电极锅炉灵活性调峰在发电厂中的应用

电极锅炉灵活性调峰在发电厂中的应用

邱寅晨

大唐（北京）能源管理有限公司北京100097

摘要：大规模可再生能源的接入，将给电力系统带来巨大的变化。当可再生能源的发电容量在电网中所占比重较大时，其出力的不确定性将对电力系统的调节能力带来巨大的挑战；同时发电侧及需求侧的大量不确定因素也影响着电力系统的安全稳定运行。因此，为确保运行过程的供需平衡，提高电力系统调节能力，确保电力系统的安全稳定运行，挖掘燃煤机组调峰潜力，提升我国火电运行灵活性，全面提高系统调峰和新能源消纳能力。

关键词：电极锅炉；灵活性；调峰；火电厂；燃煤机组

0引言：我国经济发展进入新常态，电力生产消费也呈现新常态特征。由于电力消费增速减速换挡、煤电机组投产过多、煤电机组承担高速增长的非化石能源发电深度调峰和备用等功能的原因，国内火电设备利用小时持续下降，火电机组尤其是煤电机组在未来几年持续低负荷运行或者深度调峰将成为常态。

1工作原理

1.1电极热水锅炉加热原理：

10KV的高中压电直接接入电极锅炉中，加热原理是三相中高压电通过设定电导率的溶液，在电解质溶液中产生电流，由电能转化成热能。

电极式锅炉采用电厂的除盐水，除盐水的导电率（25℃）一般为＜0.3μs/cm，该水属于不导电。因此锅炉内必须加入一定的电解质，使炉水具有一定的电阻，才能使其导电。当然炉水的导电率不是越高越好，否则容易造成击穿等事故。电极式锅炉就是利用含电解质水的导电特性，通电后被加热产生热水或蒸汽。电极式锅炉正是利用了这一特性，交流电流从电极的一个相通过中线，到了电极的另一个相，在这里电解质溶液就充当了导体。电流从一个电极引入并通过水到另一个电极，水就像一个通电的电阻被加热或沸腾。调节电机在水中的深度，就可以改变输入的功率；当水面低于电极时，输入功率为零（即电极无电流）所以锅炉不会烧干锅。

电极利用水的电阻性直接进行加热，电能100%转化成热量，基本没有热损失。电流越大，热量也就越大。同时，锅炉自动形成保护，避免了老式锅炉因缺水干烧的安全事故，因为如果没有水，电流就没有了传递的介质，也就无法产生蒸汽和热水。当三相电极与电极间的水脱离时，电极间的电流通道被切断。

1.2电极锅炉蓄热原理

电极锅炉采用电能直热系统：在电网需要调控期间，利用电作为能源来加热介质，并将电能储存在主供热系统内，其优点是：平衡电网峰谷负荷差；降低运行费用；系统运行的自动化程度高，无噪声，无污染，无明火。电能将水加热到一定的温度，使热能以显热的形式储存在水中，当需要用热时，将其释放出来提供采暖用热需要。其优点是：方式简单，清洁、成本低廉。它是将电能转化热能，并将热能传递给介质的能量转换装置，它由两个环节组成：一是将电能转化热能：电极式—电流通过电极与水接触产生热量；二是将热能传递给介质：电极通电后，不断地产生热量，并被介质（水）不断地吸收带走，介质（水）由低温升至高温，再由循环水泵送到热用户，释放能量，介质（水）再由高温降至低温，进入电极锅炉，以此往复保持热量平衡。

2电极锅炉选取

2.1电极锅炉容量选取

电极锅炉作为最后的调节手段，在选择电极锅炉的容量时，原则上考虑在高寒期期间弥补的供热缺口来设计，通过对不同发电功率机组采暖抽汽、不同热负荷时的运行方式进行分析，得出电极锅炉额定设计容量。

最大供热负荷859MW，厂内热源中2台热水炉可提供热量232MW，热泵系统余热量为90MW，采暖抽汽可提供供热量随机组负荷变化而变化，按照供热负荷缺口为电极锅炉选型，而该缺口即为电极锅炉需要提供的设计容量。

由于电极锅炉调峰成本较高，所以按照最大热负荷时满足调峰基本需求来设计，也就是机组负荷150MW，调峰量为0MW，此时电极锅炉总容量为65MW。考虑到春节期间电网公司要求热电联产机组负荷条峰值至40%，对于本项目机组负荷为120MW，此时机组调峰量30MW，根据曲线可知电极锅炉总容量为90MW。同时考虑电极锅炉容量等级，电极锅炉系统厂用电等因素，本次电极锅炉按照单台50MW容量，配置2台来设计。

全厂最大热负荷工况下，采暖抽汽（含热泵）供热550MW，热水炉供热229MW，电极锅炉供热100MW，机组能深度调峰至130MW，机组负荷率43.3%；平均热负荷工况下，采暖抽汽（含热泵）供热350MW，热水炉供热127MW，电极锅炉供热100MW，机组能深度调峰至94MW，机组负荷率31.3%；最小热负荷工况下，采暖抽汽（含热泵）供热184.7MW，热水炉供热0MW，电极锅炉供热100MW，机组能深度调峰至94MW，机组负荷率31.3%；

3经济性分析

正常工况时电厂热网供热负荷为552.59MW，在供热负荷基本不变的情况下，通过电锅炉调峰后，机组出力由原本的387.19MW降低至189.64MW。

调峰时间按照每天5小时，调峰天数180天，总调峰时间900小时来计算，调峰补偿电价按照调峰至150MW-120MW补贴0.2元/kwh、120MW-94MW补贴0.4元/kwh，和调峰至150MW-120MW补贴0.2元/kwh、120MW-94MW补贴1元/kwh两种方式进行分析。

按照国家能源局东北监管局文件《东北电力辅助服务市场运营规则（试行）》（2016）规定[1]，若电厂不实施火电灵活性改造，电厂为保证供热，需多发电上网，电厂将需要分摊上网电费。

煤成本计算：改造前采暖期锅炉燃煤量为92.133t/h，热水炉总燃煤量为2505t，改造后采暖期锅炉燃煤量为44.378t/h，煤价按460元/t。电厂实施火电灵活性改造后，做到深度调峰，电厂将得到电费补贴和非供热期补发电量的政策。

深度调峰补贴费用处于0.0元-0.4元/kwh之间时，改造后收益为843.6万元/年，深度调峰补贴费用处于0.4元-1元/kwh之间时，改造后收益为1316.4万元/年，整个采暖季折中，按照深度调峰补贴费用0.7元计算，收益为1080万元/年。

4结论：

电热锅炉是快速实现深度调峰的一个有力的手段。并且使用电极锅炉系统，既能解决环保、消防、管理方面的问题，也能节约运行费用，还能提高机组灵活性，降低机组负荷，机组改造后，能够深度调峰，且调峰幅度大，可以快速响应电网调度的需要。且电极锅炉具有突出的产品优势，性能稳定、运行高效，同时对于电网稳定调节有十分显著的积极意义。

7参考文献

[1]《东北电力辅助服务市场运营规则（试行）》国家能源局东北监管局.2016.11.