参与调频辅助服务对M701F联合循环机组经济性和安全性影响的初步评估

参与调频辅助服务对M701F联合循环机组经济性和安全性影响的初步评估

包照日格图

（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。