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純火電電網(wǎng)節(jié)能潛力分析

文檔作者：楊志平張培翟融融楊勇平文檔來源：華北電力大學教育部“電站設備狀態(tài)監(jiān)測與控制”重點實驗室，北京市“能源的安全與清潔利用”重點實驗室		點擊數(shù)：	更新時間： 2022年02月25日
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第29卷第4期
2008年8月
能源技術
ENERGY TECHNOLOGY
V01．29 No．4
Aug． 2008
純火電電網(wǎng)節(jié)能潛力分析
楊志平，張培，翟融融，楊勇平
(華北電力大學教育部“電站設備狀態(tài)監(jiān)測與控制”重點實驗室，北京市“能源的安全與
清潔利用”重點實驗室，北京102206)
摘要：建立以火電機組煤耗特性為基礎的純火電電網(wǎng)能耗計算模型。利用這個模型計算某
電網(wǎng)在不同運行條件下的電網(wǎng)供電煤耗率；分析計算結果，總結出電網(wǎng)供電側的各種節(jié)能潛力及其
對電網(wǎng)供電煤耗率的影響。
關鍵詞：純火電電網(wǎng)；煤耗特性；電網(wǎng)供電煤耗率；節(jié)能潛力
中圖分類號：J242．3 文獻標識碼：A 文章編號：1005—7439(2008}04—0203-03
Analysis for the Energy Saving Potential of Thermal—power Grid
YANG Zhi-ping，ZHANG Pei，ZHAIRong-rong。YANG Yong-ping
(MOE s Key Lab of Condition Monitoring and Control of Power Plant Equipment。Beijing City s Key La b of Safe and
Clean Utilization of Energy Resources，North China University of Electric Power，Beijing 102206，China)
Abstract：The model of thermal-power grid energy consumption was built on the basic of characteristic of
thermal power units coal consumption．By using this model，the grid coal consum ption rate of power supply of some
gird was calculated respectively under different conditions． By comparing the results，all kinds of energy saving
po tential in terms of the gird generating side are achieved as well as their influences on the grid coal consum ption
rate．
Keywords：Therm al-power grid； Characteristic of coal consumption energy saving potential； Grid coal
consumption rate of po wer supply
我國電網(wǎng)以火電為主，截至2007年底，我國總
裝機容量達到7．13億kW，其中火電裝機有
5．54億kW，占總裝機容量的77．7 ，發(fā)電量約占
全部發(fā)電量82．86 ，根據(jù)我國能源儲備情況，煤電
機組將在很長時間內承擔主要供電任務；但是，我國
目前火力發(fā)電的效率整體水平不高，2007年全國供
電煤耗357 g／kWh，與發(fā)達國家320 g／kWh相比仍
有37 g／kWh左右的差距[ ，節(jié)能潛力很大。
本文以純火電電網(wǎng)為研究對象，以火電機組煤
耗特性為基礎，建立了電網(wǎng)能耗計算模型，并利用模
型對各種影響煤耗的因素進行分析，這些因素包括
負荷調度方式、不同類型機組間的煤耗差異、電源結
構、實際煤耗與設計煤耗的差異等。通過計算不同
條件下某純火電電網(wǎng)2006年夏季典型日的能耗，總
結電網(wǎng)的節(jié)能方向，以及各種節(jié)能潛力對電網(wǎng)供電
煤耗率影響。
1 火力發(fā)電機組的煤耗特性
一個火電廠通常有多個單元火電機組，火力發(fā)
電機組的耗量特性即為運行時燃料耗量B與輸出
電功率P的關系特性。機組燃料耗量B與發(fā)電功
率P 的關系復雜，通常可用一個二次曲線近似表
示，當然也可用更高次的曲線來近似，但實踐表明次
數(shù)增高并不能顯著提高表達式的準確程度，只會使
問題的解析處理復雜化[2]。
同時，一般能夠收集到的火力發(fā)電機組煤耗特
性曲線都是基于設計工況或熱力試驗工況，但是熱
力試驗與實際運行時的熱力系統(tǒng)、設備完善程度、運
行條件、統(tǒng)計時間都有很大差別，實際運行煤耗率高
于熱力試驗值或設計值是很難避免的，并隨機組運
行時間的推移差距加大[3]。因此，為了更好的接近
實際運行，本文中在計算能耗時使用了煤耗修正系
． 203 ·
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楊志平等：純火電電網(wǎng)節(jié)能潛力分析
數(shù)是：
是=赭糟
2 電網(wǎng)能耗計算模型
根據(jù)實際情況設計了以下幾種運行條件。
(1) 3·1 關停100 MW 以下小火電機組
模型中，單個火電機組煤耗量計算過程(見圖
1)：首先根據(jù)一定的負荷調度原則得到電網(wǎng)中每臺
機組負荷，然后根據(jù)煤耗特性曲線得到該機組的理
論標準煤耗量(根據(jù)設計工況或熱力試驗工況下的
煤耗特性曲線求得)，再乘以煤耗修正系數(shù)算出實際
煤耗量。
負荷 煤耗特性 煤耗修正
費暑 器生箍旦
圖1 單個火電機組的煤耗量計算過程
當有竹臺火電機組承擔電網(wǎng)負荷，設其中第i
臺隨時間的負荷函數(shù)為P (￡)，理論標準煤耗量和
煤耗修正系數(shù)分別為B (P )和是 ，則t 到tz時段
內電網(wǎng)總標準煤耗量B -為：
B10I一Σ B -一Σ Bi[ ￡) 一
Σ I [口 P )。+ P )+c
fΣP —P。一0
I
約束條件：{ (Pi,max)～P ≥ (2)
I
1只， ≤ 只≤ 只．一
式中：Po為電網(wǎng)總負荷；只， ，P ． 為機組最小出
力和額定出力(最大出力)； 為系統(tǒng)最小備用容量，
是個常數(shù)；a ，b ，c 是機組i煤耗特性關系式中的
系數(shù)。
則t 到tz時段內電網(wǎng)供電煤耗率6 l為：
Σ是 ·B l
一— 一
、‘
． f [口 P + (￡)+ 3d￡
d
ΣP (￡)·(￡2一t1) (3)
式中：Q 是電網(wǎng)中第i臺火電機組t 到t。時段內的
發(fā)電量。
3 電網(wǎng)運行條件的選擇
為了分析電網(wǎng)能耗情況和節(jié)能潛力，研究工作
· 204 ·
火電機組容量的不同，煤耗和污染物排放量差
別很大：正常大型高效發(fā)電機組供電煤耗為290~-
340 g／kWh；中小機組則達到380 500 g／kWh，發(fā)
同樣的電量，要比大機組多耗煤3O ～5O 。目
前，全國單機容量為1O萬kW 及以下小的火電機組
1．15億kW，占火電裝機容量的24 。過高的小火
電機組比重是目前我國電力工業(yè)煤耗高的主要原
因_4]。因此，本文要以此為計算條件，通過實際計算
得到關停小火電對整個電網(wǎng)能耗水平的影響。
3．2 忽略煤耗修正系數(shù)
火電機組在實際運行的煤耗之所以高于設計值
原因很多，包括大量可控和不可控的因素，其中可控
因素主要有機組的運行工況、工作人員操作水平、設
備安裝水平等，不可控因素主要有煤質、外界環(huán)境、
機組老化等。在運行中為了減小煤耗，使之盡可能
達到理論值，或者讓煤耗修正系數(shù)是盡可能接近1，
就應該盡量減少可控因素的影響、減弱不可控因素
的影響。那么，煤耗修正系數(shù)到底對能耗產生多大
影響也是一個值得討論的問題。
3．3 不考慮同容量級別機組之間的能耗差異
同容量級別的機組由于使用的發(fā)電技術不同，
設計生產和安裝不同，能耗有高低之分。以
300 MW機組為例，根據(jù)2006年全國火電機組競賽
統(tǒng)計值，參加競賽的313臺機組平均供電煤耗率為
338．60 g／kwh，而最優(yōu)值僅312．89 g／kwh。在算
例中，為了比較這一差異對整個供電煤耗率的影響
分析節(jié)能潛力，根據(jù)實際情況，對同容量級別的火電
機組使用統(tǒng)一較優(yōu)煤耗率值，具體數(shù)據(jù)見表1。
3．4 負荷調度方式
節(jié)能調度是在各機組間進行合理的負荷分配，
使總標準煤耗量B 最小，以達到有效節(jié)能降低供
電成本。由公式(2)可以看出，該負荷優(yōu)化分配模型
屬于二次規(guī)劃問題，可以借助MATLAB中的優(yōu)化
工具箱中的quadprog()函數(shù)為火電廠發(fā)電機組負
荷進行優(yōu)化分配。這種優(yōu)化方法具有編程簡單、快
速準確的特點，而且能夠得到比等微增率法更為優(yōu)
化的結果；尤其當機組臺數(shù)較多的情況下效果更
明顯 。
作為比較，本文還將對現(xiàn)行計劃調度進行計算。
根據(jù)調研，算例中電網(wǎng)現(xiàn)行的仍然是按照年度計劃
實施發(fā)電調度的方式，即由政府相關部門制定發(fā)電
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年度計劃，然后由電網(wǎng)調度部門按照發(fā)電年度計劃
制定月度發(fā)電計劃和日發(fā)電計劃調度執(zhí)行。這種調
度方式主要為了平衡各發(fā)電主體的利益，在年度發(fā)
電計劃制定上，能耗高、效率低的中小火電機組和能
耗低、效率高的大型火電機組的年運行小時數(shù)基本
相當，都享有基本相同的發(fā)電小時數(shù)。
4 純火電電網(wǎng)節(jié)能潛力分析
根據(jù)4種運行條件，利用模型計算某電網(wǎng)夏季
典型日的電網(wǎng)供電煤耗率，結果見表2。根據(jù)計算
結果，可以對純火電電網(wǎng)的各類節(jié)能潛力進行分析。
表2 電網(wǎng)供電煤耗率的模擬結果 g／kWh
注：1)此時的計算條件與實際電網(wǎng)運行相同，可以認為是該典
型日電網(wǎng)的實際值。
4．1 關停小機組
由表2，關停100 MW 以下小機組，電網(wǎng)的煤耗
率從356．91 g／kWh下降到352．44 g／kWh，總煤耗
量減少約1．25 ，節(jié)能效果明顯。如果進一步提高
高效的大機組比例，煤耗率的下將會更加明顯。目
前，我國大力發(fā)展的是300 MW，600 MW，1 GM 級
別的超臨界、亞臨界機組[6]。
4．2 加強現(xiàn)有機組的改造和優(yōu)化運行
600 MW 機組設計煤耗率為291 g／kWh，而實
際運行中達到328 g／kWh。加強機組改造和優(yōu)化
運行，使煤耗盡可能接近理論值(煤耗修正系數(shù)k接
近1)，根據(jù)表2的第2和第3行電網(wǎng)煤耗率可以下
降7．82 g／kWh，總煤耗量減少約2．19 ，是幾個運
行條件中節(jié)煤潛力最大的。
4．3 采用先進的設計和制造技術
采用先進的設計和制造技術，其實是對電廠設
備研發(fā)和生產提出更高的要求，例如采用高效低污
染的清潔煤發(fā)電技術。在算例中，如果同容量級別
機組采用先進發(fā)電技術，煤耗都達較優(yōu)值，由表2的
第3和第4行電網(wǎng)煤耗率就可以下降6．85 g／kWh，
總煤耗量減少約1．92 ，所以通過技術改進來降低
煤耗也是一個重要發(fā)展方向。
4．4 優(yōu)化調度方式，減少調峰損失
隨著電網(wǎng)容量的擴大，調峰容量也會相應增加，
應優(yōu)化機組的調度方式，減少調峰損失。通過節(jié)能
調度，電網(wǎng)的煤耗率可以下降5．51 g／kWh ，可是實
現(xiàn)節(jié)煤約1．54 ，還可以大量減少污染物的排放。
因此，全面替代現(xiàn)行的計劃調度是大勢所趨。
5 結語
本文主要以某個電網(wǎng)為例，在實際運行的基礎
上改變運行條件，計算純火電電網(wǎng)能耗并進行比較，
從供電煤耗率角度定量分析了純火電電網(wǎng)的主要節(jié)
能潛力：關停小機組；加強現(xiàn)有機組改造和優(yōu)化機組
運行；提高電廠設備的開發(fā)、設計和生產水平，達到
國際先進水平；優(yōu)化調度方式，減少調峰損失。
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