬季棄風嚴重的問題，還能最大限度降低機組能耗，避免由于氣候原因造成的資源浪費。

在低溫省煤器投入狀態下，7號低壓加熱器出口水側溫度為99.74℃，6號低壓加熱器入口水側溫度為106.78℃，溫升為7.04℃，比焓升高29.58 kJ／kg，每小時回收總熱量38.38 GJ。由于我國電鍋爐技術已經比較成熟，電鍋爐換熱效率能夠達到95%以上，要達到低溫省煤器的節能效果，至少需要電量11 222 kW。由此可知，在冬季利用低溫省煤器原有熱力系統能夠吸納的棄風電量非常可觀。

3 結論

a.利用低溫省煤器原有熱力系統吸納棄風電量可以解決我國冬季棄風嚴重的問題。

b.與吸納棄風電量的幾種傳統方法相比，利用低溫省煤器原有熱力系統不僅可以降低建設成本，還可以自由選擇加熱后的水溫和熱水返回系統的位置，操作靈活，可控性強。

c.通過對江蘇南熱發電有限責任公司1號機組試驗分析可知，利用低溫省煤器原有熱力系統吸納棄風電量可以最大限度降低機組能耗，避免由于氣候原因造成的資源浪費，能夠吸納的棄風電量非常可觀。

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Research on Absorbing Curtailed Wind Power by Low Temperature Economizer

WANG Ye1，DENG Nan1，YANG Jian?yong1，LANG Qiang2
（1.Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China；2.Datang Liaoning Branch Company，Datang International Power Generation Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110001，China）

In order to solve the problem of curtailed wind seriously in winter，this paper puts forward the method of absorbing curtailed wind power by the thermodynamic system of low temperature economizer.Low temperature economizer has the characteristics of low con?struction cost，simple maintenance，high efficiency and non?pollution.The method reduces energy consumption of unit extremely，a?voids resource waste because of the climate and absorbs the considerable curtailed wind power greatly according to the test analysis of u?nit 1 of NanRe thermal power plant in Jiangsu province.

Low temperature economizer；Curtailed wind power；Thermodynamic system

TM621

A

1004－7913（2016）05－0027－04

王 野（1985—），男，碩士，工程師，從事汽輪機節能技術研究工作。

2016－01－12）