(广东惠州天然气发电有限公司惠州市516082)
摘要:本文通过对典型运行数据的研究,分析,初步总结出参与调频辅助服务市场对M701F联合循环机组经济性及安全性的影响。本文所述内容可作为同类型机组制定调频市场策略的依据。
广东电网调频辅助服务市场于2017年12月18日开始不结算模拟运行,于2018年9月1日开始结算运行。
我厂M701F联合循环机组调频性能优异,自参与调频辅助服务市场以来,白天运行的多数时段均能中标,根据2018年9月结算运行的结果,平均每台机组每天的调频收益约达5万元。收益虽可观,但机组负荷在中标时段的大幅度频繁调节也会对机组运行的经济性、安全性、设备寿命等产生不良影响。
为衡量得失利弊,基于2018年9月上半月的运行历史数据,初步分析参与调频市场对机组的影响如下。
一、对运行经济性的影响
1.负荷率降低导致气耗升高
历年以来,我厂机组在系统负荷高峰期均能够长时间高负荷乃至满负荷运行,实际负荷曲线往往明显高于计划负荷曲线。然而参与调频市场以后,当机组中标时,为保证上下29.25MW的调频容量,机组在高负荷下的运行时间必然有所减少,在低负荷下的运行时间则大幅增加。另外,当机组处于较低负荷下运行时,以往与中调进行沟通以提升机组负荷率的工作也难以开展。
至2018年9月,我厂年平均负荷约为301.4MW,较去年同期降低约5.1MW,为2010年以来的历史最低值,参与调频市场是其中的一个重要原因。根据以往所作的机组负荷率对联合循环电厂经济性的影响研究,机组平均负荷由306.5MW降至301.4MW,对应发电气耗增加约0.2g/KWh。
2.相同负荷率下气耗变化可忽略不计
2018年9月12日,#3机因计划负荷曲线过低,调频容量不足,全日未中标,而11日、13日则正常中标。根据这三日相同时段(10:00~19:00)的历史数据,绘制#3机两班制状态下调频中标时段与未中标时段的负荷-发电气耗散点趋势图,见图1。
图1#3机两班制状态下调频中标
时段与未中标时段的负荷-发电气耗对比
注:
1)9月11~13日,我厂一期均三台机运行,环境参数类似,对机组气耗的影响可忽略不计;
2)#3机发电气耗已通过真空修正;
3)为表征机组负荷调节频率,引入AGC设定值变化速率均值指标,单位MW/min;
9月6日07:28~8日23:33,#3机连续运行,主要中标时段集中在08:00~22:00,其它时段基本未中标。取6日09:00~8日22:00的历史数据绘制#3机连运状态下调频中标时段与未中标时段的负荷-发电气耗散点趋势图,见图2;
图2#3机连运状态下调频中标时段与未中标时段的负荷-发电气耗对比
结合运行历史、经验及相关理论,分析图1、图2可得:
(1)图1蓝色散点及趋势线为#3机9月11日中标时段的负荷-发电气耗历史数据。#3机在该日停机后更换了压气机粗滤,机组性能有所恢复,故12、13日的发电气耗整体降低。因此,11日的历史数据不合适进行比较;
(2)#3机在12日的=1.7MW/min,远低于11日、13日中标时段的5.9MW/min、7.0MW/min;#3机在6日~8日未中标时段的=2.0MW/min,中标时段则为5.7MW/min。再结合图1、图2散点的离散情况,说明机组中标后的负荷调节频繁且幅度较大;
(3)分析图1中12日未中标的红色散点及趋势线、13日中标的绿色散点及趋势线,可知中标时段的发电气耗相对更高,但差值很小,约在0.3g/KWh以下,在中间负荷约270~330MW范围中标与否对发电气耗的影响可忽略不计。这可能是因为机组变负荷时燃烧效率会发生变化,变负荷时燃机先变负荷,汽机因热惯性会延迟,燃气循环和蒸汽循环不能维持在效率最佳匹配状态,由此导致机组频繁变负荷时的气耗略有上升。另外,机组升负荷时虽然气耗升高,但降负荷时气耗也会降低,机组升负荷后必然还要降负荷,相同平均负荷下机组负荷变化幅度、频率对气耗的影响应该很小;
(4)图2中标时段的气耗比未中标时段整体降低约0.7~1.2g/KWh,且随负荷上升而呈规律性缩减,原因可能主要为:
a)#3机在多台机运行期间均由其它机组供辅汽,而夜间连运时只能由自身供辅汽。根据机组辅汽流量与负荷的关系曲线及汽轮机有效功计算公式,估算由此影响的气耗约为0.15~0.4g/KWh;
b)根据运行记录,8日发现#3炉高省放水阀有泄漏,而后紧过各放水阀,这对#3机气耗有一定影响;
c)机组运行状态,如负荷水平、调节频繁程度的不同、真空修正准确性(基于三菱提供的修正曲线)、部分忽略的因素等会对结果有一定影响;
综上,机组中标与否对气耗的影响很小,相同负荷率下可忽略不计。
一、对热通道部件寿命的影响
根据三菱燃机热通道部件预期使用寿命判断指标EOH1、EOH2的计算公式,机组以正常变负荷速率频繁、大幅度调节负荷并不会额外增加这两个指标的数值。另外,向三菱JV相关专家了解,机组正常的负荷变化不会影响热通道部件寿命。因此,机组参与调频辅助服务应该不会使燃机热通道部件提前报废。当然,燃机热通道部件的实际寿命肯定是缩短的,作为电厂方无法进行具体量化,只有三菱或西安热工院等厂家、院校或许才能做到。
二、对其它设备及运行安全性的影响
机组调频中标后要频繁、大幅度调节负荷,这必然加速机组老化、损耗,缩短服役寿命,导致各辅助设备故障率升高,运行风险及设备维护费用也将随之增加。
三、总结
根据南网最新调频市场补偿细则,若我厂机组在2019年度积极参与调频市场,预计年调频总收益可达4000万元左右。通过本文分析,参与调频市场对于机组性能和设备寿命的影响很小,而收益却非常可观。参与调频市场是大势所趋,因此,我厂一期机组应积极参与调频市场,而二期机组则应根据天然气价格及供热情况,以效益最大化为原则灵活采取合理策略。
作者简介:包照日格图,男,26岁,东北电力大学本科毕业,工学学士,热动助理工程师,从事燃气轮机发电厂运行管理工作。