基于兩班制運行模式的9F燃機機組經濟調度研究

張釗宇 謝冰

摘要：以廣東粵電新會發電有限公司的機組啟停數據為基礎，根據運行經驗和實際情況，建立機組啟動經濟性計算模型，準確計算機組在冷、溫、熱態下的啟動經濟性，對基于兩班制運行模式的9F燃機機組進行經濟調度研究。通過分析停機時長、啟動模式、操作優化、節能降耗以及機組性能水平對啟動經濟性的影響，得出基于啟動經濟性的調度基本原則，實現9F燃機機組在兩班制運行模式下的經濟調度。

關鍵詞：9F燃機;兩班制;經濟調度;啟動經濟性

1? ? 啟動經濟性計算及分析的必要性

廣東粵電新會發電有限公司（以下簡稱“新會電廠”）規劃4×390 MW級改進型（F級改進型）燃氣—蒸汽聯合循環機組，首期建設2×390 MW級改進型（單套容量430 MW及以上）燃氣—蒸汽聯合循環機組。新會電廠兩臺機組為兩班制調峰機組，負荷曲線由中調根據需要決定。中調每天約21：00在發電計劃曲線系統下發次日負荷曲線，安排次日機組運行臺數、各機組并網時間以及次日各機組負荷大致變化趨勢。如果次日機組只運行一臺，新會電廠電力營銷部可在曲線下發后與調度溝通，爭取根據實際情況選擇次日啟動的機組。因此，新會電廠兩臺機組的總啟停次數由中調決定，而分配到兩臺機組的啟停次數可在一定程度上由新會電廠進行控制。那么，在機組總啟停次數無法自由控制的情況下，實現各機組的經濟調度，盡量減少成本高昂的冷態、溫態啟動，成為新會電廠提高啟動經濟性的有效途徑。在目前發電形勢嚴峻、節能降耗空間狹窄、檢修等生產成本增加、盈利能力大幅下降的不利環境下，對啟動經濟性進行計算及分析，實現機組經濟調度顯得尤為必要。

2? ? 機組啟動經濟性算法

為準確計算兩臺機組在冷、溫、熱態下的啟動經濟性，根據運行經驗和實際情況，我們初步建立起了一個較為合理的機組啟動經濟性計算模型（以下簡稱“模型”），模型涉及的參數共13個，包括機組負荷、轉速、高壓缸進口金屬溫度、天然氣質量流量累積值、天然氣密度、調壓站#1氣體色譜儀低位熱值、調壓站#2氣體色譜儀低位熱值、凝結水補水量累積值、燃機主變電量、汽機主變電量、燃機發電機電量、汽機發電機電量、廠高變電量，以上參數均可利用DCS數據庫歷史數據查詢功能，迅速、準確地獲得其在任意時刻的具體數據，作為機組啟動經濟性計算的原始數據。

2.1? ? 燃料物性計算

機組啟動經濟性計算的一個關鍵就是啟動過程中消耗的燃料熱量計算是否正確，限于實際條件，目前采用如下方法計算：

（1）天然氣質量耗量、天然氣密度、天然氣低位熱值可通過DCS分別讀取;

（2）天然氣質量耗量與天然氣密度的乘積即為機組啟動過程中的天然氣體積耗量;

（3）天然氣體積耗量與天然氣低位熱值的乘積即為機組啟動過程中消耗的燃料熱量。

2.2? ? 直接廠用電量計算

機組啟動經濟性計算的另一個關鍵是確定啟動過程中的直接廠用電量。為了得到盡量準確的直接廠用電量，目前采用如下方法計算：

（1）將直接廠用電量分為“啟動過程廠用電量1”和“啟動過程廠用電量2”兩部分，前者為啟動開始時間到并網時間的廠用電量，后者為并網時間到啟動結束時間的廠用電量;

（2）啟動過程廠用電量1可通過DCS分別讀取“廠高變電量”在并網時間和啟動開始時間的數值，兩者之差為啟動開始時間到并網時間的廠用電量;

（3）啟動過程廠用電量2為發電量與供電量之差;

（4）直接廠用電量=啟動過程廠用電量1+啟動過程廠用電量2。

2.3? ? 計算啟動過程各經濟指標

（1）發電量、供電量：

發電量=燃機發電機電量+汽機發電量電量

供電量=燃機主變電量+汽機主變電量

（2）發電效率、供電效率：

發電效率=發電量/天然氣熱量

供電效率=供電量/天然氣熱量

（3）發電氣耗、供電氣耗：

發電氣耗=天然氣體積耗量/發電量

供電氣耗=天然氣體積耗量/供電量

（4）啟動過程收益：

啟動過程收益=供電量×上網電價-天然氣熱量×天然氣價格-除鹽水耗量×除鹽水成本

該指標僅考慮啟動過程中的供電收益及所耗天然氣、除鹽水成本，不考慮設備折舊與維護、輸變電損耗、人工等各類成本。

3? ? 機組啟動經濟性計算結果及分析

根據上一節介紹的機組啟動經濟性算法，利用DCS數據庫分別讀取#1機和#2機2019年7月1日至2019年7月31日共43次正常啟動過程（#1機熱態16次、溫態3次，#2機熱態19次、溫態5次）以及2019年3月15日（#2機組冷態）、4月8日（#2機組冷態）、5月14日（#1機組冷態）的相關歷史數據，代入啟動經濟性計算模型，將部分計算結果匯總成表1，并繪制機組啟動過程供電效率—停機時長關系曲線、機組啟動過程收益—停機時長曲線，如圖1、圖2所示。

通過上述圖表，可分析出影響機組啟動經濟性的幾個因素：

3.1? ? 停機時長增加，機組啟動經濟性降低

機組啟動經濟性與停機時長整體上呈反比例關系，停機時間越長，機組啟動經濟性越低。當停機時長大于200 h后，機組將轉為冷態，整個熱力系統已完全冷卻下來，而后停機時長再增加，機組啟動經濟性不再變化。

3.2? ? 啟動模式是影響機組啟動經濟性的最關鍵因素

當停機時間的增加使啟動模式發生變化時，機組啟動經濟性將發生突降。即使機組啟動模式處于臨界狀態，只要不發生模式變化，啟動經濟性也不會發生大幅降低。根據統計結果，熱態、溫態、冷態啟動的平均啟動收益分別約為-1萬元、-2萬元和-14萬元，即溫態啟動比熱態啟動成本高約1萬元，而冷態啟動比溫態啟動成本高約12萬元。

3.3? ? 節能降耗、機組性能水平是影響機組啟動經濟性的因素

同一啟動模式下，機組啟動經濟性在小范圍變化，與停機時長關系不大，而主要取決于啟動操作是否合理、系統保溫保壓情況、設備運行情況等因素對于暖機時間的影響。

4? ? 基于啟動經濟性的調度基本原則

根據機組啟動經濟性影響因素的分析結果，僅從經濟性角度出發，不考慮操作量及對設備的影響，總結出兩班制運行模式下9F燃機機組經濟調度的基本原則如下：

（1）盡量避免機組啟動模式變化，尤其是要盡量避免冷態啟動。當機組啟動模式將要變化時，應優先啟動，其中轉為冷態優先于轉為溫態。

（2）當機組啟動模式相同時，綜合考慮近期機組運行計劃，優先啟動停機時長較短的機組。

（3）優先啟動性能較高、綜合能耗水平較低的機組。如新會電廠#1機組凝結水泵變頻器于2019年6月1日發生故障，機組能耗水平較高，故優先啟動#2機組。一般來說，機組距上次檢修、水洗間隔時間越短，性能越高。

5? ? 結語

在電力改革的浪潮中，在電力峰谷相差較大的廣東電力市場，廣東的燃氣—蒸汽聯合循環機組大部分被用于調峰運行，肩負著電網安全調峰調頻的重要作用。針對基于兩班制運行模式的9F燃機聯合循環機組，做好啟停經濟性分析，合理安排各機組的經濟調度，是電廠生產經營工作的重要基礎。

收稿日期：2019-12-13

作者簡介：張釗宇（1993—），男，廣東廣州人，熱動助理工程師，研究方向：電力運行。