生物質(zhì)電廠降低廠用電率、節(jié)能降耗的研究

張 峰

（廣東粵電湛江生物質(zhì)發(fā)電有限公司，廣東 湛江 524000）

0 引 言

在現(xiàn)代化能源供電系統(tǒng)管理背景下，廠內(nèi)用電率數(shù)值被當(dāng)下供電企業(yè)視為衡量電力生產(chǎn)效率的重要指標(biāo)。長久發(fā)展中，尋求電廠機(jī)組低用電率數(shù)值始終是電力企業(yè)進(jìn)行能源節(jié)約和減少污染的重要任務(wù)，同時也是市場化經(jīng)營環(huán)境下提升場內(nèi)競爭力并謀取更多企業(yè)盈利的主要手段。本次研究從ZJ電廠的實際市場經(jīng)營表現(xiàn)出發(fā)，從該電廠近年來開展的節(jié)能減排工作入手，著重拆解分析場內(nèi)各發(fā)電機(jī)組、生產(chǎn)輔助機(jī)組及其整體系統(tǒng)的真實運行生產(chǎn)狀態(tài)，進(jìn)而找到對場內(nèi)用電率產(chǎn)生影響的各類可控變量因素，用以針對性謀求實現(xiàn)廠內(nèi)用電率目標(biāo)的可操作辦法。

1 案例概況

電廠企業(yè)作為事關(guān)我國民生穩(wěn)定和國家能源安全的企業(yè)，其生產(chǎn)經(jīng)營過程中的廠內(nèi)用電率數(shù)值是衡量其實際經(jīng)營效益的重要指標(biāo)，同其市場化經(jīng)營過程中的經(jīng)營穩(wěn)定性和同行競爭力密切相關(guān)，因此該數(shù)值指標(biāo)尤其受到生產(chǎn)規(guī)模較小的小機(jī)組容量的生物質(zhì)類型發(fā)電企業(yè)的關(guān)注[1]。ZJ電廠正是此類型發(fā)電企業(yè)的代表，具有較強(qiáng)的典型意義。案例電廠內(nèi)部在開展全效能生產(chǎn)運營過程中將動用廠內(nèi)兩臺50 MW功率型號的發(fā)電機(jī)組，采用單純進(jìn)行生物質(zhì)燃料燃燒的方式實現(xiàn)由熱能到電能的轉(zhuǎn)換。經(jīng)研究人員實地考察，目標(biāo)電廠在建設(shè)之初所設(shè)定的電廠用電率目標(biāo)數(shù)值為11%，但自從該電廠于2011年正式開廠生產(chǎn)后，其每年所報告的年度用電率數(shù)值均超于原始設(shè)定計劃數(shù)值，2020年及2021年的用電率數(shù)值出現(xiàn)了顯著飆升趨向。為了改善案例電廠此項生產(chǎn)經(jīng)營指標(biāo)，目標(biāo)公司于內(nèi)部運行部門內(nèi)下派了1組用電率控制專屬技術(shù)人員，同時在廠內(nèi)成立了用于專門控制該項指標(biāo)的管理團(tuán)隊，用以通過實地考察深層次探尋廠內(nèi)用電率居高不下的現(xiàn)實原因，并從技術(shù)與管理兩個層面上探索能夠有效降低廠內(nèi)用戶電率數(shù)值的實際措施。

為尋找廠內(nèi)生產(chǎn)活動所影響用電率數(shù)值的規(guī)律，ZJ電廠運行部門技術(shù)人員對2020年及2021年度的廠內(nèi)月度用電率數(shù)值進(jìn)行數(shù)據(jù)比對分析，其具體對比情況如表1所示。

表1 廠內(nèi)月度用電率數(shù)值對比表（2020—2021） 單位：%

此外，為明確廠內(nèi)用電作業(yè)的合理性以及自身生產(chǎn)過程中的效率情況，ZJ電廠運行部門技術(shù)人員對2020年及2021年度的廠內(nèi)月度用電負(fù)荷率數(shù)值進(jìn)行數(shù)據(jù)比對分析，其具體對比情況如表2所示。

表2 廠內(nèi)月度用電負(fù)荷數(shù)值對比表（2020—2021） 單位：kW

2 用電率影響因素

結(jié)合上述表1、表2中由技術(shù)管理人員所記錄的真實數(shù)據(jù)分析案例電廠內(nèi)影響用電率增長的各類現(xiàn)實因素，參考實際生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)化生產(chǎn)條件將其歸納為以下9點。

2.1 2號引風(fēng)設(shè)備調(diào)整

為了提高能源生產(chǎn)供應(yīng)效率，2020年廠內(nèi)對2號生產(chǎn)鍋爐引風(fēng)裝置進(jìn)行了擴(kuò)容優(yōu)化改裝，致使該項設(shè)備在穩(wěn)態(tài)完成200 t工作任務(wù)的前提下，供電需求由85 A飆升至95 A，出現(xiàn)同廠內(nèi)50 MV基礎(chǔ)生產(chǎn)設(shè)備搶占電力負(fù)荷的現(xiàn)象。

2.2 生產(chǎn)機(jī)組頻繁啟停

受限于生物質(zhì)能源電廠的生產(chǎn)規(guī)律限制，電廠內(nèi)每一次全面重啟操作都將耗費大量生產(chǎn)基礎(chǔ)電能進(jìn)行鍋爐預(yù)熱與系統(tǒng)維護(hù)，并在某一時段內(nèi)呈現(xiàn)出耗能大且產(chǎn)能少的病態(tài)生產(chǎn)態(tài)勢[2]。而受到新冠肺炎疫情及環(huán)境保護(hù)政策影響，案例電廠2021年度的經(jīng)營生產(chǎn)過程中較2020年增加了兩次廠內(nèi)生產(chǎn)機(jī)組全面停止操作，這也無疑為常規(guī)電力企業(yè)生產(chǎn)過程增加了能源消耗與用電率壓力。

2.3 鍋爐系統(tǒng)效用降低

目標(biāo)電廠采用的鍋爐工藝為流化生產(chǎn)方式，而隨著鍋爐使用年限的增加，鍋爐作為承擔(dān)生物質(zhì)能量轉(zhuǎn)換的主要生產(chǎn)場所，內(nèi)部生產(chǎn)環(huán)境持續(xù)惡化，突出表現(xiàn)為內(nèi)膽流化不良、尾端排氣管道積灰結(jié)塊、空預(yù)器設(shè)備氣密性變差等情況[3]。而此類問題除了將在生產(chǎn)過程中降低生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)換效率外，還將嚴(yán)重拉低生產(chǎn)機(jī)組的電負(fù)荷率，致使廠內(nèi)大量電能消耗在設(shè)備運行過程中。

2.4 燃燒耗材品質(zhì)下降

考慮到成本因素，案例電廠在近年來的生產(chǎn)過程中對原有生物質(zhì)耗材進(jìn)行了品類變更，新的燃燒用耗材內(nèi)部含有較多的水分及不可燃雜質(zhì)，除此以外其內(nèi)部可燃成分配比也相比初始耗材較為不合理。在材料進(jìn)入火電鍋爐前，入爐口處常因其材料形狀的不規(guī)則和較大的顆粒直徑而出現(xiàn)堵塞問題，而后當(dāng)耗材正式進(jìn)入能源轉(zhuǎn)換生產(chǎn)中時，鍋爐往往需要運行更長的時間用以確保爐內(nèi)材料的充分燃燒與轉(zhuǎn)換，進(jìn)而加劇了廠內(nèi)電負(fù)荷波動頻率，不利于鍋爐對用電負(fù)荷率的數(shù)值貢獻(xiàn)，致使廠內(nèi)綜合用電率與運營成本有所上漲[4]。

2.5 機(jī)組運行參數(shù)調(diào)整

考慮到政治因素限制，目標(biāo)電廠2020年起便接受到國家電力機(jī)組低參數(shù)運行的改革要求，并以此為時間節(jié)點對廠內(nèi)負(fù)責(zé)電力生產(chǎn)的關(guān)鍵機(jī)組內(nèi)部運行參數(shù)進(jìn)行下調(diào)。但由于該廠所使用的生產(chǎn)設(shè)備型號較為古老，其內(nèi)部參數(shù)下調(diào)后對生產(chǎn)產(chǎn)能的影響巨大，致使該年后廠內(nèi)普遍出現(xiàn)機(jī)組能源轉(zhuǎn)換效率下跌、發(fā)電供應(yīng)數(shù)量減少以及設(shè)備整體電能負(fù)荷比率表現(xiàn)不佳的問題。

2.6 冷卻裝置上水調(diào)節(jié)

案例技術(shù)人員在對廠內(nèi)設(shè)備例行檢查歷史記錄進(jìn)行查閱時發(fā)現(xiàn)，廠內(nèi)1號、2號鍋爐生產(chǎn)線旁路的水冷調(diào)節(jié)管道處存在節(jié)流損失隱患，在生產(chǎn)過程中廠內(nèi)屢次發(fā)生因給水線路水泵節(jié)流調(diào)整一場所引發(fā)的區(qū)域電流波動，致使案例電廠線路內(nèi)的局部出現(xiàn)電阻過高的用電損失，進(jìn)而成為抬升目標(biāo)能源企業(yè)用電率數(shù)值的重要因素之一[5]。

2.7 冷卻輔助頻繁啟用

受到全球變暖的影響，2020年間高溫天氣明顯增多，而為了保障電廠內(nèi)部生產(chǎn)的安全性，在該年度內(nèi)目標(biāo)電廠為冷卻水裝置添加了風(fēng)機(jī)輔助設(shè)備，而該設(shè)備的采用迅速在廠內(nèi)生產(chǎn)進(jìn)程中營造出了依賴性效果。在冷卻水水溫長期偏高的背景下，冷卻輔助風(fēng)機(jī)幾乎在全年都處于高頻運轉(zhuǎn)狀態(tài)中，而每臺冷卻輔助設(shè)備的運行都會為廠內(nèi)機(jī)組生產(chǎn)用電率的數(shù)值表現(xiàn)增加0.3%[6]。

2.8 清潔能源設(shè)備損壞

參考廠內(nèi)初始生產(chǎn)設(shè)計圖紙，技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)廠內(nèi)存在一定數(shù)量的太陽能光伏能源接收設(shè)備，此類清潔能源的收集與利用將有效中和廠內(nèi)電力能源的耗能過多現(xiàn)象。然而隨著使用時間的增加，案例電廠內(nèi)所搭設(shè)的太陽能裝置已經(jīng)在不同程度上遭受臺風(fēng)、暴雨等惡劣天氣影響，其在廠內(nèi)的能源貢獻(xiàn)效率正呈現(xiàn)逐年遞減的態(tài)勢，目前已經(jīng)不具備輔助電廠進(jìn)行電力能源節(jié)約的功能。

2.9 員工節(jié)能意識薄弱

隨著目標(biāo)電廠多年來的發(fā)展，廠內(nèi)員工團(tuán)隊逐漸擴(kuò)大，因此廠內(nèi)所使用的電力能源結(jié)構(gòu)不得已向非電力生產(chǎn)線的部分進(jìn)行傾斜。與此同時，廠內(nèi)節(jié)能宣傳的缺失，則為廠內(nèi)員工各類不健康的用電行為埋下隱患，長期明亮的照明光源、全年開放的環(huán)境制冷等現(xiàn)象的出現(xiàn)無不影響著廠內(nèi)最終的用電率數(shù)值[7]。

3 用電率優(yōu)化措施

對生物質(zhì)電廠生產(chǎn)過程中電能節(jié)約與損耗降低的關(guān)注，同樣離不開廠內(nèi)有序且科學(xué)的規(guī)章制度設(shè)計，經(jīng)由同類企業(yè)發(fā)展文獻(xiàn)經(jīng)驗參考，案例研究人員結(jié)合電廠實際生產(chǎn)情況從技術(shù)層面和管理層面分別提出了如下幾點兼具操作性與實用性的方案意見。

3.1 運行技術(shù)管理方案

第一，盡可能協(xié)調(diào)布置低耗能設(shè)備在生產(chǎn)線中參與運行，以應(yīng)用盡用的理念指導(dǎo)能源生產(chǎn)效能高的設(shè)備取代生產(chǎn)線內(nèi)出力效率的設(shè)備，同時可以將此類替換后的設(shè)備作為企業(yè)生產(chǎn)中的備用機(jī)組，用以保證能源生產(chǎn)線的穩(wěn)定性與安全性[8]。

第二，在冬季生產(chǎn)過程中加強(qiáng)關(guān)注廠內(nèi)凝氣設(shè)備的真空數(shù)值表現(xiàn)，在數(shù)值表現(xiàn)偏高時，盡量避免循環(huán)冷卻系統(tǒng)同真空泵水設(shè)備的同時使用，進(jìn)而起到節(jié)約生產(chǎn)所用電能的目的。

第三，將原有雙線運行變壓策略變更為單線變壓供電方式，在將其中1臺變壓設(shè)備采用暗備用安裝后，令剩余的1臺變壓設(shè)備全權(quán)負(fù)責(zé)廠內(nèi)生產(chǎn)公用系統(tǒng)中的冷卻循環(huán)水系統(tǒng)、綜合生產(chǎn)用水系統(tǒng)、綜合生產(chǎn)電力系統(tǒng)以及能源耗材輸送系統(tǒng)。但需要注意的是，為了兼顧節(jié)能性與穩(wěn)定性，能源耗材變電控制回路的控制場所必須要放置在控制室由專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行細(xì)節(jié)手動操作，用以避免廠內(nèi)各系統(tǒng)串聯(lián)所帶來的短路跳閘隱患[9]。

第四，將原有自動運行的冷卻水輔助風(fēng)機(jī)系統(tǒng)調(diào)為手動控制，同時廠內(nèi)派遣專門技術(shù)人員對該系統(tǒng)進(jìn)行負(fù)責(zé)，令其只在冷卻水溫高于運行安全閾值時運行，用以確保此類設(shè)備在電廠生產(chǎn)過程的耗電必要性。

第五，強(qiáng)制廠內(nèi)已經(jīng)安裝自動化變頻調(diào)節(jié)的生產(chǎn)設(shè)備在日常生產(chǎn)過程中以節(jié)能模式進(jìn)行運轉(zhuǎn)，盡量避免非必要情況下的全力運轉(zhuǎn)，用以實現(xiàn)節(jié)能目的。

第六，增派人員管理燃料耗材鍋爐入口，盡最大可能限制材料破碎設(shè)備的無用做功。

3.2 文明節(jié)能制度方案

3.2.1 生產(chǎn)用電

在生產(chǎn)機(jī)組開啟前，現(xiàn)場管理人員應(yīng)當(dāng)采取科學(xué)性的生產(chǎn)規(guī)劃，針對生產(chǎn)任務(wù)選擇是否在機(jī)組啟動時同步啟用備用變電設(shè)備。同時還要關(guān)注各類輔助生產(chǎn)機(jī)組的協(xié)同效用發(fā)揮，如在機(jī)組啟動之初可以采用僅開放一側(cè)風(fēng)機(jī)的策略，同時指導(dǎo)鍋爐上水操作與點火操作的同步進(jìn)行，用于降低輔助冷卻水泵的整體啟動時長[10]。

在生產(chǎn)機(jī)組停止過程中，為了避免由于電負(fù)荷驟降所產(chǎn)生的輔助系統(tǒng)能源浪費現(xiàn)象，廠內(nèi)應(yīng)當(dāng)派遣經(jīng)驗豐富的管理人員專門負(fù)責(zé)停機(jī)過程中各類輔助系統(tǒng)的細(xì)節(jié)控制，幫助除生產(chǎn)機(jī)組外的各類輔助裝置在第一時間停止非必要運行，用以從整體上減少廠內(nèi)生產(chǎn)耗能。

在生產(chǎn)機(jī)組完全停止后，現(xiàn)場技術(shù)人員需要及時將該生產(chǎn)線上的冷卻水線路切換至其他的運行機(jī)組上，并在觀察到目標(biāo)水泵數(shù)值達(dá)成停運指標(biāo)后的第一時間關(guān)閉供水，用以兼顧生產(chǎn)鍋爐的溫度養(yǎng)護(hù)與廠內(nèi)整體的節(jié)能控制。

3.2.2 非生產(chǎn)用電

第一，嚴(yán)格限制廠內(nèi)員工活動區(qū)域的空調(diào)溫度為25 ℃，避免非必要過分制冷，將更多電能資源專注于廠內(nèi)生產(chǎn)活動。

第二，在保證抽風(fēng)機(jī)正常運轉(zhuǎn)前提下，限制以配電室為代表的非員工活動區(qū)域內(nèi)的空調(diào)啟用。

第三，將廠內(nèi)照明模式由小區(qū)域單獨操作轉(zhuǎn)變?yōu)榻y(tǒng)一管理，并設(shè)置專人對其進(jìn)行管理，重點避免白晝亮燈的能源浪費。

4 結(jié) 論

通過本文研究得知，生物質(zhì)電廠內(nèi)部發(fā)電機(jī)組的系統(tǒng)構(gòu)成精密且運作邏輯性強(qiáng)，在集約型能源產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型背景下，亟需從用電率指標(biāo)出發(fā)，對廠內(nèi)各生產(chǎn)機(jī)組采用減少能源浪費并提升能源轉(zhuǎn)換率的有效措施。為此本次研究從ZJ電廠經(jīng)營實際案例出發(fā)，參考其近兩年來的經(jīng)營數(shù)據(jù)表現(xiàn)，詳細(xì)分析該廠用電率高居不下的技術(shù)性原因與設(shè)備基礎(chǔ)因素，而后從運行技術(shù)管理和文明節(jié)能制度兩個方面提出可操作性強(qiáng)的針對性建議，以此保障我國能源安全并有序推進(jìn)現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的可持續(xù)戰(zhàn)略。