供熱機組發電調度的研究及應用

張宇1，劉衛平1，鄂志君2，王偉臣2，徐元孚2，沙威1，甘智勇1，張利1王建1

（1．天津市電力公司電力科學研究院天津市 300384；2．天津市電力公司調度控制中心天津市 300010）

供熱機組發電調度的研究及應用

張宇1，劉衛平1，鄂志君2，王偉臣2，徐元孚2，沙威1，甘智勇1，張利1王建1

（1．天津市電力公司電力科學研究院天津市 300384；2．天津市電力公司調度控制中心天津市 300010）

天津市電力公司建立“天津電網供熱機組調峰能力在線監測與輔助決策系統”。本文結合該系統的研究建設，分別對系統建設、數據實時監測、電負荷調峰區間實時計算、次日電負荷可調區間計算等核心內容進行論述，并對系統在首個采暖投運期的應用情況進行分析。

供熱機組；節能發電調度；以熱定電；節能減排；調峰能力；次日負荷區間預測

1 引言

天津市電力公司于2009年10月負責獨立調度天津電網220 kV電廠以及對外聯絡線調度，按照《國務院辦公廳關于轉發發展改革委等部門節能發電調度辦法（試行）的通知》（國辦發[2007]53號）的要求，切實落實供熱機組“以熱定電”政策，對供熱機組必須安裝并實時運行熱負荷實時監測裝置，并與電力調度機構聯網，實現實時動態監管。

到2010年天津電網4大主力調峰電廠，合計14臺主力調峰機組，均為供熱機組，總共裝機容量4000MW，占天津電網總裝機容量的58%。正在籌建的新增機組也全部為供熱機組，供熱機組容量比重在不斷地增加。在冬季供熱期間以熱定電的情況下，調峰能力就隨之下降。因此，對于供熱機組調峰能力的研究更加重要，建立“天津電網供熱機組調峰能力在線監測與輔助決策系統”，為進一步掌握和挖掘冬季供熱期供熱機組調峰能力，切實落實供熱機組“以熱定電”政策，同時為我國在部分網省公司實現“節能發電調度”奠定基礎有著重要意義。通過調度綜合業務信息網將電廠數據傳回到天津市電力公司內網，在電力公司ATM網內設置通訊服務器用來接收數據存至數據庫服務器，通訊服務器前置硬件防火墻，計算服務器通過模型計算后，通過Web發布服務器將關鍵參數進行內網發布。

系統通過實時監測、調度支持、熱數據監測、統計報表、公告信息、系統管理等6個主模塊，分別提供供熱機組實時數據、電負荷調整區間、次日負荷預測區間、供熱指標計算、統計報表等主要信息。

圖1 系統總監控界面

2 系統建設方案

“天津電網供熱機組調峰能力在線監測與輔助決策系統”是一套基于Web結構、實時通訊的在線監控系統。系統

圖2 系統功能結構圖

3 調峰能力在線計算

對于供熱機組的發電調度，供熱機組調峰能力在線計算是其核心部分，包括供熱機組數據實時監測和電負荷調峰區間實時監測兩部分主要內容。

3.1 供熱數據實時監測

供熱數據實時傳輸是實現供熱數據實時監測以及實現供熱機組發電調度的基礎。考慮到節能、安全、可靠的建設原則，系統利用數據專網進行集中式數據傳輸管理。通過調度綜合業務信息網將數據傳回到公司內網，最終通過Web發布服務器將重點參數進行內網發布。

系統對所有供熱數據進行區分，通過實時供熱工況圖、實時數據列表、統計報表等不同方式進行界面展示。其中實時供熱工況圖做為系統展示中心內容，分別對不同機組進行主要供熱生產流程展示，提出影響機組出力和安全的關鍵參數的可調整控制范圍，并加入機組最小進汽量限制線和機組最低負荷限制線。

圖3 系統工況信息圖界面

3.2 電負荷調峰區間實時監測

供熱機組發電調度中電負荷調峰區間實時監測以及熱電比、節能比等主要監測數據取自供熱機組熱力曲線數學模型的計算結果，系統計算服務器通過集中式數據傳輸管理接收來自不同電廠的供熱實時數據，按照數學模型進行計算，并將計算經過通過不同模塊進行展示。

雖然不同類型的供熱機組熱電制約關系差別較大，但是基于機組生產流程和熱電關系的共性，并且天津電網14臺主力調峰供熱機組中，10臺為300MW等級亞臨界機組，其余4臺為200MW改造機組，為構建通用數學模型帶來了便利條件。同時為了保證數學模型的科學性，項目組對不同機組進行了供熱機組調峰能力試驗，通過試驗真實數據對理論數學模型的等效熱降值進行系數修正，得出不同機組真實準確的熱力曲線數學模型。

熱力曲線數學模型是利用等效熱降法，通過改變新蒸汽的參數，來確定機組的供電負荷。由方程式可以看出，供熱機組在冬季供熱工況，確保供熱負荷的條件下，即保證采暖抽汽流量GCN一定，通過改變主蒸汽流量G0，即可獲得機組可調負荷區間。

式中：N—機組發電功率，kW；

G0—機組主蒸汽流量，kg/h；

H0—機組純凝工況下，1kg新蒸汽的實際做功，即等效熱降，kJ/kg；

GCN—機組采暖抽汽流量，kg/h；

HCN—機組采暖工況下，1kg采暖抽汽的實際做功，即等效熱降，kJ/kg。

圖4 實時供熱曲線界面

4 次日電負荷可調區間計算

機組次日發電計劃做為電網調度一項主要工作，冬季采暖期為調度計劃部門提供準確的供熱機組次日電負荷可調區間預測也是本系統的另外一項重要功能。系統能夠根據電廠客戶端提供的24點供熱曲線以及天氣預報計算出次日機組96點熱負荷曲線，從而納入供熱機組次日計劃安排，提高調度部門對供熱機組次日處理計劃安排的科學性。

圖5 出力計劃界面

在采暖供熱期間，采暖抽汽流量隨熱網用戶需熱量的變化而改變，而熱網用戶的吸熱量又與熱網循環水供水溫度和室外環境溫度直接相關，因此我們可以建立熱網循環水供水溫度以及室外環境溫度與采暖抽汽流量之間的數學模型，在確定了次日的室外環境溫度曲線與熱網循環水供水溫度曲線的情況下，即可估算出次日的采暖抽汽流量曲線，然后根據供熱機組熱力曲線調峰能力數學模型計算得到第二天各個時段的采暖供熱機組負荷區間。

式中：—單位面積供暖熱負荷，kW/(m2·℃)；

S—采暖供熱面積，m2；

—采暖抽汽焓值，kJ/kg；

—熱網加熱器疏水焓值，kJ/kg；

—熱網加熱器效率，一般取0.99。

5 應用效果

“天津電網供熱機組調峰能力在線監測與輔助決策系統”于2010年10月15日正式運行。以系統正式運行的首個采暖期（2010-2011年）為例，對系統的應用效果進行分析。

5.1 調峰能力數字化，提高電網穩定運行，確保網間能源資源優化配置

通過系統的建設科學準確的確定了供熱機組在2010年-2011年供暖期內平均電負荷可調峰總量為-443MW～+279MW，確定了在以熱定電前提下供熱機組準確、詳實的調峰區間，實現了供熱機組供熱期調峰能力的數字化，從而進一步保證天津電網安全穩定運行；同時加深了天津電網調峰能力，確保天津電網與華北電網間的能源資源優化配置，加大了冬季采暖期吸納高效機組和風電等清潔能源的容量空間，為構筑穩定、經濟、清潔、安全的能源供應體系提供技術支持。

5.2 節能減排，充分發揮高效、清潔機組能源利用率

通過系統的實施，2010-2011年供熱期相比2009-2010年供熱期，共壓縮電量9.3586億kw.h。這部分電量完全從外網購買，則在整個2010-2011年度供暖期內天津地區可減少CO2排放82.9萬噸，粉塵排放量減少470.6噸；這部分壓縮電量全部交由高效純凝機組發電，則可節約標煤16845噸，即可為國家節約資金1347.6萬元。即充分發揮高效機組和清潔能源的能源利用率，同時降低整體電網能耗水平，減少天津地區污染物排放，達到節能降耗的目的。

5.3 有效控制聯絡線，達到考核指標

通過系統的實施，2010年-2011年供熱期聯絡線考核A1點數為9、A2點數為56，無考核電量，相比2009年-2010年供熱期給公司帶來直接經濟效益45.46萬元。

6 結論

通過對熱電數據實時傳輸及監測、數據實時工況圖、電負荷調峰區間實時計算、次日電負荷可調區間計算等重要問題的研究，并成功應用于“天津電網供熱機組調峰能力在線監測與輔助決策系統”，為進一步掌握和挖掘冬季供熱期供熱機組調峰能力，切實落實供熱機組“以熱定電”政策，節約能源，減少環境污染，促進能源和電力結構調整，充分發揮電網調度在能源結構調整中的調度平臺作用，確保電力系統安全穩定高效運行實現電力工業的可持續發展,同時為我國在部分網省公司實現“節能發電調度”奠定基礎有著重要意義。

【1】發電企業節能降耗技術，中國電力出版社，2010

【2】“天津電網供熱機組調峰能力在線監測與輔助決策系統”工作報告、技術報告，天津市電力公司，2011

【3】天津地區主要供熱機組供熱調峰能力試驗報告QC20110038，天津市電力科學研究院，2011