CN106712033A - 一种热电厂消纳弃风的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种热电厂消纳弃风的方法。本发明方法，包括：根据热电机组的发电功率、供热功率计算供热煤耗；根据所述热电机组的供热煤耗和发电煤耗建立最小目标为所述热电机组煤耗和风电机组煤耗的分析模型，并根据所述分析模型计算所述热电机组的最佳热负荷；所述热电机组根据所述最佳热负荷调整当前热负荷。本发明解决了现有技术中存在弃风的问题。实现了减少弃风的同时，保证了热电厂的供热要求。

Description

一种热电厂消纳弃风的方法

技术领域

本发明实施例涉及热电厂配置技术领域，尤其涉及一种热电厂消纳弃风的方法。

背景技术

近年来，我国风电保持健康发展势头，新增装机容量和累计装机总容量均列世界第一。2016年我国全年新增风电装机1930万千瓦，累计并网装机容量达到1.49亿千瓦。然而风电消纳的水平却跟不上风电发展的速度，2016全年弃风电量高达497亿千瓦时。弃风主要集中在“三北”地区，以冬季供暖期为最。其中吉林省2016年第一季度弃风率超过了50％。究其原因在于，“三北”地区为满足较高的热负荷，热电机组按照“以热定电”的方式运行，使得电负荷低谷时段的最小出力较高，系统无法为风电上网提供空间，从而造成了大规模的弃风。

现有技术均是首先假设热电厂热负荷已经确定且必须满足，然后再从“弃风”如何消纳的角度展开研究，例如利用储热把热电厂产热时间从弃风时段转移到非弃风时段，或者直接利用电锅炉消纳弃风进行风电供热，以及通过抽水蓄能来提高系统调峰能力，降低系统最小出力，从而增大系统接纳风电空间。

但是，现有技术中在确定热负荷不变的前提下再消纳弃风，导致协调系统整体的能力的下降。

发明内容

本发明实施例提供一种热电厂消纳弃风的方法，以克服上述技术问题。

本发明计算热电厂消纳弃风的方法，包括：

根据热电机组的发电功率、供热功率计算供热煤耗；

根据所述热电机组的供热煤耗和发电煤耗建立最小目标为所述热电机组煤耗和风电机组煤耗的分析模型，并根据所述分析模型计算所述热电机组的最佳热负荷；

所述热电机组根据所述最佳热负荷调整当前热负荷。

进一步地，所述根据热电机组的发电功率、供热功率计算供热煤耗，包括：

根据公式

根据发电煤耗计算供热煤耗，其中，所述μ_CHP,h为热电机组的供热煤耗，所述μ_CON,e纯凝工况下机组的发电煤耗，P_F,e为机组在纯凝工况下的发电功率，P_E,e为相等煤耗量下不同工作点的发电功率、P_E,h为相等煤耗量下不同工作点的发电功率供热功率。

进一步地，所述根据所述热电机组的供热煤耗和发电煤耗建立最小目标为所述热电机组煤耗和风电机组煤耗的分析模型，并根据所述分析模型计算所述热电机组的最佳热负荷，包括：

基于热电机组的电热耦合特性建立目标函数为

其中，为分区l的机组n的发电、供热煤耗，为分区l的燃煤锅炉的煤耗；为机组n在t时刻的发电、供热功率，S^l,t为分区l的蓄热罐在t时刻的容量，为分区l的电锅炉的效率，为分区l的电锅炉在t时刻的供热功率。为分区l的热负荷；

所述目标函数的约束条件为

其中，U^l,n为机组n的启停状态，表示风电上网功率，表示风电预测出力，α_down、α_up分别为系统下、上旋转备用系数；为蓄热罐最大容量；

计算得到热负荷为

其中，所述为热电机组的热负荷，所述电锅炉的出力，所述热电机组的供热功率，所述S^l,t为t时段蓄热罐容量，所述S^l,t-1-S^l,t为相邻两个时段的蓄热罐容量差。

本发明通过调整热电厂热电机组的热负荷从而降低热电厂“以热定电”发电功率的形式实现对风电的消纳。解决了现有技术中存在弃风的问题。在兼顾了减少弃风的同时，保证了热电厂的供热。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明热电厂消纳弃风的方法流程图；

图2为本发明热电机组和风电机组综合系统结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明热电厂消纳弃风的方法流程图，如图1所示，本实施例的方法可以包括：

步骤101、根据热电机组的发电功率、供热功率计算供热煤耗；

步骤102、根据所述热电机组的供热煤耗和发电煤耗建立最小目标为所述热电机组煤耗和风电机组煤耗的分析模型，并根据所述分析模型计算所述热电机组的最佳热负荷；

具体来说，热电厂在联产状态同时生产电能和热能，现有的在两者之间分摊煤耗的方法有多种，包括热量法、实际焓降法、做功能力法等，或者将联产好处全部归电、或者将联产好处全部归热、或者二者各分得一部分。尽管各有其道理，然而却无法描述热电厂供热的机会煤耗。而热电厂供热的机会煤耗低于传统燃煤锅炉供热煤耗，才是在供热系统运行时优先利用热电厂进行供热的本质原因，也是进一步进行分析的数据基础。

“风电冲突”问题可以转换描述为：在大规模风电并网之后，热电厂如何根据所承担的大幅波动的等效发电负荷，以及热电厂锅炉剩余的大量空闲容量，充分利用蓄热罐和电锅炉，通过合理供热，以使得从整个电热综合能源系统耗能最小的问题。

步骤103、所述热电机组根据所述最佳热负荷调整当前热负荷。

具体而言，新建热电厂面临着热负荷的确定和灵活性改造方式选择的问题。为充分利用热电厂发电的机会进行联产供热，系统中电厂的热负荷水平应该大于等于依据等效负荷确定的各时段联产供热能力在周期内的平均功率。理论上讲，若二者正好相等，则只要有足够的蓄热容量即可，无需配置电锅炉补充供热。然而，若前者大于后者，则热负荷水平越高，电厂运行时需要的电锅炉容量就越大，而需要的蓄热容量就越小。同样，理论上讲，若热负荷大于周期内依据等效负荷确定的各时段联产供热能力的最大值，则由于在各时段联产供热能力均不大于热负荷，无需配置储热进行储热。

进一步地，所述根据热电机组的发电功率、供热功率计算供热煤耗，包括：

根据公式

根据发电煤耗计算供热煤耗，其中，所述μ_CHP,h为热电机组的供热煤耗，所述μ_CON,e纯凝工况下机组的发电煤耗，P_F,e为机组在纯凝工况下的发电功率，P_E,e为相等煤耗量下不同工作点的发电功率、P_E,h为相等煤耗量下不同工作点的发电功率供热功率。

热电机组的发电煤耗为

其中，所述为μ_CON,e纯凝工况下机组的发电煤耗，P_F,e为机组在纯凝工况下的发电功率，P_E,e、P_E,h为等煤耗点的发电、供热功率，c_v为AB段斜率的绝对值，η_CON为机组在纯凝工况下的发电效率。

进一步地，所述所述根据所述热电机组的供热煤耗和发电煤耗建立最小目标为所述热电机组煤耗和风电机组煤耗的分析模型，并根据所述分析模型计算所述热电机组的最佳热负荷，包括：

基于热电机组的电热耦合特性建立目标函数为

其中，为分区l的机组n的发电、供热煤耗，为分区l的燃煤锅炉的煤耗；为机组n在t时刻的发电、供热功率，S^l,t为分区l的蓄热罐在t时刻的容量，为分区l的电锅炉的效率，为分区l的电锅炉在t时刻的供热功率。为分区l的热负荷；

具体来说，因为风电相当于完全用于替代火电发电，故而电锅炉消耗的电力可被认为来自于热电联产，那么考虑到热电机组的电热耦合特性，这部分电力生产时相应会联产出的热出力；所以电锅炉的供热量相当于热电厂锅炉直接供热，那么目标函数可以表示为：

其中，μ_e、μ_h为忽略机组特性的发电、供热煤耗，为系统在t时刻电负荷，为风电上网功率μ_CHP,B相当于电厂锅炉新汽直接供热的煤耗。所述目标函数对求导可得弃风时段有

说明弃风时段应该优先接纳风电而不是优先发展风电。从而需要重新核定热负荷。

另外，若实际电力系统中发电机组所配置的燃煤锅炉效率高于区域燃煤锅炉供热效率，即μ_CHP,B小于μ_CB，则为充分利用电厂锅炉替代区域锅炉供热节约煤耗，电厂供热负荷应该尽可能大。理论上讲，应该等于电厂最大的供热能力，即等于锅炉最大输出热能减去热电厂承担的最大电负荷。

反之，若μ_CHP,B大于μ_CB，则热电厂采用电锅炉供热不节能，应该减少电锅炉供热量。理论上讲，此时热负荷等于依据等效负荷确定的各时段联产供热能力在周期内的平均功率，此时热电厂无需采用电锅炉补充供热。然而，在实际电力系统中，由于风电持续并网及其风电的波动性和不确定性，消纳风电后的等效负荷曲线处于动态变化之中，很难根据上述原则确定热负荷。

所述目标函数的约束条件为

其中，U^l,n为机组n的启停状态，表示风电预测出力，α_down、α_up分别为系统下、上旋转备用系数；为蓄热罐最大容量；

计算得到热负荷为

其中，所述为热电机组的热负荷，所述电锅炉的出力，所述热电机组的供热功率，所述S^l,t为t时段蓄热罐容量，所述S^l,t-1-S^l,t为相邻两个时段的蓄热罐容量差。

具体而言，如图2所示，举例说明，该电热综合能源系统中，分区I号有3台300MW机组，分区II有两台300MW机组和1台200MW机组，分区III有3台200MW机组。经计算可知，300MW机组联产供热煤耗为74g/kWh，电锅炉直接供热的等效煤耗为150g；200MW机组联产供热的煤耗为72g/kWh，电锅炉直接供热的等效煤耗为154g/kWh。此外，假设机组在纯凝工况下的最小出力在灵活性改造前为额定容量的50％，经过灵活性改造后可达到额定出力30％的水平。每个分区的供热负荷需求为2500MW，配置1台等效功率区域燃煤锅炉予以补充供热。此外，假设每个分区建设有1台等效蓄热罐和1台等效电锅炉，假设电锅炉效率为1。

除热电厂外，假设系统还有一个等效的风电场，风电和各区热电共同满足系统电负荷，且各分区之间不存在电网输电容量限制。假设整个系统与其他电网无电功率交换，运行时考虑上调旋转备用率为5％，下调旋转备用率为2％。

风电装机容量为1000MW时，计算结果表明，当区域锅炉的效率为0.9时，此时热电厂的最佳热负荷为1170MW，约等于系统日内等效负荷确定的联产供热能力的平均值1169MW。系统尽可能减少了电锅炉供热而利用高效区域锅炉供热。

而当区域锅炉的效率为0.7时，系统内所有热电厂总的最佳热负荷为2305MW，远大于上一情况，约等于热电厂日内等效负荷确定的联产供热能力和电锅炉供热能力之和的日内平均值。该日系统内所有热电厂利用电锅炉的直接制热量为8461MWh，对应的联产供热量为18779MWh，最大程度地利用了热电厂空闲容量进行了供热。

本发明将热电厂联产状态下的电煤耗和热煤耗分解，并根据分解后的电煤耗和热煤耗建立最小目标为整体煤耗的分析模型，通过该分析模型计算得到热电机组的最佳热负荷，热电机组根据该最佳热负荷调整当前的热负荷，从而实现了在兼顾减少弃风的同时，保证了热电厂的供热要求。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (3)

1.一种热电厂消纳弃风的方法，其特征在于，包括：

根据热电机组的发电功率、供热功率计算供热煤耗；

根据所述热电机组的供热煤耗和发电煤耗建立最小目标为所述热电机组煤耗和风电机组煤耗的分析模型，并根据所述分析模型计算所述热电机组的最佳热负荷；

所述热电机组根据所述最佳热负荷调整当前热负荷。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据热电机组的发电功率、供热功率计算供热煤耗，包括：

根据公式

${\mathrm{\μ}}_{CHP,h}=\frac{{\mathrm{\μ}}_{CON,e}(P_{F,e}-P_{E,e})}{P_{E,h}}---\left(1\right)$

根据发电煤耗计算供热煤耗，其中，所述μ_CHP,h为热电机组的供热煤耗，所述μ_CON,e纯凝工况下机组的发电煤耗，P_F,e为机组在纯凝工况下的发电功率，P_E,e为相等煤耗量下不同工作点的发电功率、P_E,h为相等煤耗量下不同工作点的发电功率供热功率。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述根据所述热电机组的供热煤耗和发电煤耗建立最小目标为所述热电机组煤耗和风电机组煤耗的分析模型，并根据所述分析模型计算所述热电机组的最佳热负荷，包括：

基于热电机组的电热耦合特性建立目标函数为

$\min \underset{t=1}{\overset{T}{\mathrm{\Σ}}}\underset{l=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}\underset{n=1}{\overset{N_L}{\mathrm{\Σ}}}\[{\mathrm{\μ}}_e^{l,n}{P}_e^{l,n,t}+{\mathrm{\μ}}_h^{l,n}{P}_h^{l,n,t}\]+\underset{t=1}{\overset{T}{\mathrm{\Σ}}}\underset{l=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\μ}}_{CB}^l\[P_{D,h}^{l,t}-\underset{n=1}{\overset{N_l}{\mathrm{\Σ}}}\left(P_h^{l,n,t}+S^{l,t}-S^{l,t-1}\right)-{\mathrm{\η}}_{EB}^l{P}_{EB}^{l,t}\]---\left(2\right)$

其中，为分区l的机组n的发电、供热煤耗，为分区l的燃煤锅炉的煤耗；为机组n在t时刻的发电、供热功率，S^l,t为分区l的蓄热罐在t时刻的容量，为分区l的电锅炉的效率，为分区l的电锅炉在t时刻的供热功率。为分区l的热负荷；

所述目标函数的约束条件为

$0\≤P_h^{l,n,t}\≤U^{l,n}{P}_{h\max }^{l,n}---\left(3\right)$

$U^{l,n}\[\max \left(P_{e\min }^{l,n},c_m^{l,n}{P}_h^{l,n,t}+K^{l,n}\right)\]\≤P_e^{l,n,t}\≤U^{l,n}\left(P_{e\max }^{l,n}-c_v^{l,n}{P}_h^{l,n,t}\right)---\left(4\right)$

$0\≤P_W^t\≤P_{Wfore}^t---\left(5\right)$

$\underset{l=1}{\overset{L}{\Σ}}\underset{n=1}{\overset{N_L}{\Σ}}{P}_e^{l,n,t}+P_W^t=P_{D,e}^t+\underset{l=1}{\overset{L}{\Σ}}{P}_{EB}^{l,t}---\left(6\right)$

$\underset{l=1}{\overset{L}{\Σ}}\underset{n=1}{\overset{N_L}{\Σ}}{U}^{l,n}\[max(P_{emin}^{l,n},c_m^{l,n}{P}_h^{l,n,t}+K^{l,n})\]\≤(1-{\mathrm{\α}}_{down})P_{D,e}^t---\left(7\right)$

$\underset{l=1}{\overset{L}{\Σ}}\underset{n=1}{\overset{N_L}{\Σ}}{U}^{l,n}(P_{emax}^{l,n}-c_v^{l,n}{P}_h^{l,n,t})\≥(1+{\mathrm{\α}}_{up})P_{D,e}^t---\left(8\right)$

$\underset{n=1}{\overset{N_L}{\Σ}}{P}_h^{l,n,t}+{\mathrm{\η}}_{EB}^l{P}_{EB}^{l,t}+P_{CB}^{l,t}+(S^{l,t-1}-S^{l,t})\≥P_{D,h}^{l,t}---\left(9\right)$

$S^{l,0}=S^{l,T}=S_{max}^l/2---\left(10\right)$

$S^{l,t}<S_{max}^l---\left(11\right)$

$P_{CB}^{l,t}=P_{CB}^{l,t-1}---\left(12\right)$

其中，U^l,n为机组n的启停状态，表示风电上网功率，表示风电预测出力，α_down、α_up分别为系统下、上旋转备用系数；为蓄热罐最大容量；

计算得到热负荷为

$P_{CHP,h}^l=\underset{n=1}{\overset{N_L}{\mathrm{\&Sigma;}}}{P}_h^{l,n,t}+{\mathrm{\&eta;}}_{EB}^l{P}_{EB}^{l,t}+(S^{l,t-1}-S^{l,t})---\left(13\right)$

其中，所述为热电机组的热负荷，所述电锅炉的出力，所述热电机组的供热功率，所述S^l,t为t时段蓄热罐容量，所述S^l,t-1-S^l,t为相邻两个时段的蓄热罐容量差。