CN108879776B - 一种可持续发展的煤电机组退役评估方法 - Google Patents

一种可持续发展的煤电机组退役评估方法 Download PDF

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吴政声
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Abstract

本发明提供一种可持续发展的煤电机组退役评估方法，涉及电力技术领域，为决策地区可持续发展的煤电规模，及单个火电厂是否应该退役而发明。本发明的方法包括：建立指标体系，通过对火电厂各项指标的筛选，对照国家相关政策文件，决定火电厂是否具备退役条件；结合地区电力平衡的指标分析，得出地区最多可减少的煤电规模；对于单个火电厂是否应该退役，还应该考虑该火电厂的供热指标、对电网安全稳定运行的各项标准。本发明应用于决策可持续发展的煤电机组退役评估中，能够较好地指导地区煤电退役的实际决策。

Description

一种可持续发展的煤电机组退役评估方法
技术领域
本发明涉及电力技术领域，具体涉及一种可持续发展的煤电机组退役评估方法。
背景技术
2017年12月26日，国家能源局召开2018年全国能源工作会议，部署了2018年能源重点工作任务。其中包括：聚焦煤炭和煤电，深入推进供给侧结构性改革，坚决夺取煤炭去产能任务决定性胜利，大力化解煤电过剩产能。
随着资源系统转型发展，煤电的未来发展将从单纯保障电量供应，向更好地保障电力供应、提供辅助服务并重转变，为清洁能源发展腾空间、搞服务。
鉴于上述背景，本发明旨在提供一种可持续发展的煤电机组退役评估方法，用于决策地区可持续发展的煤电总体规模，及单个火电厂是否应该退役，以响应国家对于火电去产能号召。
发明内容
本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
1、一种可持续发展的煤电机组退役评估方法，该方法包括以下步骤：
步骤1：对地区火电厂各项指标进行整编，制定火电厂指标体系，对比相关去产能政策，是否具备退役条件；
步骤2：根据地区负荷情况、电源情况、与区外电力交换各指标进行地区电力平衡计算，得出地区最多可减少的煤电规模；
步骤3：研究具备退役条件的火电厂对周边供热负荷的影响；
步骤4：建立电网影响标准，研究具备退役条件的火电厂对周边电网的影响；
步骤5：确定具备退役条件的火电厂是否需要退役，最终得出地区火电退役实际规模。
本发明步骤1中建立的火电厂指标体系包括：
1)火电厂机组台数N(台)和第i台机组Gi的装机容量Qi(MW)；
2)火电厂机组Gi的运行时间Yi(年)；
3)火电厂机组Gi的年平均标准煤耗率bdpi(g/kW·h)；
4)火电厂机组Gi的汽轮机类型：纯凝式汽轮机、抽凝式汽轮机、背压式汽轮机；
5)火电厂污染物排放指标：烟尘(mg/m3)、二氧化硫(mg/m3)、氮氧化物(mg/m3)、汞及其化合物(mg/m3)、烟气黑度(林格曼黑度)(级)。
本发明根据步骤1中的火电厂指标体系，对比火电去产能相关政策条件筛选具备退役条件的火电厂，具体条件为：
1)机组容量Q≤100MW，且汽轮机类型为纯凝式汽轮机的机组；
2)机组容量100MW＜Q≤200MW，且运行时间Y≥20年，且汽轮机类型为纯凝式汽轮机的机组；
3)机组容量200MW＜Q≤300MW，且运行时间Y≥20年，且汽轮机类型为纯凝式汽轮机，且污染物排放指标不满足《火电厂大气污染物排放标准》(GB 13223-2011)的机组；
4)机组容量200MW＜Q≤300MW，且运行时间Y≥25年，且汽轮机类型为抽凝式汽轮机，且污染物排放指标不满足《火电厂大气污染物排放标准》(GB 13223-2011)的机组；
5)机组年平均标准煤耗率bdp不满足《常规燃煤发电机组单位产品能源消耗限额》(GB21258-2013)规定的机组(不含超(超)临界机组)。
本发明步骤2中建立的电力平衡指标体系包括：
1)地区电力控制时刻；
2)地区电力控制时刻电力负荷P负荷(MW)；
3)地区电力控制时刻电源出力P电源(MW)，包括：水电站综合出力ΣP水(MW)、风电场综Σ合出力P风(MW)、光伏电站综合出力ΣP光(MW)、核电厂综合出力ΣP核(MW)、火电厂综合出力ΣP火(MW)、其他电站综合出力ΣP其他(MW)，
P电源＝ΣP水+ΣP风+ΣP光+ΣP核+ΣP火+ΣP其他(MW)
式中，P水、P风、P光分别为水电站、风电场和光伏电站在地区电力控制时刻的实际出力，P核和P火分别为核电厂和火电厂扣除检修容量后的装机容量；
4)地区电力控制时刻净送出电力P净送(MW)，
P净送＝ΣP外送-ΣP受入(MW)
式中，ΣP外送为地区电力控制时刻地区对外区综合送电电力，ΣP受入为地区电力控制时刻外区对地区综合送电电力；
根据步骤2中的电力平衡指标体系，计算地区电力平衡结果：
P平衡＝P电源-P负荷-P净送(MW)
当P平衡＞0时，表明地区具备减少煤电装机条件，最多可减少的煤电规模为P平衡；
当P平衡≤0时，表明地区不具备减少煤电装机条件，不建议地区火电退役。
本发明步骤3主要是研究步骤1筛选出的具备退役条件的火电厂对周边热负荷的供热是否能够被其他供热热源替代，若不能替代，该火电厂仍然不具备退役条件。
本发明步骤4建立的电网影响标准包括：
1)供电能力支撑标准
供电能力支撑标准是指某火电厂退役后，正常运行方式下或电网发生N-1故障时，是否造成近区上一电压等级变电站或近区供电线路过载。电网中以相对较低的电压等级接入电网的火电厂通常都对近区电网起到辅助供电的作用，该火电厂退役后可能会造成周边电网或上级电网供电能力不足的情况。该标准可通过建立指标体系量化执行，该指标体系包括：
a)火电厂接入电网电压等级U火(kV)和上一电压等级U火+1；
b)对火电厂所在电网供电的U火+1电压等级变电站主变台数N(台)和主变容量S主变(MVA)；
c)在某预设条件下，对火电厂所在电网供电的U火+1电压等级变电站在火电厂退役后的最大供电负荷P主变(MW)；
d)火电厂近区U火电压等级和U火+1电压等级第i条输、供电线路最大送电能力S线路i(MW)；
e)在某预设条件下，火电厂退役后火电厂近区U火电压等级和U火+1电压等级第i条输、供电线路输送的最大有功潮流P线路i(MW)。
根据供电能力支撑指标体系，研究步骤1筛选出的具备退役条件的火电厂在电网供电能力支撑方面是否具备退役条件，具体判定标准为：
a)火电厂退役后，正常运行情况下，电网应能同时满足以下条件，否则该火电厂不具备退役条件：
P主变＜N×S主变；
P线路1＜S线路2；
…………
P线路i＜S线路i
b)火电厂退役后，当对火电厂所在电网供电的U火+1电压等级变电站任一台主变发生故障后，电网应能同时满足以下条件，否则该火电厂不具备退役条件：
P主变＜(N-1)×S主变；
P线路1＜S线路2；
…………
P线路i＜S线路i
c)火电厂退役后，当火电厂近区U火电压等级和U火+1电压等级任一条输、供电线路发生故障后，电网应能同时满足以下条件，否则该火电厂不具备退役条件：
P主变＜N×S主变；
P线路1＜S线路2；
…………
P线路i＜S线路i
2)无功电压支撑标准
无功电压支撑是指某火电厂退役后，正常运行方式下，是否造成近区变电站各电压等级母线电压水平超出合理范围。由于火电厂可以通过降低功率因数多发容性无功对电网提供电压支撑，该火电厂退役后可能会造成周边电网容性无功不足的情况，导致电压水平超出合理范围。
研究步骤1筛选出的具备退役条件的火电厂在电网无功电压支撑方面是否具备退役条件，具体判定标准为：火电厂退役后，周边各变电站低压电容器完全投运后，500kV母线电压水平不应低于500kV，220kV母线电压水平不应低于220kV，110kV电压水平不应低于106.7kV，35kV电压水平不应低于33.95kV，否则该火电厂不具备退役条件。
本发明步骤5整理在步骤3和步骤4中确定的火电厂是否具备退役条件，对地区具备退役条件的火电厂装机规模进行累加，并将累加值ΣQ退役与步骤2得出的地区最多可减少的煤电规模ΣQ最大进行对比，当ΣQ退役≥ΣQ最大时，最终地区火电退役规模为ΣQ最大，实际退役的火电厂根据ΣQ最大的规模进行明确；当ΣQ退役＜ΣQ最大时，最终地区火电退役规模为ΣQ退役，实际退役的火电厂即为地区具备退役条件的火电厂。
具体实施方式
下面具体描述本发明的某一实例。
本发明公开了一种可持续发展的煤电机组退役评估方法，该方法包括以下步骤：
步骤1：对地区火电厂各项指标进行整编，制定火电厂指标体系，对比相关去产能政策，是否具备退役条件；
步骤2：根据地区负荷情况、电源情况、与区外电力交换各指标进行地区电力平衡计算，得出地区最多可减少的煤电规模；
步骤3：研究具备退役条件的火电厂对周边供热负荷的影响；
步骤4：建立电网影响标准，研究具备退役条件的火电厂对周边电网的影响；
步骤5：确定具备退役条件的火电厂是否需要退役，最终得出地区火电退役实际规模。
1)步骤1，对某地区全部两座火电厂制定火电厂指标体系，其中：
a)火电厂A的机组台数为4台，1#、2#、3#和4#机组的机组容量分别为200MW、200MW、300MW和300MW，至2020年1#、2#、3#和4#机组的运行时间分别为23年、21年、13年和13年，4台机组均为纯凝式汽轮机，年平均标准煤耗率为310g/kW·h，火电厂污染物排放指标均满足国家相关规定。
b)火电厂B的机组台数为2台，1#、2#机组的机组容量均为200MW，至2020年1#、2#的运行时间分别为22年、18年，2台机组均为纯凝式汽轮机，年平均标准煤耗率为310g/kW·h，火电厂污染物排放指标均满足国家相关规定。
对比火电退役相关政策条件可以看出，火电厂A的1#、2#机组和火电厂B的1#机组均被筛选成为具备退役条件的火电厂。
2)步骤2，建立该地区电力平衡指标体系，其中：
该地区电力控制时刻为12月20点，控制时刻电力负荷2800MW，水电站综合出力2000MW、火电厂综合出力1400MW，无其余电源类型，对区外供电300MW、区外受入200MW。则通过计算得到，地区控制时刻电源出力3400MW，净送出电力100MW，地区电力平衡结果为500MW。表明地区减少煤电规模的条件，最多可减少的煤电规模为500MW。
3)步骤3，研究具备退役条件的火电厂对周边供热负荷的影响。根据收资，火电厂A并无供热负荷，火电厂B有供热负荷，火电厂B开一台机即满足热负荷要求；因此步骤1中筛选出的火电厂A的1#、2#机组和火电厂B的1#机组仍然具备退役条件；
4)步骤4，建立电网影响标准，包括供电能力支撑标准和无功电压支撑标准：
a)供电能力支撑
火电厂A接入电网电压等级为220kV，上一电压等级为500kV。对火电厂A供电的500kV变电站主变容量为3×750MVA。火电厂A近区500kV线路导线截面均为4×500mm2，最大送电能力均为2928MW；近区220kV线路导线截面均为2×400mm2，最大送电能力均为575MW；
当火电厂A的1#机组退役后，对火电厂A供电的500kV变电站最大供电负荷为1400MVA，低于2250MVA的主变容量；近区500kV线路最大有功潮流均在1000MW以下，近区220kV线路最大有功潮流均在300MW以下，线路潮流均低于最大送电能力；
当火电厂A的1#机组退役后，对火电厂A供电的500kV变电站发生主变N-1故障后，最大供电负荷为1400MVA，低于主变N-1后1500MVA的主变容量；近区500kV线路最大有功潮流均在1000MW以下，近区220kV线路最大有功潮流均在300MW以下，线路潮流均低于最大送电能力；
当火电厂A的1#机组退役后，近区500kV和220kV线路发生N-1故障后，对火电厂A供电的500kV变电站最大供电负荷为1400MVA，低于2250MVA的主变容量；近区500kV线路最大有功潮流均在2000MW以下，近区220kV线路最大有功潮流均在420MW以下，线路潮流均低于最大送电能力；
当火电厂A的1#和2#机组退役后，对火电厂A供电的500kV变电站最大供电负荷为1600MVA，低于2250MVA的主变容量；近区500kV线路最大有功潮流均在1100MW以下，近区220kV线路最大有功潮流均在350MW以下，线路潮流均低于最大送电能力；
当火电厂A的1#和2#机组退役后，对火电厂A供电的500kV变电站发生主变N-1故障后，最大供电负荷为1600MVA，超过主变N-1后1500MVA的主变容量；近区500kV线路最大有功潮流均在1100MW以下，近区220kV线路最大有功潮流均在350MW以下，线路潮流均低于最大送电能力；
当火电厂A的1#和2#机组退役后，近区500kV和220kV线路发生N-1故障后，对火电厂A供电的500kV变电站最大供电负荷为1600MVA，低于2250MVA的主变容量；近区500kV线路最大有功潮流均在2200MW以下，近区220kV线路最大有功潮流均在450MW以下，线路潮流均低于最大送电能力；
根据前述分析，火电厂A一台机组退役后，电网供电能力能够满足要求，即火电厂A具备退役一台机组的条件；火电厂A两台机组退役后，电网供电能力无法满足要求，500kV变电站发生主变N-1故障后剩余主变过载，即火电厂A不具备退役两台机组的条件。
与火电厂A的分析方法相同，经分析，供电能力支撑方面，火电厂B具备退役一台机组的条件。
b)无功电压支撑
当火电厂A的1#机组退役后，近区500kV和220kV变电站低压容性无功补偿装置全部投运后，500kV母线电压水平在530～540kV之间，220kV母线电压水平在225～235kV之间，各电压等级电压水平均满足要求；
当火电厂A的1#和2#机组退役后，近区500kV和220kV变电站低压容性无功补偿装置全部投运后，500kV母线电压水平在528～540kV之间，220kV母线电压水平在222～235kV之间，各电压等级电压水平均满足要求；
当火电厂B的1#机组退役后，近区500kV和220kV变电站低压容性无功补偿装置全部投运后，500kV母线电压水平在522～535kV之间，220kV部分母线电压水平低至218kV，220kV电压水平无法满足要求。
根据前述分析，火电厂A一台或两台机组退役后，电网无功电压水平能够满足要求，即火电厂A具备退役两台机组的条件；火电厂B一台机组退役后，近区220kV电压水平偏低，即火电厂B不具备退役一台机组的条件。
5)步骤5，确定在步骤1中筛选出具备退役条件的火电厂A的1#、2#机组及火电厂B的1#机组是否需要退役。步骤3中明确火电厂A的1#、2#机组及火电厂B的1#机组退役后均能满足供热负荷的需求；步骤4中明确火电厂A只具备退役1台机组的条件，退役2台机组将造成电网供电能力不足，火电厂B由于不满足无功电压支撑标准，不具备退役1台机组的条件。因此地区具备退役条件的火电厂装机规模仅为火电厂A一台200MW机组，与步骤2地区最多可减少的煤电规模500MW相比更小。因此该地区最终火电退役规模为200MW，实际退役的火电机组为火电厂A的1#机组或2#机组。
以上所述仅为本发明的一个实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种可持续发展的煤电机组退役评估方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤1：对地区火电厂各项指标进行整编，制定火电厂指标体系，对比相关煤电去产能政策，是否具备退役条件；
步骤2：根据地区负荷情况、电源情况、与区外电力交换各指标进行地区电力平衡计算，得出地区最多可减少的煤电规模；
步骤3：研究具备退役条件的火电厂对周边供热负荷的影响；
步骤4：建立电网影响标准，研究具备退役条件的火电厂对周边电网的影响；建立电网影响标准包括：
1)供电能力支撑标准
供电能力支撑标准是指某火电厂退役后，正常运行方式下或电网发生N-1故障时，是否造成近区上一电压等级变电站或近区供电线路过载；电网中以相对较低的电压等级接入电网的火电厂通常都对近区电网起到辅助供电的作用，该火电厂退役后可能会造成周边电网或上级电网供电能力不足的情况；该标准可通过建立指标体系量化执行，该指标体系包括：
a)火电厂接入电网电压等级U火(kV)和上一电压等级U火+1；
b)对火电厂所在电网供电的U火+1电压等级变电站主变台数N(台)和主变容量S主变(MVA)；
c)在某预设条件下，对火电厂所在电网供电的U火+1电压等级变电站在火电厂退役后的最大供电负荷P主变(MW)；
d)火电厂近区U火电压等级和U火+1电压等级第i条输、供电线路最大送电能力S线路i(MW)；
e)在某预设条件下，火电厂退役后火电厂近区U火电压等级和U火+1电压等级第i条输、供电线路输送的最大有功潮流P线路i(MW)；
根据供电能力支撑指标体系，依据步骤1筛选出的具备退役条件的火电厂在电网供电能力支撑方面是否具备退役条件，具体判定标准为：
a)火电厂退役后，正常运行情况下，电网应能同时满足以下条件，否则该火电厂不具备退役条件：
P主变＜N×S主变；
P线路1＜S线路2；
…………
P线路i＜S线路i
b)火电厂退役后，当对火电厂所在电网供电的U火+1电压等级变电站任一台主变发生故障后，电网应能同时满足以下条件，否则该火电厂不具备退役条件：
P主变＜(N-1)×S主变；
P线路1＜S线路2；
…………
P线路i＜S线路i
c)火电厂退役后，当火电厂近区U火电压等级和U火+1电压等级任一条输、供电线路发生故障后，电网应能同时满足以下条件，否则该火电厂不具备退役条件：
P主变＜N×S主变；
P线路1＜S线路2；
…………
P线路i＜S线路i
2)无功电压支撑标准
无功电压支撑是指某火电厂退役后，正常运行方式下，是否造成近区变电站各电压等级母线电压水平超出合理范围；由于火电厂可以通过降低功率因数多发容性无功对电网提供电压支撑，该火电厂退役后可能会造成周边电网容性无功不足的情况，导致电压水平超出合理范围；
依据步骤1筛选出的具备退役条件的火电厂在电网无功电压支撑方面是否具备退役条件，具体判定标准为：火电厂退役后，周边各变电站低压电容器完全投运后，500kV母线电压水平不应低于500kV，220kV母线电压水平不应低于220kV，110kV电压水平不应低于106.7kV，35kV电压水平不应低于33.95kV，否则该火电厂不具备退役条件；
步骤5：确定具备退役条件的火电厂是否需要退役，最终得出地区可持续发展的煤电的实际规模。
2.根据权利要求1所述的一种可持续发展的煤电机组退役评估方法，其特征在于，步骤1中所述的火电厂指标体系包括：
1)火电厂机组台数N(台)和第i台机组Gi的装机容量Qi(MW)；
2)火电厂机组Gi的运行时间Yi(年)；
3)火电厂机组Gi的年平均标准煤耗率bdpi(g/kW·h)；
4)火电厂机组Gi的汽轮机类型：纯凝式汽轮机、抽凝式汽轮机、背压式汽轮机；
5)火电厂污染物排放指标。
3.根据权利要求2所述的一种可持续发展的煤电机组退役评估方法，其特征在于，按照步骤1中的火电厂指标体系，对比煤电去产能相关政策条件筛选具备退役条件的火电厂，具体条件为：
1)机组容量Q≤100MW，且汽轮机类型为纯凝式汽轮机的机组；
2)机组容量100MW＜Q≤200MW，且运行时间Y≥20年，且汽轮机类型为纯凝式汽轮机的机组；
3)机组容量200MW＜Q≤300MW，且运行时间Y≥20年，且汽轮机类型为纯凝式汽轮机，且污染物排放指标不满足《火电厂大气污染物排放标准》的机组；
4)机组容量200MW＜Q≤300MW，且运行时间Y≥25年，且汽轮机类型为抽凝式汽轮机，且污染物排放指标不满足《火电厂大气污染物排放标准》的机组；
5)机组年平均标准煤耗率bdp不满足《常规燃煤发电机组单位产品能源消耗限额》规定的机组。
4.根据权利要求1所述的一种可持续发展的煤电机组退役评估方法，其特征在于，
步骤2中建立的电力平衡指标体系包括：
1)地区电力控制时刻，即电力盈余最小时刻或电力缺口最大时刻；
2)地区电力控制时刻电力负荷P负荷(MW)；
3)火电退役前，地区电力控制时刻电源出力P电源(MW)，包括：水电站综合出力ΣP水(MW)、风电场综Σ合出力P风(MW)、光伏电站综合出力ΣP光(MW)、核电厂综合出力ΣP核(MW)、火电厂综合出力ΣP火(MW)、其他电站综合出力ΣP其他(MW)，
P电源＝ΣP水+ΣP风+ΣP光+ΣP核+ΣP火+ΣP其他(MW)
式中，P水、P风、P光分别为水电站、风电场和光伏电站在地区电力控制时刻的实际出力，P核和P火分别为核电厂和火电厂扣除检修容量后的装机容量；
4)地区电力控制时刻净送出电力P净送(MW)，
P净送＝ΣP外送-ΣP受入(MW)
式中，ΣP外送为地区电力控制时刻地区对外区综合送电电力，ΣP受入为地区电力控制时刻外区对地区综合送电电力；
根据步骤2中的电力平衡指标体系，计算地区电力平衡结果：
P平衡＝P电源-P负荷-P净送(MW)
当P平衡＞0时，表明地区具备减少煤电装机条件，最多可减少的煤电规模为P平衡；
当P平衡≤0时，表明地区不具备减少煤电装机条件，不建议地区火电退役。
5.根据权利要求1所述的一种可持续发展的煤电机组退役评估方法，其特征在于，步骤3依据步骤1筛选出的具备退役条件的火电厂对周边热负荷的供热是否能够被其他供热热源替代，若不能替代，该火电厂仍然不具备退役条件。
6.根据权利要求1所述的一种可持续发展的煤电机组退役评估方法，其特征在于，步骤5整理在步骤3和步骤4中确定的火电厂是否具备退役条件，对地区具备退役条件的火电厂装机规模进行累加，并将累加值ΣQ退役与步骤2得出的地区最多可减少的煤电规模ΣQ最大进行对比，当ΣQ退役≥ΣQ最大时，最终地区最多可减少的煤电规模为ΣQ最大，实际退役的火电厂根据ΣQ最大的规模进行明确；当ΣQ退役＜ΣQ最大时，最终地区最多可减少的煤电规模为ΣQ退役，实际退役的火电厂即为地区具备退役条件的火电厂。
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