电网调峰新技术探讨

电网调峰新技术探讨

摘要：调峰是电网必须面对的问题，但不同的电网峰谷差不尽相同，电网自身条件也不同，采取的调峰方式可能不尽相同。世界上发达国家电网的电源基本构成比较合理，一般是核电站和大型火电站担负基荷，水电站和燃汽轮机承担电网的调峰和调频。我国电网目前仍以火电为主，调峰主力还是火电机组承担，我们在充分利用火电调峰的基础上，还应探索新的调峰技术，以适应未来大规模风电接入带来的峰谷差。本文探讨了新形势下电网调峰新技术，以及它们与传统的调峰技术相比有哪些优势等问题。

关键词：调峰新技术；峰谷差；风电接入

1 前言

近年来，随着人民生活水平的提高和产业结构的调整，我国电网峰谷差逐年增大。据国家电力调度通信中心统计，2000年以来，多数电网的高峰负荷增长幅度在10％左右甚至更高，而低谷负荷的增长幅度则维持在5％甚至更低，峰谷差的增加幅度大于负荷的增长幅度， 电网最大峰谷差的增加大于平均峰谷差的增加。电网调峰任务重，难度大。除了增加装机容量、 建设调峰电源等基本应对手段以外，还要积极探索各种调峰方式，充分利用现有资源。

2 电网调峰原则

2.1 调峰无重复原则

在电网调峰过程中，要使有限的调峰容量承担系统最大的峰荷，不出现发电厂间相互让

峰而使调峰出力重叠的情形，就必须遵循调峰出力无重复原则，既正常运行情况下发电厂出力过程应不违背系统负荷曲线的变化趋势，系统负荷大的时段对应的任一发电厂出力必须大于或等于系统负荷小时段对应的该厂出力。图2.1为某电厂在某时段的调峰情况:ABC方式为不参与调峰以平稳负荷方式运行，若BC线上移为B2C2表示该厂参与调峰，留给其它电厂的峰荷HB2就比HB小；BC线下移为B1C1表示该厂不仅不参与调峰反而错误地减负荷，留给其它电厂的峰荷HB1比H大，就会造成CC1B1B的重复调峰，以此类推，从一个时段到24时段，从一个电厂到若干个电厂，发电厂参与电网的调峰符合这一规律。

其实该原则从实际调峰运行的原理也很好理解，正常运行时任一发电厂高峰时段若不能提高出力帮助系统调峰，至少不能降低出力，否则必然人为地制造更高的峰荷给其它发电厂承担。

2.2 调峰成本最低原则

厂网分开后，电网调度运行的方案与发供用各方的经济效益密切相关，而电网调峰要考虑的应该是全社会成本最低的方案，因峰谷丰枯电价政策的实施使各方中长期调峰成本的因素复杂了许多，实现全社会总成本最小的目标成了一个较为复杂的系统工程，需通过全面分析计算才能确定，这里我们仅对一般普遍性原则进行分析讨论。

2.2.1 调峰容量和发电量都有富裕的方式

在都无弃水和都有弃水(火电作为没有弃水的上网容量看待)的等同条件下， 尽量让上网电价低的电厂少调峰多发电，而上网电价高的电厂则尽量多调峰而少发电；对有合同电量规定而上网电价较高的电厂则根据中长期发电计划对应的日发电量安排其调峰方式。在一方有弃水另一方没有弃水时，原则上安排有弃水的一方少调峰多发电，当然若有弃水的一方上

网电价超过无弃水方太多时，电网还是要适当安排弃水方的弃水调峰。

2.2.2 调峰容量富裕而发电量不足的方式

此种情况下由于电网要按发电量最大的方式运行，对火电厂和有弃水的水电厂基本不安排调峰而让其在基荷位置满负荷运行 ，而对没有弃水的水电厂和用于调峰的火电厂则应按系统发电量最大的模式安排其调峰。

2.2.3 调峰容量紧缺方式

在电网调峰容量紧缺不足于满足负荷的需求时，高峰时段所有调峰容量都被无选择地调用，调峰成本无法通过优化来降低；其它低负荷调峰容量充裕的时段则按上面所述的方式原则安排。

3.3 水电优先调峰原则

水电机组由于其良好的调节特性和方便的开停机性能，具备在电网的调频、调峰和事故备用过程中发挥重要的作用，其增减负荷的迅速灵敏性有利于满足电网调峰和紧急事故支援对上网容量的高标准要求，同时由于其上网电价大多数低于火电和其它能源，调峰成本是比较便宜的，在调峰容量充裕时应优先安排。而在汛期调峰较为紧张的时段，调节能力差的水电站又应尽量少调峰多发电，充分利用其季节性电能，降低电网购电成本费用，减少火电燃煤和大气污染。

2.4 大机组优先调峰原则

由于大机组负荷调节幅度大，技术性能一般都优于中小机组，用于调峰比用小机组的操

作次数少，同类型能源容量中大机组调峰成本比小机组低，按上述调峰成本最低的原则，在调峰容量充裕时应优先安排同类容量中的大机组调峰。

3 传统的调峰技术及其优缺点

3.1 火电机组调峰

火电机组调峰运行主要采用启停方式和调荷方式，前者较适合于单机容量100MW以下的机组，后者则较适合于容量更大的机组。近年来我国电网不但在设计新投运火电机组时考虑了调峰运行，而且也在不断对老机组进行最低稳燃出力技术改造， 使其最小技术出力不断降低，目前，火电机组的调整容量一般为30%~50%。但是高效火电机组的深度调峰运行，尤其是启停调峰运行，会带来许多问题：

首先，机组频繁启停和深度调峰使点火用油和助燃用油大幅增加；其次，长期参与启停凋峰的机组还易出现各种设备问题：如锅炉过热器出口联箱裂纹、汽机主汽门裂纹、末级叶片断裂等，使机组检修周期缩短、大修费用增加、寿命降低安全隐患增加。第三，调峰时机组运行偏离最优设计工况，煤耗增加，加之效率降低引起厂用电率增加，使火电机组总体经济性下降。第四，机组的升降负荷速度较慢，以300M W机组为例，负荷变动率平均每分钟不超过1％额定出力，从60％负荷升至满负荷需40多分钟[3]，而从启动到满负荷则需10多个小时，难以适应系统负荷变化的要求。除了以上问题，从电网规划来讲，单纯依靠火电机组调峰的电网为了满足调峰要求往往要多装机，这样势必造成系统闲置容量过大，经济性下降。

火电调峰虽无特别的优势可言，但却是电网结构调整过程中特定阶段必须采取 的调峰措施，对于纯火力电网更是别无选择的方式，今后随着电网结构的优化，火电调峰会逐步被

其它更加经济有效的方式逐步取代。

3.2 燃气轮机调峰、燃气-蒸汽联合循环调峰

从50年代开始，尤其在国外，燃气轮机发电技术是与蒸汽轮机发电技术同步发展的。随着热力参数的提高，燃气轮机的供电效率以及单机容量都已获得巨大发展，目前，单机功率超过600MW，不仅能作为调峰机组使用，甚至能担负基本负荷。燃气轮机用于调峰具有许多优点：启停方便、迅速、接载负荷时间短(从点火启动至满负荷仅需10多分钟)；机组简单紧凑，占地少；调峰电站建设周期短，用水量少等。简单循环的燃机电站造价约为2500元/KW，低于常规燃煤火电机组。由于燃气轮机主要燃用天然气、焦炉煤气等气体燃料或石油等液体燃料，运行成本较高，年利用率不宜太高。

3.3 水电机组调峰

水电机组反应快，经济性好，污染少，适宜用作调峰电源。但是水电有一个显著的特点就是丰、枯水期发电能力差别大，枯水期保证出力甚至只有发电装机的25%~3 0%，为保证枯水期正常供电，网内必须装设火电机组。受负荷变化、火电机组最小技术出力等影响，水电站弃水调峰现象时有发生， 造成很大浪费。因此，应积极开发库容量大、调节性能好的电站，并因地制宜建设抽水蓄能电站，充分吸收丰水期水电。另外，通过扩大供电范围，将局部丰水期电量输送到其它用电高峰地区，也是水电调峰的有效方式。

4 国内外新出现的调峰方式

4.1 燃料电池调峰

由于燃料电池能将燃料的化学能直接转化为电能，因此，它没有像通常的火力发电机那样，通过锅炉、汽轮机、发电机的能量形态变化，不受卡诺循环限制，可以避免中间的转换的损失，理论上能量转换率为100%，装置无论大小实际发电效率可达40%~60%。燃料电池洁净、无污染、噪声低，模块结构、积木性强、比功率高，既可以集中供电，也适合分散供电，综合能源效率可达80%。装置为积木式结构，容量可小到只为手机供电、大到和目前的火力发电厂相比，可以实现直接进入企业、饭店、宾馆、家庭实现热电联产联用，非常灵活。燃料电池被称为是继水力、火力、核能之后第四代发电装置和替代内燃机的动力装置。国际能源界预测，燃料电池是2l世纪最有吸引力的发电方法之一。我国人均能源资源贫乏，在目前电网由主要缺少电量转变为主要缺少系统备用容量、调峰能力、电网建设滞后和传统的发电方式污染严重的情况下，研究和开发微型化燃料电池发电具有重要意义，这种发电方式与传统的大型机组、大电网相结合将给我国带来巨大的经济效益。

4.2 热水蓄热发电

由于燃料电池能将燃料的化学能直接转化为电能，因此，它没有像通常的火力发电机那样通过锅炉、汽轮机、发电机的能量形态变化，不受卡诺循环限制，可以避免中间的转换的损失，理论上能量转换率为100%，装置无论大小实际发电效率可达40%~60%。燃料电池洁净、无污染、噪声低，模块结构、积木性强、比功率高，既可以集中供电，也适合分散供电，综合能源效率可达80%。装置为积木式结构，容量可小到只为手机供电、大到和目前的火力发电厂相比，可以实现直接进入企业、饭店、宾馆、家庭实现热电联产联用，非常灵活。燃料电池被称为是继水力、火力、核能之后第四代发电装置和替代内燃机的动力装置。国际能源界预测，燃料电池是2l世纪最有吸引力的发电方法之一。我国人均能源资源贫乏，在目前电网由主要缺少电量转变为主要缺少系统备用容量、调峰能力、电网建设滞后和传统的发电方式污染严重的情况下，研究和开发微型化燃料电池发电具有重要意义，这种发电方式与传统的大型机组、大电网相结合将给我国带来巨大的经济效益。

4.3 燃气热电联产调峰

燃气热电联产调峰既能起到电力调峰作用，又能利用发电时所产生的余热向市区供热，这种热电厂既是调峰电厂又是热电厂。它在发电方面起的作用是调峰，而上网电价可以低于调峰电价。它所供的热是经发电利用后的低品位热，它的热价可显著低于燃气锅炉的热价。在环保方面，与产出同样热量和电量的燃气锅炉和调峰燃气电厂相比，它消耗的一次能源，即天然气明显减少，有害气体排放量也将大幅度减少。和以纯燃气电厂调峰发电相比，燃气热电联产调峰的优点体现在：

1、节能和环保。天然气是清洁燃料，相对于燃煤来讲，天然气采暖污染物的排放量已降低到很低的程度。天然气的SO2和悬浮颗粒的排放量极少，而主要排放物NO 对环境的影响也远低于环保标准。这种燃气热电联产所带来的节能和经济效益远超过对环境所产生的影响。

2、经济性。从初投资方面看，燃气热电联产明显比热电分产方案投资低，主要原因是热电厂增加的供热系统投资比单独建设供热厂的投资要低得多。

3、燃气轮机电厂启停灵活，便于调峰。燃气热电厂在非采暖季可根据电网的要求，和其他调峰电厂一样，参与电力调峰。在夏季，在条件允许的情况下，除满足调峰要求外，还可承担供冷负荷，形成热、电、冷三联供的电力调峰运行方式。因此，以电力调峰方式运行的燃气热电联产比调峰电厂和燃气锅炉具有更强的市场竞争力。

4.4 调控调峰

需求侧管理是电力部门采取有效的激励、诱导措施及适宜的运作方式，与用户共同协力

提高终端用电效率，改变用电方式，为减少电量消耗和电力需求所进行的调峰管理。

需求侧管理要考虑两个方面：一方面要力图以较少的新增装机容量达到系统的电力供需平衡，就必须千方百计降低电网的最大负荷，其根本措施是通过负荷管理技术，改变用户的用电方式，降低电网的最大负荷，取得节约电力、减少电力系统装机容量的效益；另一方面要力图减少系统的发电燃料消耗，就必须设法减少系统的发电量，其根本措施是通过用户采用先进技术和高效设备，提高终端用电效率，减少电量消耗，取得节电量效益。其中，峰荷期间运行的节电设备还可降低电网的最大负荷，同时获得节约电力减少系统装机容量的效益。

与传统的节电思想相比，需求侧管理不但注重电量的节约，而且注重电力的节约，并在节电资源的评价中注意一种节电资源可能产生的双重节电效应。

需求侧管理错峰用电的思想是：最大限度地确保城乡居民生活用电和重要用户用电。引导用电客户自觉错峰，不断提高自觉错峰率；同时，引导用电客户改变用电方式，开发低谷用电市场，实现移峰填谷，提高电网负荷率，保证全年供电量持续增长。电力部门同时也将对高耗能用电户进行控制，合理安排高耗能负荷企业在夏季高峰进行设备检修。如化工、电解类、水泥、机械行业、冶炼设备等，以腾出部分负荷空间，满足社会需求。

5 结论

调峰工作是一个全社会参与的系统工程，在实现电力系统结构优化调整的过程中，必须重视对电网调峰的研究，由此带来的社会效益和经济效益将十分可观。电网调峰方式多种多样，应在进行充分技术经济分析、环保分析的基础上，结合电网的实际情况加以选择。

目前我国电网基本上还是一个以火电为主的电网，调峰也必须以火电调峰为主，因此现阶段首要任务还是采取必要的措施，进一步提高火电调峰的经济性和调峰能力，在此基础上，也应积极探索和发展其他调峰方式，例如抽水蓄能、燃气轮机、燃气—蒸汽联合循环、调控调峰等调峰方式对我国电网都是比较可行的，应予以适当的重视和研究。

参考文献：

[1] 吕学琴，刘刚，黄自元.电力调峰方式及其存在的问题，《电力系统工程》2007年第5期

[2] 吴东平，杨晓谨.电网调峰运行问题的探讨.《中国能源》，2004年26卷2期

[3] 刘树华，李树人.关于华中电网火电机组调峰方式的探讨，《汽轮机技术》2000年42卷3期

[4] 刘树华，李树人.关于华中电网火电机组调峰方式的探讨，《汽轮机技术》2000年42卷3期

[5] 黄学政，陶俊杰，吕守维.电网调峰方式探讨《.山东电力高等专科学校学报》，2004年7卷