天津市主力熱電聯產機組熱電解耦改造分析

王 坤 彭 晟 張應田 王梓越

(1國網天津市電力公司電力科學研究院 天津 300384 2國網天津市電力公司 天津 300010 3天津市電力科技發展有限公司 天津 300384)

引言

近年來，由于國家一系列政策的大力支持下，我國新能源發電發展十分迅速。因此，天津地區的新能源裝機容量也增長迅速。據統計，截至2017年6月底，天津電網所轄區域內共有4座風電場并網運行，共計186臺風機，裝機容量共計285.5MW；共有31座光伏電站并網運行，裝機容量共計576.3MW，共占火電機組裝機容量比重為10.3%。

然而，由于新能源發電受環境因素影響，發電不穩定，又裝機比例逐年增高，降低了電網系統的調峰容量比，造成可再生能源發電消納困難，尤其是在供熱期，由于熱電聯產機組受到“以熱定電”的限制，天津地區冬季熱-電矛盾十分突出。因此，推動天津電力行業健康發展，提高熱電聯產機組調峰能力刻不容緩。2016年11月，國家發展改革委和國家能源局發布“電力發展“十三五”規劃”，其中指出將全面推動煤電機組熱電解耦改造。為順應發展需求，天津地區主力熱電聯產機組正在積極進行熱電解耦改造。

1 主要熱電解耦改造技術分析

針對熱電聯產機組的熱電解耦改造技術，目前主流的改造方法有5種，分別是：儲熱供熱、電蓄熱供熱、汽輪機旁路供熱、切低壓缸供熱以及吸收式熱泵供熱，其具體分析如下：

（1）儲熱供熱。其改造方法為給熱電聯產機組加裝大型儲熱設施來解耦“以熱定電”的約束。其具體運行機理為：在電負荷低谷時間段，機組進行高負荷運行并儲存熱量到儲熱罐中；而在電負荷尖峰時段，機組進行低負荷運行并把儲存的熱量進行供熱，在一定程度上達到熱電解耦的目的。由于大部分熱電廠都沒有建造儲熱設施，該改造方法的初期成本較高，改造后由于未對汽輪機組本身進行改造，且技術比較成熟，運行成本不高。然而，由于這種熱能先儲存再供給的方式會有一定的熱量損失，造成經濟效益的降低。

（2）電蓄熱供熱。該改造方法是給熱電聯產機組加裝電蓄熱鍋爐，具體運行原理為：在電負荷低谷時間段，除了汽機抽汽供熱之外，熱負荷缺口由電蓄熱鍋爐將電能轉換成熱能直接供熱；在電負荷尖峰時段，熱負荷全部由汽機抽汽供熱。同樣，這種改造方法初始投資較高，且直接將高品位的電能轉化為低品位的熱能，造成機組能效降低。

（3）汽輪機旁路供熱。這種改造方法是對汽輪機主蒸汽管道進行旁路改造，運行原理為：在供熱高峰時段，直接將主蒸汽進行減溫減壓進行供熱。該方法初始投資較低，改造方便，但是減溫減壓降低了蒸汽參數，損失了蒸汽有效高位熱能，造成機組能效降低。

（4）切低壓缸供熱。這種改造方法是將原本進入低壓缸的蒸汽用于供熱，并保證機組安全穩定運行。該方法改造簡單，投資較少，且具有一定的經濟效益。但是在機組抽凝和且低壓缸供熱切換復雜，且低壓缸零出力運行過程中，電負荷受熱負荷控制，無法快速響應電負荷。

（5）吸收式熱泵供熱。此改造方法是在機組實際運行條件的基礎上，將傳統的“熱網加熱器供熱方案”通過升級改造為“熱網加熱器供熱+熱泵聯合供熱方案”。具體原理為：以電廠采暖抽汽為熱泵驅動熱源，將電廠循環冷卻水余熱引接至熱泵進行余熱回收，驅動汽源凝結水及提取余熱后的余熱載體返回至電廠主機系統；熱網回水依次進入熱泵、熱網加熱器進行二次串聯加熱。該方法是一種新型的熱電解耦技術，在實現熱電解耦和節能協同提升的同時，還要保持汽輪機抽凝運行模式下的靈活響應電負荷的能力，具有很高的發展潛力。

2 天津市主力熱電聯產機組熱電解耦改造現狀

目前，受供熱期熱電矛盾的影響，各大主力熱電廠積極進行熱電解耦改造，目前，主要采取的改造方法為切低壓缸供熱和吸收式熱泵供熱，且已經投入運行，運行效果顯著。

（1）天津國電津能熱電有限公司為了滿足日益增長的供熱負荷需求并提高機組在供熱期的調峰靈活性，于2014年完成#2機組吸收式熱泵改造，歷時3年，經過一系列測試分析和優化調整，截止到2017年底，最終完成了基于吸收式熱泵回收循環冷卻水余熱對外供熱的熱電解耦改造項目。熱泵運行后，#2機組供電煤耗達到182g/kW·h，最大供熱能力達到1700GJ/h，發電負荷調峰范圍擴大77MW，最低發電負荷可降至132MW，為額定容量的40%，節約標煤10萬噸/年，增加新能源消納空間1.9億kW·h/年，實現了實現熱電解耦和節能協同提升，效果顯著。

（2）天津華能楊柳青熱電有限責任公司7號機組在2017年進行了提升供熱機組靈活性的低壓缸零出力技術改造。機組改造投運后，各項運行參數均處于安全運行范圍內，機組熱-電特性達到預期目標。通過此次改造，楊柳青熱電廠7號機組供熱抽汽流量增加90t/h以上，折合供熱負荷增加65MW；相同供熱負荷條件下，改造后機組發電功率降低約46MW，發電煤耗率降低40g/kWh以上。機組電調峰能力和供熱能力大幅提高，供熱期發電煤耗大幅下降，提高了機組在發電供熱市場的競爭力。

結語

天津市主力熱電聯產機組面臨新能源消納困難和供熱期熱-電矛盾突出的現狀，迫切需要進行熱電解耦改造。目前主流的熱電解耦改造技術有五類，分別是：儲熱供熱、電蓄熱供熱、汽輪機旁路供熱、切低壓缸供熱以及吸收式熱泵供熱，有其各自的優缺點，適合不同情況的機組。天津市各大主力熱電廠正在積極進行熱電解耦改造，包括天津國電津能熱電有限公司吸收式熱泵改造和天津華能楊柳青熱電有限責任公司低壓缸零出力技術改造，改造后機組電調峰能力和供熱能力大幅提高，為新能源消納釋放空間，有效緩解了天津市熱-電矛盾。