考慮碳排放目標的燃煤機組負荷量節能控制模型

關鍵詞：碳排放目標；燃煤機組；負荷量；節能模糊控制；煤耗特征

中圖分類號：TM734；TP391.92 文獻標識碼：A 文章編號：1001-5922（2024）12-0131-05

燃煤機組是一種將煤炭等化石燃料的化學能，轉換成電能的機組設備，是一種較為重要的發電方式[1]。煤炭等化石燃料的燃燒會產生大量的SO₂、NO_X等酸性氣體，對生態環境和人體健康造成損害[2]。為了減少燃煤機組的碳排量，通常采用相應的裝置和措施。但在實際應用中，由于燃煤機組的運行工況不同[3-4]，減排效果存在一定的差異。而燃煤機組的負荷大小與功率大小直接相關，產生負荷的主要組成部分是用電負荷和損耗功率[5-6]，因此該負荷也被稱為供電量。在運行過程中，需要對燃煤機組的供電量進行控制，以實現更佳的節能減排效果。文獻[7]為降低燃煤機組的碳排放量，以經濟效益最大化為目標構建雙層規劃模型，進行碳排量的分配控制；該方法能夠較好的實現碳排放強度的控制，但是無法實現機組負荷量的控制。基于此，本文針對燃煤機組在發電運行過程中的煤耗特征，以降低碳排量為前提，提出燃煤機組負荷量節能控制模型。

1燃煤機組負荷量節能控制模型構建

1.1燃煤機組煤耗特征提取

燃煤機組在運行過程中，環境溫度、運行工況等均會發生一定變化[9]，導致機組的負荷量也呈現變化狀態。因此，為有效實現燃煤機組負荷量節能模糊控制，并降低機組的碳排放量[10]，本文采用高斯過程回歸模型對燃煤機組的煤耗特征進行提取。

通過上述流程即可獲取目標函數的求解結果，該結果即為燃煤機組負荷量節能模糊控制最優結果。

2實驗結果分析

本文在進行測試過程中，僅以其中一臺600MW的燃煤機組為例，進行所提模型的相關測試。該機組在運行過程中，該機組的日平均負荷在12000～170000MW，其煤耗情況如表1所示。

該燃煤電廠在實際運行過程中，煤耗較高，并且經濟效益較低。因此，該發電廠希望在降低碳排放的基礎上，提升經濟效益。

為驗證所提模型的應用效果，獲取在燃煤機組不同的總負荷下，所提模型控制前后的機組的煤耗變化結果，如圖3所示。

由圖3可知，隨著總負荷的逐漸增加，所提方法控制前，機組的煤耗均在340kg/（MW·h）以上，應用模型控制后，機組的煤耗在300～320kg/（MW·h）。因此，所提方法具有較好的應用效果，能夠有效降低燃煤機組的煤耗，實現機組節能需求。

為進一步驗證所提模型對于燃煤機組的控制效果，在考慮需求側響應和不考慮需求側響應的2種工況下，機組的碳排放量結果，其期望結果為低于432.5Nm3/h，測試結果如表2所示。

由表2可知，所提模型應用后，燃煤機組在2種運行工況下，碳排放量均在432.5Nm³/h以下，其中，在考慮需求側響應的運行工況下，最大碳排放量為361.79Nm³/h；在不考慮需求側響應的運行工況下，最大碳排放量為404.55Nm³/h。是由于所提模型在進行控制過程中，是以燃煤機組的煤耗特征為參考，確定目標函數。因此，所提模型能夠分析不同運行工況下的煤耗特征，以此可保證較好的控制效果。

為更深入驗證所提模型的應用性，在不同負荷率下，在考慮需求側響應和不考慮需求側響應的運行工況下，二氧化硫超標率測試結果，如表3所示。

由表3可知，在2種工況下，隨著負荷率的逐漸增加，所提模型均具有較好的節能、減排控制效果；控制后，二氧化硫超標率均在7.5%以下，在考慮需求側響應的運行工況下，二氧化硫最大超標率為6.56%；在不考慮需求側響應的運行工況下，二氧化硫最大超標率為5.77%。顯著低于控制前的二氧化硫超標率結果，能夠更好地實現減排目的。

為直觀驗證所提模型應用后熱電廠的經濟效益變化情況，在不同的運行周期內，在考慮需求側響應和不考慮需求側響應2種工況下的碳處理成本情況，測試結果如圖4所示。

由圖4可知，所提模型應用后，能夠降低燃煤機組不同運行工況下的碳處理成本，碳處理的日成本均在385.5元以下，可極大程度提升熱電廠的經濟效果，滿足該電廠的應用需求。

3結語

在節能減排的目標下，本文構建考慮碳排放目標的燃煤機組負荷量節能模糊控制模型，該模型以碳排放量和負荷經濟調度煤耗最小為目標函數，實現燃煤機組的節能控制。對該模型的應用效果進行測試后得出，該模型的應用效果較好，能夠有效降低燃煤機組的煤耗以及碳排放量，以此可提升熱電廠的經濟效益，滿足熱電廠的應用需求。